低场磁共振水脂分离技术的临床应用PPT课件
【临床应用】体部氢质子波谱与脂肪比例
【临床应用】体部氢质子波谱与脂肪比例一、磁共振水脂分离成像与波谱利用磁共振成像技术分析肝脏、胰腺、肌肉、盆腔、骨髓等组织中水和脂的比例，研究糖尿病、肥胖症或骨质疏松等疾病，越来越成为MR成像技术中的一项重要内容。
磁共振水脂比例成像技术，包括脂肪抑制或水激励成像、两点或三点回波法成像（DIXON或IDEAL）、多回波梯度回波成像等，但其中利用质子波谱进行水脂化学位移成像是所有水脂比例分析方法、水脂图像重建技术的重要参照基础。
在脂肪波谱成像中，甘油三酯表现有6种以上的波峰（图1），谱线形态受J-Coupling现象和具体甘油三酯基团类型的影响，同时，谱线形态也随着甘油三酯的各种成份不同而变化（图2）。
单体素波谱谱线中，可以使用PRESS（Point Resolved Spectroscopy）或STEAM （Stimulated Echo Acquisition Mode）序列，PRESS序列相对信噪比高，而STEAM序列可以获是更短的TE时间。
需要注意，J-Coupling现象会导致脂肪峰的非指数化T2衰减和波峰形态的改变，影响脂肪定量的准确性，因此脂肪波谱扫描需要相对固定的序列和参数。
二、肝脏波谱与水脂比例扫描1肝脏波谱扫描前，禁食禁水四小时。
仰卧位，脚先进，身体左右居中，两前臂交叉抱头（注意，不是两手交叉在一起）。
观察腹部呼吸最明显位置，外加呼吸门控（图3）。
2请输入标题线圈中心对准胸骨箭突，三平面定位图像上观察肝脏既不能偏上也不能偏下，确保肝脏位于线圈的中心。
3肝脏波谱扫描序列：1. Patient ID需要输入GESERVICE。
2. 横断面T2成像：在三平面定位冠状面图像中找到肝脏最大层面，定位横断面，以22层为标准。
必须更新呼吸频率，因为由呼吸来控制扫描，在均匀规律的呼吸频率下才能获得无伪影的图像。
FOV不宜过小，超过解剖25%，使用部分相位编码FOV缩短扫描时间，添加上下饱和带消除血管搏动伪影（图4）。
02 MRI中的水与脂：概念、应用及误区
• DWI检测组织中限制性扩散的方向及受限程度
24
4
DWI序列
90° 180°
DWI产生对比的原理
常规DWI，扩散梯度场对细胞外自由水运动敏感 T2WI基础上，施加扩散梯度，组织信号衰减 自由水扩散越自由 = 信号丢失多，DWI信号越低 自由水扩散越受限 = 信号丢失少，DWI信号越高
1.0 0.083 0.066 0.016 0.093 0.0005 0.029 0.096 0.83
2
*磁性原子核的中子数和质子数至少其一是奇数
MRI的信号来源
• MRI的直接信号来源（氢质子）
–水 √ –脂肪 √ –蛋白质 × –其他大分子 ×
MRI中的水分子
H
• 多数组织信号来源于水分子中的氢 • MRI中的水分子概念较多 • 很多医生对这些概念比较模糊
FLAIR (TIR)
21
FSE-T2WI
SE-T1WI增强
22
3. DWI中的水分子
• 自由水扩散自由，信号衰减多 • 结合水扩散受限，信号衰减少
DWI
无创探测活体组织中水分子扩散的唯一方法 信号来源于组织中的自由水 结合水尽管运动受限，但仍不能产生信号 不同组织对自由水扩散限制程度不同 产生DWI对比 检测组织中限制性扩散的受限程度
2. FLAIR序列中的水分子
• FLAIR：液体抑制反转恢复 • 自由水抑制，而采集结合水信号？
FLAIR
快速反转恢复序列之一 利用水样液体长T1值的特点
对照组: FLAIR
对照组:T1WI SE+MT
低场磁共振水脂分离技术的临床应用课件
脂水分离技术的临床应用
SE脂水分离技术与GRE脂水分离技术均属 于three-point Dixon脂肪抑制技术，均同时 显示水及脂肪两套图像；3D-SPGR用于血 管成像及T1WI成像。与in-phase及out-phase 成像不同， in-phase属于TIWI成像， outphase抑制脂水混合组织。
