人体正常组织MR信号特征

１．人体正常组织ＭＲ信号特征 ＭＲ的信号强度是多种组织特征参数的可变函数，它所反映的病理生理基础较ＣＴ更广泛， 具有更大的灵活性，ＭＲＩ信号强度与组织的弛豫时间、氢质子密度、血液或脑脊液流动、 化学位移及磁化率有关，其中弛豫时间，即Ｔ１和Ｔ２时间，对图像对比起着重要的作用， 它是区分正常组织、病理组织及组织特性的主要诊断基础。 T1 短的组织主要为脂肪，脂肪和水同样还大量的氢原子，质子密度高，但脂肪分子较大， 其中的质子周围有炭、氧等原子，能量传递快，T1 值就短，同样与蛋白质大分子结合的水 其 T1 值也短。 脂肪的 T2 值中等。正常人体脾脏，肝脏，肌肉等组织的 T2 值较短，他们在 T2 权像上信 号相对较低。在组织发生炎症，坏死，囊变等情况时 T2 值一般会延长。肿瘤 T2 值较长，但 一些含水分较少或纤维化明显的肿瘤 T2 值并不长，如肺癌，胰腺癌，成骨性肿瘤。 １.１ 脂肪、骨髓 组织脂肪的Ｔ１短、Ｔ２长、Ｐｄ高，根据信号强度公式，质子密 度大和Ｔ１值小，其信号强度大，故不论在Ｔ１ＷＩ、Ｔ２ＷＩ和ＰｄＷＩ图像上均呈高信 号，与周围长Ｔ１组织形成良好对比，尤其在使用短ＴＲ检查时，脂肪组织的分界线明显， 信号高、呈白色。但随着ＴＲ的延长，在Ｔ２ＷＩ图像上脂肪信号有逐渐衰减降低之势，这 是脂肪抑制技术的基础；倘若为质子密度加权像，此时脂肪组织仍为高信号，但周围组织的 信号强度增加，使其对比度下降。 骨髓内因含有较多的脂肪成分，在ＭＲ扫描图像上亦 呈高信号，和脂肪组织信号有相似的特征。因此，ＭＲ骨髓成像技术对于骨髓疾病、尤其是 对于早期的骨髓转移或骨髓瘤等特别敏感，故临床上有着广泛的用途。 １.２ 肌肉、肌腱、韧带 肌肉组织所含的质子明显少于脂肪和脊髓，它具有较长的Ｔ １和较短的Ｔ２值，根据强度公式，当Ｔ１弛豫增加和Ｔ２减少时信号强度较低，所以在Ｔ １加权像上，因使用的ＴＲ值较短，使质子的磁化恢复不完全，信号强度较低，影像呈灰黑 色；随着ＴＲ的延长，信号强度增加，在Ｔ２加权像上，因具有短Ｔ２的弛豫特点，信号强 度增加不多，影像呈中等灰黑色，故在Ｔ１ＷＩ、Ｔ２ＷＩ和ＰｄＷＩ上均呈中等强度信号 （黑灰或灰色）。肌腱和韧带组织含纤维成分较多，其质子密度低于肌肉，其信号强度较肌 肉组织略低，该组织也有长Ｔ１和短Ｔ２，其ＭＲ信号为等信号或较低的信号。 １.３ 骨骼、钙化 骨骼和钙化内含大量钙质，水分含量甚少、氢质子很少，根据信号 强度公式，在Ｎ（Ｈ）值趋向于０时，Ｉ值主要按Ｎ（Ｈ）值的变化而改变，而较少受到Ｔ Ｒ、ＴＥ、Ｔ１、Ｔ２的影响，故其Ｔ１值很长、Ｔ２值很短、Ｐｄ很低，所以无论Ｔ１Ｗ Ｉ、Ｔ２ＷＩ和ＰｄＷＩ图像上均呈信号缺如的无（低）信号区。特殊情况下，由于钙化颗 粒与蛋白结合时， 其Ｔ１加权像表现为高信号， 故在ＭＲ扫描图像上不易显示出早期的骨质 破坏及较小的钙化灶是其缺点。 颅内钙化在Ｔ１加权像偶可表现为高信号。ＣＴ扫描可 见典型的钙化密度，ＭＲＩＴ１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。 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表面积， 并且钙的重量百分比浓度不超过３ ０％时， 钙化即可表现出高信号。 钙化颗粒表面积对水分子Ｔ１弛豫时间的影响类似于大分 子蛋白， 距钙结晶表面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。总之，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。 １.４ 软 骨 软骨组织分为纤维软骨和透明软骨，纤维软骨其组织内的质子密度明显高 于皮质，且组织具有较长的Ｔ１和较短Ｔ２弛豫特征，该处信号强度比骨髓和钙化略高，但 因其具有一定的质子密度，故在Ｔ１、Ｔ２加权像上信号强度不高，呈中低信号；透明软骨 含水７５％～８０％，且Ｔ１和Ｔ２较长，Ｐｄ高，故在Ｔ１ＷＩ图像上因Ｔ１值较长，呈 较低信号；而在Ｔ２ＷＩ和ＰｄＷＩ图像上因Ｔ２值长，信号呈中等灰色信号。 １.５ 气 体 根据信号强度公式，当Ｎ（Ｈ）趋向零时，其强度也趋向于零，故表现为 黑色无信号区，这一点在任何脉冲，不管如何改变ＴＲ、ＴＥ，都不会改变，因此信号强度 已与ＴＲ、ＴＥ、Ｔ１或Ｔ２无关。在人体组织中没有比气体更黑的组织。气体的Ｔ１值很 长，Ｔ２值很短，Ｐｄ很低，故在各种成像图像上肺组织均呈较低信号。 在反转恢复序 列中，若采集信号的时间过短，组织处于负磁化区，则长Ｔ１组织可呈现类似气体的黑色无 信号，且其中无任何结构，但其与周围组织有白色边缘，这是在采集信号时仅根据信号的幅 值，而致相位错位所致。 １.６ 水 分 人体正常组织中ＭＲ信号８０％来自细胞内，２０％来自细胞外。组织水 对ＭＲ信号的形成贡献最大。水的Ｔ１值较长，Ｔ２值明显延长，故在Ｔ１ＷＩ图像上呈较 低信号，Ｔ２ＷＩ图像上信号明显增加，呈鲜明的高信号为其特征。鉴于ＭＲＩ对于组织水 含量的轻微增减有明显的敏感性， 研究水与ＭＲ信号强度的相关性是ＭＲＩ不可缺少的一个 课题。 纯水的Ｔ１和Ｔ２弛豫时间很长，组织的含水量稍有增加，不论是自由水还是结 合水都会使ＭＲ信号发生变化， 相比之下后者更为明显。 单独的水分子很小， 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，这部分水称为自由水（ｂｕｌｋ ｐｈａ ｓｅ）；如果水分子依附于较大分子，如蛋白质，它的运动频率就会降低，这部分水称为 结合水（ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）。Ｔ１反映了这些分子运动频率与Ｌａｒｍｏ ｒ共振频率之间的关系，当两者接近时，Ｔ１弛豫有效、快速；当两者差别较大时，Ｔ１弛 豫效果差，且速度缓慢。自由水的运动频率明显高于Ｌａｒｍｏｒ共振频率，因此Ｔ１弛豫 缓慢，Ｔ１时间较长；崐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和大分子之间，接近Ｌａ ｒｍｏｒ频率，因此Ｔ１弛豫明显缩短，致使Ｔ１加权像上信号增强。 认识自由水与结 合水的特点，有助于认识病变的内部结构，有利于诊断的定性。例如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，其信号高于脑脊液。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 *近蛋白质表面的膜状结构，具有较多的结合水，故Ｔ１缩短，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。再如脑阻塞性脑积水时，脑脊液是自由水，它 渗漏进脑白质后变为结合水， 在Ｔ１加权像中信号明显高于脑脊液， 而在Ｔ２加权像中又低 崐于脑脊液信号。病变内如蛋白含量高，结合水含量也较高，由于缩短了Ｔ１时间，使病变 如垂体脓肿在Ｔ１加权像中信号很强。 １.７ 血 流 快速流动的血液因其“流空效应”，在各种成像上均低（无）信号血管影； 而缓慢或不规则的血流，如湍流、旋流等，血管内信号增加且不均匀（见表）