2022年正常脑组织的MR信号特点 .pdf

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1、正常脑组织的MR 信号特点水水分子较小，它们处于平移、摆动和旋转运动之中，具有较高的自然运动频率，这部分水在MRI 称为自由水。如果水分子依附在运动缓慢的较大分子蛋白质周围而构成水化层，这些水分子的自然运动频率就有较大幅度的减少，这部分水又被称为结合水。自由水运动频率明显高于Larmor 共振频率，因此，T1弛豫缓慢， T1时间较长； 较大的分子蛋白质其运动频率明显低于Larmor 共振频率，故 T1 弛豫同样缓慢， T1 时间也很长。 结合水运动频率介于自由水与较大分子之间，可望接近Larmor 共振频率，因此T1 弛豫颇有成效，T1 时间也较上述二者明显缩短。局部组织含水量稍有增加，不管是

2、自由水还是结合水，MR信号均可发生显而易见的变化，相比之下，后者更为明显。认识自由水与结合水的概念有助于认识病变的内部结构，有利于对病变作定性诊断。 CT 检查由于囊性星形细胞瘤的密度与脑脊液密度近似而难以鉴别，而 MRI检查由于囊性星形细胞瘤中的液体富含蛋白质，其T1 时间短于脑脊液，在 T1 加权像中呈较脑脊液信号为高的信号。又如，MRI较 CT更能显示脑软化。脑软化在显微镜下往往有较多由脑实质分隔的小囊组成，这些小囊靠近蛋白质外表的膜状结构，具有较多的结合水，T1较短，其图像比CT显示得更清楚。所以 MRI所见较 CT更接近于病理所见。再比方，在阻塞性脑积水时，脑脊液相当于自由水由脑室内

3、被强行渗漏到脑室周围脑白质后，变为结合水，结合水在 T1 加权像中信号明显高于脑脊液，而在T2 加权像中又低于脑脊液信号。综上所述，局部组织水份增加可分为自由水和结合水，前者引起T1 明显延长而远离 Larmor 共振频率，后者造成T1 稍有延长而接近Larmor 频率而致使T1 加权像上信号增强。脂肪与骨髓组织脂肪与骨髓组织有较高的质子密度，且这些质子具有非常短的T1值，根据信号强度公式，质子密度大和T1 值小，其信号强度大，故脂肪和骨髓组织在T1加权像上表现为高强度信号，与周围长T1 组织形成良好比照，信号高呈白色。假设为质子密度加权像，此时脂肪组织和骨髓组织仍呈高信号，但周围组织的信号强

4、度增加，使其比照度下降；假设为T2 加权像，脂肪组织和骨髓组织的信号都将受到一定程度的限制。肌肉组织肌肉组织所含的质子密度明显少于上述脂肪和骨髓组织，且具有较长的T1和较短的 T2 驰豫特点。所以在T1 加权像上，信号强度较低，影像呈灰黑色。随着短 T2 的弛豫特点，信号强度增加不多，影像呈中等灰黑色。韧带和肌腱组织的质子密度低于肌肉组织，该组织也具有长T1 和短 T2 弛豫特点，其MR信号无论在 T1 或 T2加权像上，均表现为中低信号。骨骼组织骨皮质内所含的质子密度很小，MR 信号非常弱， 无论在 T1 加权或 T2 加权扫描，均表现为黑色低信号。钙化软骨的质子密度特点与骨皮质相同，所以也

5、表现为黑色低信号。组织内出现其他钙化，无论其形态或大小，一般均呈现为与钙化软骨相同的组织影像特点。纤维软骨组织则与钙化软骨不同，其组织内的质子密度明显高于骨皮质和钙化软骨。且组织具有较长的T1 和较短的T2 弛豫特征，但因其具有一定的质子密度， 故在 T1 或 T2 加权像上，信号强度不高， 呈中低信号。透明软骨内含有75%80%精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页的水份，具有较大的质子密度，并具有较长的T1 和长 T2 弛豫特征。在T1加权像上，因T1 值长，所以信号强度较低。而在T2加权像上，因T2 值长，信号强度