Dixon的技术优势
与传统的反转恢复( IR) 和脂肪饱和(FatSat ) 等压脂 技术相比 ，Dixon 方法具有如下技术优势: 1. 不影响纵向磁化 2. 对B0的不均匀性不敏感 3. 对射频的不均匀性不敏感
Dixon的技术优势
低场系统不能缺少的技术： 由于受到各类条件的限制，低场系统上最常使
三点Dixon方法水脂分离原理
上述方法忽略了T2* 的影响， 对脂肪的估计不够 准确， 技术上也更易产生水脂互换伪影。为了获 得更准确的水脂分离结果，研究人员提出了各种 改进方案。三点Dixon 方法是对两点Dixon 方法的 一个重要改进。三点Dixon方法最早由Glover 和 Schneider于1991年提出。这种方法通过三幅具有 不同水、脂相位差的图像实现分离运算， 能够消 除T2* 影响， 获得更准确的分离结果。
正常踝关节成像
脂水分离
T1WI
T2*WI
踝关节
临床应用举例
关节软骨
水脂分离序列在低场强开放式磁共振系统 中，脂肪抑制效果满意，图像清晰。诊断 关节软骨损伤的敏感性和特异性均较高， 是一种十分有效的检查技术。
低场核磁共振检测技术
T 1 弛 豫 率
1 8 1 6 1 4
T 2 弛 豫 率
1000/T T1( 1/s)
1 0 8 6 4 2 0 -1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 01 1 0
y = 0 .0 9 6 x + 0 .3 7 7 2 2 R = 0 .9 9 9 8
食品农业测试案例
·重复性：标准偏差小于0.1%
测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 Mean STD 黄豆 含油率% 18.09 18.07 18.07 18.06 18.04 18.03 18.05 18.02 18.05 0.02 含水率% 6.31 6.30 6.48 6.41 6.33 6.43 6.41 6.24 6.36 0.08 含油率% 1.86 1.85 1.80 1.82 1.81 1.85 1.87 1.82 1.84 0.03 小米 含水率% 11.34 11.36 11.49 11.31 11.60 11.49 11.50 11.52 11.45 0.10
可视化观察冻土融化过程
上图中亮的信号代表水分，随着融化的进行，信号逐渐从外部向内部发展，最后完全融化。 图中 ， 着 ， 部 部 ，最 高压驱替
石油能源测试案例
MnCl溶液驱油（水驱油）过程 （
1. 从红色-黄色-蓝色，信号 依次减弱； 2. 油的信号强，MnCl的水 的 的水 溶液的信号弱； 左图水驱油的过程是从左到 右驱替，首先岩心的靠左孔 隙内的油被水驱替走，随着 驱替时间的延长，水慢慢从 岩心的左边扩散到整个岩心， 直到最后 走岩 内的 有 直到最后驱走岩心内的所有 油。
农业领域测试案例
3.0 T MRI双回波水脂分离Dixon技术在非酒精性脂肪肝患者肝脏脂肪含量定量测定中的应用
3.0 T MRI双回波水脂分离Dixon技术在非酒精性脂肪肝患者肝脏脂肪含量定量测定中的应用应洁，刘丹*，杨全，王兴兰，丁昭君，苏丽平脂肪肝(fatty liver)是指肝内脂肪异常聚集，当肝脏内脂肪含量超过肝脏的5%时称为脂肪肝[1]，包括单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)及肝硬化。
脂肪肝的患病率在全球逐年上升，以非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)为主要趋势，并逐渐年轻化，在美国患病率是10%～46%，而在世界的其他地方是6%～35%[2]。