6、明显增加。病理组织的MR信号特点不同的病理过程，病理组织有不同的质子密度、T1 及 T2 弛豫时间。 采用不同的脉冲序列，将表现出不同的的信号强度。掌握这些信号变化特点，有助于判别大体的病理性质，部分作出定性诊断。水肿脑水肿分为3 种类型，即血管源性水肿、细胞毒素水肿及间质性水肿。血管源性水肿是最为常见的脑水肿，由血脑屏障破坏所致，常见于肿瘤及炎症。由于血脑屏障破坏，血浆由血管内漏进入细胞外间隙，这是血管源性水肿的病理生理基础。血管源性水肿主要发生在脑白质内，结构致密的脑灰质通常不易受影响，典型的血管源性水肿呈手指状分布于脑白质之中，在肿瘤、出血、炎症以及脑外伤等脑部疾患中颇为常见。由于上述脑

7、病变本身也可使T1 或 T2时间更长，其MRI表现与水肿有类似之处，尤其在T1 加权像上难以分辨。鉴别的方法是采用重T2加权扫描序列，随着回波时间的延长，水肿信号强度逐渐增高，而肿瘤信号增加幅度不大。必要时可行Gd-DTPA增强扫描，水肿区无异常比照增强。细胞毒素水肿是由于缺氧使ATP减少，钠 - 钾泵功能失常，钠与自由水进入细胞内，造成细胞肿胀，细胞外间隙减少所致。细胞毒素水肿常见于急性脑梗塞的区域，使脑白质与脑灰质同时受累。急性脑梗塞有时在T2 加权图像上，其边缘部分信号较高，即为细胞毒素水肿的MRI 所见，它反映了梗塞区域存在肿胀的脑细胞。由于细胞毒素水肿出现和存在的时间不长，有时与血管

8、源性水肿同时存在， MRI要绝对区分它们尚有一定的困难。间质性脑水肿时，由于脑室内压力增高，出现脑脊液经室管膜迁移到脑室周围脑白质的病理生理表现。当脑室压力高，如急性脑积水或交通性脑积水时，T2 加权图像上于脑室周围可出现边缘光整的高信号带；在脑室内压力恢复到近乎正常时如代偿期 ，上述异常信号又消失。间质性水肿由于含有较多的结合水，在 T2 加权像上已能与脑室内脑脊液自由水的信号区别，在质子密度加权图像上，两者信号比照更明显。出血出血在中枢神经系统疾病中常见。按出血部位可分为硬膜下、蛛网膜下、脑内及脑室内出血，它们均有一个基础疾病，如外伤、变性血管病、血管畸形、肿瘤或炎症。 MRI在显示出血、

9、 判断出血原因以及估计出血时间方面有独特作用，其中以脑内血肿MRI 信号演变最具有特征性。较多血液由血管内溢出后，在局部脑组织内形成血肿。随着血肿内血红蛋白的演变以及血肿的液化、吸收，MRI信号也发生一系列变化。因此，探讨血红蛋白及其衍生物的结构对于认识与解释血肿 MRI信号甚为重要。人体血液富含氧合血红蛋白，氧合血红蛋白释放出氧气后即转化为去氧血红蛋白。氧合血红蛋白与去氧血红蛋白中含有的铁均为二价复原铁Fe2+ ，复原铁是血红蛋白携带氧气、释放氧气、行使其功能的物质保证。人体内维持血红蛋白铁于二价状态的关键在红细胞内多种代谢途径，其结果阻止了有功能的亚铁血红蛋白变为无功能的正铁血红蛋白。但当