有研究显示，血脂水平与脂肪肝的脂肪含量不成正比，血清学和生化检查指标尚不能准确诊断NAFLD[3]。
肝穿刺活检是检测肝脏脂肪含量和诊断脂肪肝的金标准，但因其有创性、存在取样误差、可重复性差，患者难以接受，故肝穿刺活检不能被广泛推广，更不宜用作筛查和定量诊断脂肪肝。
1 材料与方法1.1 一般资料选择2017年11月至2019年5月在我院经超声诊断为非酒精性脂肪肝的160例患者。
排除标准：(1) MRI检查禁忌证者；(2)重度肝脏铁质沉积者；(3)肝脏肿瘤或脾脏切除术后者；(4)肝炎病毒携带者及患者；(5)有酗酒史或近3个月内有脂肪肝药物治疗史的患者。
目前脂肪肝的病理学诊断标准[4-6]：轻度脂肪肝，肝脏含脂肪量为5%～10%或者光镜下30%～50%的肝细胞有脂肪变性，肝细胞内可见小而少的空泡；中度脂肪肝，肝脏含脂肪量为10%～25%或者光镜下50%～75%的肝细胞有脂肪变性，空泡多而大，呈弥漫性；重度脂肪肝，肝脏含脂肪量为25%～50%或光镜下超过75%的肝细胞存在脂肪变性。
1.2 研究方法 1.2.1 检查技术所有受试者均采用Siemens Verio 3.0 T 磁共振，使用通道表面线圈进行腹部扫描。
通过扫描，完成精确常规平扫 T1WI 、T2WI 、DWI 、MRS 及T1-VIBE -Dixon 序列，Dixon 具体参数如下：TE 1.23 ms ，TR 4.16 ms ，矩阵256×192，FOV 40 cm ×30 cm ，层厚3 mm ，层间距0.6 mm ，扫描层数72层。
MR检查技术及其临床应用ppt课件
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14
二、磁共振检查的脉冲序列
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1、自旋回波脉冲序列（SE脉 冲序列）：它是MR扫描最基 本、最常用的脉冲序列。在该
序列中通过选择不同的TR和TE 可分别获得T1加权像（T1WI） 、T2加权像（T2WI）和质子密 度加权像（PdWI）
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TR（激发时间或重复时间 ）：两个激励脉冲间的间隔 时间。TR的长、短决定着能 否显示出组织间T1的差别， 用短TR能显示出组织间T1信 号强度的差别。
第一节、磁共振成像（MRI） 的设备与基本原理
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1
磁共振设备主要由主 磁体、梯度系统、射频 系统、计算机系统及其 他辅助设备等构成。
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2
核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR)现称为磁共振成 像（MRI）是一种核物理现象。它 是在1946年，美国哈佛大学 Purcell和斯坦福大学Block发现物 质核磁共振原理的基础上，于20世 纪70年代末继CT之后，借助电子 计算机和图像重建数学而发展起来 的一种新型医学影像技术。直至
1978年才用于临床。
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3
方法：将患者检查部位摆入强的
外磁场中，表面有线圈包绕，射频
发射器很像一个短波发射台及发射
天线，向人体发射不同的脉冲序列
，人体内氢原子核相当于一台收音
机接收此脉冲。瞬间关掉发射脉冲
，这时人体内氢原子核则变成一个
短波发射台发出磁共振信号由MR
信号接收器接收。最后利用磁共振
信号重建图像。
脑 脑 脑 脂 骨 纤维 骨 脑
白 灰 脊 肪 髓 韧带 皮 膜
质质液
质
质
T1WI 白 灰 黑 白 白 稍黑 黑 黑 灰
食品中低场核磁共振技术应用例析
食品中低场核磁共振技术应用例析作者：田海娟吴丹概要：传统的油脂检测方法需要大量的时间和化学试剂，很难在线快速对油脂品质变化程度做出评价。
新型检测方法如化学感官系统电子鼻和近红外傅里叶变换仪可以快速检测油样，但其与常规指标的相关系数并不高。
寻找一种快速、便捷、灵敏、低成本的新型检测方法成为油脂行业的一个新的研究方向。
低场核磁共振技术在食品中水分的应用有很多，在绿豆浸泡过程、大米浸泡过程、海参复水过程、胡萝卜切片干燥过程、水分分布、水分含量、水分性质，都得到了一定的应用。
2009年上海理工大学医疗器械与食品学院李然[2]等人利用低场核磁共振技术对绿豆浸泡过程进行了研究，试验结果表明，自由水作为溶剂在绿豆吸水过程中参与各种生化反应，故自由水的质子密度（信号量）上升量最大，从核磁共振图像中可以看到水是从脐处慢慢进入绿豆内。
低场核磁共振技术同样也可应用于其他粮食浸泡过程分析。
2007年浙江工商大学食品与生物工程学院余瑞鑫[3]等对3种大米浸泡过程中的水分状态进行低场核磁共振技术测定。
通过对糯米浸泡过程中水分状态变化的研究得出；水分进入到糯米中心所需的浸泡时间最短为35min，浸泡加水量最少为35%；水温在15-30℃范围内，每升高5℃，糯米达到相同水分状态的浸泡时间可以缩短10min；2009年中国海洋大学食品科学与工程学院张文杰博士[4]等采用低场核磁共振技术及其成像技术研究海参中的水分含量、分布及状态变化，研究结果表明，海参复水过程初期随着复水时间延长，海参体内自由水、不易流动水含量增加，但不易流动水含量变化不显著，低场核磁共振技术为海参复水加工过程中物性参数的研究提供了一种有效方法。
2006年南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室徐刚[5]等为研究胡萝卜切片在干燥过程中内部水分变化的特征，应用低场核磁共振技术的横向弛豫时间反演谱分析胡萝卜切片在干燥过程中内部水分的变化。
试验结果证明，干燥过程改变了胡萝卜样品中水的结合状态，自由度高的水分向自由度低的迁移；随着干燥温度升高，干燥速度加快，但温度为80℃时，由于物料表面结壳阻碍了水分的外迁从而影响干燥速率。
低场核磁共振技术在肉品科学研究中的应用_杨赫鸿
低频核磁共振技术具有价格低廉、快速无损、测定精准的特点，与其他检测技术相比具有很大的优势，因此在诸多方面都有广泛的应用[1]。
研究者在不需对样品进行物理处理的情况下，可以观察其内部结构状况[2]；在最低干扰状态下，可以测定水分，蛋白质和脂肪等多种指标[3]。
本文主要综述了低场核磁共振技术在肉品科学研究中的应用。
1低场核磁共振概述核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance ，简称NMR ）是指具有固定磁矩的原子核，如1H 、13C 、31P 、19F 、15N 、129Xe 等，在恒定磁场与交变磁场的作用下，以电磁波的形式吸收或释放能量，发生原子核的跃迁，同时产生核磁共振信号，即原子核与射频区电磁波发生能量交换的现象。
目前应用较多的是以氢核（1H ）为研究对象的核磁共振技术[4]。
核磁共振波谱法即为具有非零自旋量子数的任何核子放置到磁场中，能够以电磁波的形式吸收或释放能量，发生原子核的跃迁，同时产生核磁共振信号得到核磁共振谱。
NMR 根据分辨率的差异，可以分为高分辨率（即高场）和低分辨率（即低场）两种不同的类型。
高场主要对样品的化学性质进行探测，低场核磁共振（Low field nuclear magnetic resonance ，LF-MNR ）是指磁场强度在0.5T 以下的核磁共振，检测对象一般针对的是样品的物理性质[5]。