10、血液从血管中溢出后，血管外精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页红细胞失去了能量来源，细胞内多种代谢途径丧失。同时由于红细胞缺氧，血肿内含氧血红蛋白不可逆地转化为去氧血红蛋白，最终变为正铁血红蛋白，复原铁转化为氧化铁，使血肿的MRI 信号发生根本的变化。脑出血的MRI 表现取决于出血时间，主要由血红蛋白的不同代谢状态及血肿的周围环境决定的。超急性期：出血时间不超过24h。红细胞内为氧合血红蛋白，氧合血红蛋白内无不成对电子，不具顺磁性。T1 加权像为等或稍低信号，反映了出血内较高的水含量。 T2 加权像为稍高信号，说明新鲜

11、出血为抗磁性，不引起 T2弛豫时间缩短。急性期：出血时间为13d。红细胞内为去氧血红蛋白，它有四个不成对电子，具有顺磁性，但它的蛋白构形使水分子与顺磁性中心的距离超过3 埃，因此，并不显示出顺磁效应，T1 加权像仍成稍低信号。但由于它具有顺磁性，使红细胞内的磁化高于红细胞外，当水分子在红细胞膜内外弥散时，经历局部微小梯度磁场，使T2弛豫时间缩短，T2加权像呈低信号。亚急性期：出血的314d。出血后37d 为亚急性早期，714d 为亚急性晚期。在亚急性早期，去氧血红蛋白被氧化为正铁血红蛋白首先出现在血肿的周围，并逐渐向血肿内发展，它具有五个不成对电子，有很强的顺磁性。由于正铁血红蛋白形成，T1

12、加权像呈高信号，T2 加权像因顺磁性物质的磁敏感效应而呈低信号。亚急性晚期红细胞开始溶解，在T1 或 T2 加权像上均呈高信号。红细胞溶解使红细胞对正铁血红蛋白的分隔作用消失，水含量增加是T2 加权像信号增高的主要原因。慢性期：出血时间超过14d，含铁血黄素和铁蛋白形成。在此期间，正铁血红蛋白进一步氧化为氧化铁，同时由于巨噬细胞的吞噬作用使含铁血黄素沉着于血肿周边部，其使T2 弛豫时间缩短，因此在血肿的周边部出现低信号的影像环带，其余仍为高强度信号表现。所以血肿中心T1 加权像为等信号，T2加权像为高信号，血肿周边T1加权像为稍低信号，T2 加权像为低信号。铁沉积过多在中高场强MRI系统作 T

13、2 加权扫描时，可于苍白球、红核、黑质、壳核、尾状核和丘脑部位见到明显的低信号，这是由于高铁物质在上述部位沉积所致。脑部铁沉着非亚铁血红蛋白始于儿童，约在1520 岁到达成人水平。在 6 个月龄的婴儿苍白球中已有铁存在，黑质铁沉着见于912 个月时，红核在1 岁半 2 岁，小脑齿状核要到37 岁才显示铁的存在。上述部位的铁沉着量与年龄增长有一定相关性，仅沉积速度不一样，如苍白球的含铁量在开始时就高，以后缓慢增加；而纹状体如壳核的含铁量开始时不高，以后才较苍白球有明显的增加， 直到 70 岁之后接近苍白球内所含的铁量。大脑与小脑半球的脑灰、白质含铁量最低，其中相对较高的是颞叶皮层下弓状纤维，其次

14、为额叶脑白质、枕叶脑白质。在内囊后肢后端以及视放射中几乎不存在铁。铁在脑部选择性的沉积其机理至今未明。铁由小肠吸收之后，以亚铁血红蛋白形式血红蛋白、肌球蛋白与蛋白质结合，主要以铁蛋白形式沉着在脑细胞内，其中以少突神经胶质细胞与星形细胞含量最高。铁作为一个重要的辅因子，在氧化磷酸化、多巴胺合成和更新以及羟基自由根基形成之中起积极作用。血液中含有的转铁球蛋白不容易通过血脑屏障。在铁沉积较多的上述解剖部位中，毛细血管内皮细胞中的转铁球蛋白受体并不比铁沉积较少或没有铁沉积的其他脑部多。但是一些脑变性病、脱髓鞘病以及血管病变也确实在某些部位铁沉积过多，而且在MRI 上有表现，这精选学习资料 - - -

15、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页些疾病包括帕金森氏病铁沉积于壳核、苍白球、阿耳茨海默氏病铁沉积于大脑皮层、多发性硬化铁沉积于斑块周围、放疗后脑部铁沉积于血管内皮细胞、慢性出血性梗塞铁沉积于出血部位、脑内血肿铁沉积于血肿四周 ，因此， MRI 较其他影像学方法易于检出与诊断上述疾病。MRI 显示脑部铁沉着是高浓度铁蛋白缩短了T2 时间而不影响T1时间所致。细胞内的铁具有高磁化率，因此脑部铁沉积过多造成细胞内高磁化率、细胞外低磁化率，局部磁场不均匀，使T2 时间明显缩短，在T2 加权图像上呈低信号。尽管有一些正常脑细胞中也存在铁，但由于其浓度不

16、够，不足以在MRI 特别是低场强的MR仪上引起明显的低信号。梗塞梗塞组织因血液供给中断，组织出现缺血、水肿、变性、坏死等病理变化。梗塞急性期、梗塞部位的水肿致T1 和 T2 均延长，所以梗塞处在T1 加权像上信号强度变低，在T2 加权像上，信号强度增加。亚急性期脑梗塞有时可在T1 加权像上表现为高信号，多为不规则脑回状。可能是由于缺血使小动脉壁破坏，梗塞后如血管再通或侧支循环建立，产生出血性变化，导致T2 加权像出现高信号。变性不同组织的变性机制不同，所以MRI 表现不一。如脑组织变性中一种称为多发性硬化者， 系脑组织脱髓鞘改变，其变性部份水分增加，故致 T1、T2 延长。在 T1 加权像见病

17、变区信号强度低于周围健康组织，而在T2 加权像上，病变区信号强度增高。椎间盘变性时，富含蛋白质和水分的弹性髓核组织水分减少，且纤维结缔组织增多，组织内的质子密度减少。故在T1 和 T2 加权像上，变性的椎间盘信号明显低于其他正常的椎间盘组织信号强度。坏死坏死组织的MRI 信号强度随组织类型不同、坏死的内容物不同而异。一般坏死组织的水分增多，组织的 T1和 T2 弛豫时间变长， 在 T1 加权像上信号较低，而在 T2 加权像上信号强度增加，呈白色高信号。机体对坏死物的清除和修复，多数形成肉芽组织，肉芽组织内包含大量的新生血管和纤维结缔组织。其质子密度较正常组织高，且有长T1 和 T2 的弛豫特点

18、，故表现在T1 加权像上为低信号， T2 加权像上为高信号。部分肉芽组织修复成慢性纤维结缔组织，其质子密度较新鲜肉芽组织明显减少，T2 缩短。 MR 信号因质子密度过少，在T1 和 T2 加权像上，均呈低信号表现。钙化部分组织修复的结果为钙化，如肿瘤钙化等。钙化组织内的质子密度非常少，所以一般MRI 的信号无论在T1 还是在 T2 加权像上，均表现为黑色低信号区。发现钙化MRI检查不如CT敏感，小的钙化不易发现，大的钙化还需与铁的沉积等现象相鉴别。颅内钙化在T1加权像偶尔可表现为高信号。CT扫描可见典型的钙化密度，MRI T1 加权像为高信号，T2 加权像为等或低信号，梯度回波序列扫描为低信号

19、。实验证明，钙化在T1 加权像上的信号强度与钙化颗粒的大小及钙与蛋白结合与否有关。当微小的钙化颗粒结晶具有较大的外表积，并且钙的重量百分比浓度不超过30% 时，钙化即可表现出高信号。钙化颗粒外表积对水分子T1 弛豫时间的影响类似于大分子蛋白，距钙结晶外表近的水分子进动频率接近于Larmor 共振频率时，其T1 加权表现为高信号。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页囊变囊变是一种较特殊的病理改变。囊内容物大体上可分为二种：一种为含有纯水分，另一种为含有蛋白质水分。前者因其内容物为纯水，故具有长T1和长T2 弛豫特点，在T