1H 核特别是其质子在LF-MNR 技术中运用最为广泛，主要是因为其在自然界中丰度极高，能够产生很强的核磁共振信号，且具有易于检测，便于观察，稳定存在的特点。
LF-MNR 测定指标主要为弛豫时间。
1H 核以非辐射的方式从高能态转变为低能态的过程称为弛豫。
NMR 驰豫不是自发形成的，而是受到核分子运动和相互作用控制。
因此，它可以提供核的内部的物理化学环境等有价值的信息[6]。
LF-MNR 主要通过对纵向弛豫时间T 1（自旋—晶格），横向弛豫时间T 2（自旋—自旋）和自扩散系数的测量，反应出质子（1H ）的运动性质[7]。
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水像
正常图像 脂肪像
优异的水脂分离效果，区别病变成分
优异的水脂分离效果，区别病变成分
2D/3D Fat/Water Separation
FSE with F/W Image
3DGRE with F/W Image
正常膝关节成像
脂水分离
T1WI
T2WI
脂 水 分 离 增 强
脂水分离技术的临床应用
SE脂水分离技术与GRE脂水分离技术均属 于three-point Dixon脂肪抑制技术，均同时 显示水及脂肪两套图像；3D-SPGR用于血 管成像及T1WI成像。与in-phase及out-phase 成像不同， in-phase属于TIWI成像， outphase抑制脂水混合组织。
Dixon技术水脂分离原理
磁共振信号由水、脂两个分量构成。磁共振捕捉的信号是 体素内两个信号的向量和。Dixon方法借助向量运算将磁 共振信号分解，求解出水、脂分量，实现水脂分离。
最初的水脂分离方法是由W Thomas Dixon于1984年提出。 他利用一张同相位像(IP)和一张反相位像(OP)，通过简单 的计算来获得水图和脂图。由于这种方法使用了两个不同 TE的图像，也被称为两点Dixon 方法： W=(IP+OP)/2 F=(IP－OP)/2
三点Dixon方法水脂分离原理
上述方法忽略了T2* 的影响， 对脂肪的估计不够 准确， 技术上也更易产生水脂互换伪影。为了获 得更准确的水脂分离结果，研究人员提出了各种 改进方案。三点Dixon 方法是对两点Dixon 方法的 一个重要改进。三点Dixon方法最早由Glover 和 Schneider于1991年提出。这种方法通过三幅具有 不同水、脂相位差的图像实现分离运算， 能够消 除T2* 影响， 获得更准确的分离结果。
脂水分离的临床应用
头部： 检查多发病灶，增加检出率。
盆腹部： 由于高信号脂肪存在，发现病变和鉴别较困难。应用
脂水分离技术脂肪被抑制后，增强后病变清晰显示。 骨关节：
3D 脂水分离用于高分辨率检查细微结构. 脂水分离有强烈的对比度, 显示软骨较常规MRI有优 势.
水脂分离
Fat Water Separation
正常踝关节成像
脂水分离
T1WI
T2*WI
踝关节
临床应用举例
关节软骨
水脂分离序列在低场强开放式磁共振系统 中，脂肪抑制效果满意，图像清晰。诊断 关节软骨损伤的敏感性和特异性均较高， 是一种十分有效的检查技术。
软骨骨折
关节软骨不全骨折
3D SPGR WATER
软骨骨折
3D SPGR WATER
T1 WATER GRE
腹部水脂分离成像
T1W 脂肪抑制的实现，新突破（一次憋气 ，两组图像）
脂水分离用于增强扫描
肾周由于高信号脂 肪存在，发现病变 和鉴别较困难。此 例脂肪被抑制后， 病变清晰显示，左 肾癌(蓝箭)和右肾囊 肿(红箭)。
概述
磁共振图像中的高亮脂肪信号往往会掩盖水肿、 炎症或肿瘤等病变， 造成诊断困难。所以，临床 应用中经常借助各种压脂技术来抑制脂肪信号， 增加图像对比度，以利于病变组织显影。
Dixon技术是一种水脂分离方法。它既是反转恢复 (STIR)和脂肪饱和(一次扫描获得多个对比度并 用于脂肪定量等场合。