20、1 加权像上表现为低信号，在T2 加权像上表现为高信号与脑脊液信号相似。另一种为含有蛋白质水分的囊，其内水分子受大分子蛋白的吸引作用进入水化层时，质子的进动频率明显减低，当此结合水分子的进动频率到达或接近Larmor 频率时，在T1 加权像上其信号强度有所增加，呈中等信号乃至高信号强度表现。在T2加权像上，信号强度也较高，呈白色高信号改变。T1 加权成像、 T2 加权成像所谓的加权就是“突出”的意思T1 加权成像 T1WI -突出组织T1弛豫纵向弛豫差异T2 加权成像 T2WI -突出组织T2弛豫横向弛豫差异。在任何序列图像上，信号采集时刻横向的磁化矢量越大，MR信号越强。T1 加权像短 TR

21、、短 TE T1 加权像， T1 像特点： 组织的 T1越短， 恢复越快，信号就越强；组织的T1 越长，恢复越慢，信号就越弱。T2 加权像长 TR、长 TE T2 加权像， T2 像特点： 组织的 T2 越长， 恢复越慢，信号就越强；组织的T2 越短，恢复越快，信号就越弱。质子密度加权像长 TR、 短 TE 质子密度加权像，图像特点： 组织的rH 越大，信号就越强；rH 越小，信号就越弱。 脑白质：65 % 脑灰质：75 % CSF： 97 % 常规 SE序列的特点最基本、最常用的脉冲序列。得到标准T1 WI 、 T2 WI 图像。T1 WI 观察解剖好。T2 WI有利于观察病变，对出血较敏感

22、。伪影相对少但由于成像时间长，病人易产生运动 。成像速度慢。FSE脉冲序列原理： FSE脉冲序列，在一次900 脉冲后施加多次1800 复相位脉冲，取得多次回波并进行多次相位编码，即在一个TR间期内完成多条K空间线的数据采集，使扫描时间大大缩短。在一次成像中得到同一层面的不同加权性质的图像。T1WI短 TE，20ms 短 TR,300600ms ETL 26 T2WI长 TE，100 长 TR ，4000 ETL812 优点：时间短，显示病变。缺点：对出血不敏感，伪影多等。IR 序列特点IR 序列具有强T1 比照特性；可设定 TI，饱和特定组织产生具有特征性比照图像(STIR、 FLAIR)；

23、短 TI 比照常用于新生儿脑部成像；采集时间长，层面相对较少。STIR 序列 (Short TI Inversion Recovery) 在 IR 恢复过程中，组织的MZ都要过 0 点，但时间不同。利用这一特点，对某一组织进行抑制。如脂肪，由于其 T1时间比其他组织短，取 TI=0.69T1(T1为脂肪弛豫时间) ，脂肪的信号好过0 点，接收不到它的信号。突出其他组织。FLAIR 序列当 T1 非常长时， 几乎所有组织的MZ都已恢复， 只有 T1 非常长的组织的 MZ 接近于 0，如水，液体信号被抑制，从而特出其他组织。FLAIR (Fluid 精选学习资料 - - - - - - - - -

24、 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页Attenuation IR) 常用于对CSF抑制。IR 序列的运用脑部 IR 的 T1 加权可使灰白质的比照度更大。眼眶部STIR 能抑制脂肪信号，增加 T2 比照，使眼球后球及视神经能更好显示。脊髓采用FLAIR 技术能抑制脑脊液搏动产生的伪影，以利于显示颈、胸段脊髓病变。肝部微小病变，使用IR 能处到较好显示。关节使用IR 能同时提高水及软骨的敏感性。FLASH 采用“破坏 ( 扰相) ”残余横向磁化矢量。在数据采集结合后，在沿层面选择梯度方向施加“破坏”梯度，使用残存的横向磁化矢量加速去相位，从而消除上一周期残存的横向磁化

25、。MRA 临床应用颅内血管MRA 3D-TOF 3D-PC用于动、静脉及复杂血流显示，时间长2D-TOF矢状窦等慢流显示2D-PC也可用于矢状窦成像及流速预测颈部血管MRA 多层 2D-TOF ，2D，3D-PC用于动、静脉显示胸部血管MRA 主动脉及分支、肺动、静脉系用CE-MRA 2D、3D-TOF用于主动脉显示2D-PC 加心电同步技术常用于主动脉流量分析腹部血管MRA 首选 CE-MRA 3D-TOF与 PC可用于肾动脉四肢血管MRA 3D-CE-MRA 对四肢血管的动脉、静脉期显示好2D-TOF也可用于四肢血管显示常用的造影剂为钆-二乙三胺五醋酸 Gadolinium-DTPA ，

26、Gd-DTPA ，与含碘剂造影剂相比，安全性相当高。根据病变有无强化、强化的程度、类型来鉴别诊断疾病。部分正常颅内组织及颅脑肿瘤的CT值组织成份 CT 值骨 1000 钙化 +60 以上脑灰质 +32 +40 脑白质 +28+32 脑脊液 +3+14 流动血液 +32+44 TR TE 质子密度200-400 12-15 5-20 T1200-400 12-15 45-90 重 T2* 200-400 30-60 5-20 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页新鲜血凝块 +64+86 陈旧血凝块 +30+60 胶质瘤无

27、钙化+18+40 胶质母细胞瘤 +29+38 室管膜瘤 +28+50 髓母细胞瘤 +36+58 脑膜瘤无钙化+36+56 神经瘤 +28+40 垂体腺瘤 +35+50 脂肪瘤 -120-40 发育异常肿瘤上皮样-120 +10 囊肿，皮样囊肿，畸胎瘤转移瘤 +22+50 肿瘤囊腔 +6+22 肿瘤坏死区 +19+23 肿瘤周围水肿 +18+26 急性脑梗塞 +22+26 陈旧脑梗塞 +10+16 脑脓肿囊壁 +28+34 脑膜瘤 ：呈卵圆形，边界清，与皮质为等密度，可以有钙化或囊变，增强后强化MRI：T1 肿块和皮质等信号，白质为低信号，T2 等信号或高信号，水肿区域信号相对高，增强强化。胶质

28、瘤 ：占颅内肿瘤50， I 型呈星形胶质痛，平扫边界低密度，均匀，CT值 1425，轻度占位，无强化，可薄壁状强化。形星形胶质瘤，多为低密度区，边界不清，可显著或不典型强化。型，CT 不能区别混杂的边界影，肿瘤体内有钙化，不规则强化。MRI加权“突出”长T1 长 T2，边缘清，内容物信号混杂，低信号，钙化灶，条状钙化。转移瘤： 在灰白质交界处，CT 圆形，不规则异常密度影，中心有坏死液化区，中心密度稍高于脑脊液，水肿范围大， 不规则， 手指形， 有不规则强化，内壁不规则，病灶多发。MRI:T1 增强用造影剂，主要显示血管病变，血脑屏障多破坏，T2 加权到120s 以上则黑水序列，可以抑制结合水，脑脊液蛋白，细胞内蛋白。MRA.TR值 27 左右，极小，脑实质不显示，易示血管。胶质瘤：在T2加权像中可有低信号，和高信号出现，乱七八糟的信号。血管间隙增宽：脑脊液进入，本来血管横行，高信号，多条，纵形白色高信号分布。黑水区别： 8000 以上，排除游离水，可是显示结合水。脑积水较轻，可以出现侧脑室前角少量渗出，MRI呈脱髓鞘改变。过分颅内脱水造成造成低颅压，出现MRI上方高信号，考虑低渗性出血精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页