核磁共振成像：生理参数测量原理和医学应用PDF电子书下载

第1章 血流MR成像和血管MR造影 1

1.1 生理血流运动 1

1.1.1 运动类型 1

1.1.2 血液在血管中、流体在管道中流动的描述 2

1.1.3 血管血流特征 3

1.2 流动血对MR信号的影响 4

1.2.1 流空效应及高速信号损失 5

1.2.2 湍流引起信号损失 6

1.2.3 层流引起奇回波散相、偶回波重聚相 7

1.2.4 凝滞和舒张期伪门控 9

1.2.5 流动相关增强（FRE） 11

1.2.6 血流异常和血管疾病诊断 13

1.2.7 辨别血栓和慢血流 16

1.3 流动伪影和流动补偿技术 18

1.3.1 流动的综合效应及流动伪影 18

1.3.2 抑制FRE伪影的预饱和技术 19

1.3.3 流动补偿，即GMN技术 19

1.3.4 用流动补偿产生的新问题 22

1.3.5 心电门控 24

1.4 血流在梯度回波图像上的流入或TOF效应 25

1.4.1 在破坏GE序列中信号强度与激发脉冲数及倾倒角的定量关系 25

1.4.2 二维成像 27

1.4.3 三维成像 29

1.4.4 对低速流入效应的理解 29

1.4.5 克服TOF饱和的措施 30

1.5 相位成像 31

1.5.1 相位成像概念和方法 31

1.5.2 相位像的灰度表示 32

1.5.3 相位差像 33

1.5.4 在相位分布图中的运动伪影 33

1.5.5 用相位像检查主磁场均匀性 34

1.5.6 测量磁化率分布 34

1.5.7 用“斑马条纹”相位像显示流动效应 37

1.6 MR流动测量：飞行时间方法 37

1.6.1 团注激发跟踪测量方法 38

1.6.2 激发团注一维跟踪法 40

1.6.3 团注预饱和跟踪测量方法 40

1.6.4 临床应用 41

1.7 MR流动测量：相敏方法 42

1.7.1 相敏法测量流动的SE序列 42

1.7.2 相敏法测量流动的GE序列 43

1.7.3 用相位差对比度测量流动仿真的实例 44

1.7.4 应用相敏法应注意的问题 45

1.7.5 用一维相位数据（RACE）测流速 46

1.7.6 RACE的临床应用价值 47

1.8 飞行时间法血管造影（TOF MRA） 48

1.8.1 二维流入敏感（或TOF）法 49

1.8.2 最大强度投影显示 50

1.8.3 三维傅里叶变换梯度回波TOF 51

1.8.4 黑血造影，最小强度投影 55

1.8.5 三维快黑血像和黑血MRA 55

1.9 相位对比度血管造影（PC MRA） 57

1.9.1 用相位探测运动的原理 57

1.9.2 PC MRA的重要属性 62

1.9.3 相敏流动成像脉冲序列 63

1.9.4 数据后处理 65

1.9.5 临床应用 66

1.10 全身MRA 71

1.10.1 对比度最佳化 71

1.10.2 头和颈MRA 72

1.10.3 心血管成像 73

1.10.4 肾动脉 76

1.10.5 四肢血管成像 77

1.10.6 未来发展前景 77

1.11 磁化率加权成像（SWI） 77

1.11.1 SWI原理 78

1.11.2 SWI在医学中的应用 81

1.12 快速MRA 85

1.12.1 压缩感知（CS）技术 85

1.12.2 基于CS技术的MRA 86

参考文献 88

第2章 脑功能磁共振成像 94

2.1 血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-fMRI） 94

2.1.1 神经活动的生理基础 94

2.1.2 BOLD现象 96

2.1.3 BOLD-fMRI原理 97

2.1.4 神经激活时脑血流和脑氧代谢率的不匹配现象的理论解释 101

2.2 BOLD-fMRI实验设计和时空分辨率 104

2.2.1 实验设计 104

2.2.2 BOLD-fMRI的空间分辨率和时间分辨率 106

2.3 fMRI实验数据预处理 112

2.3.1 时间校正 112

2.3.2 图像配准 112

2.3.3 图像平滑 124

2.4 fMRI数据统计步骤和方法 125

2.4.1 fMRI数据特征 125

2.4.2 基于一般线性模型（GLM）的统计分析方法 126

2.4.3 感兴趣区（ROI）分析 127

2.4.4 块型和时间相关模块的fMRI实验数据处理的差异 128

2.4.5 其他分析方法 128

2.5 静息态功能磁共振成像和脑功能连通图 129

2.5.1 人脑在静息状态下的代谢 129

2.5.2 静息态功能磁其振成像的发现 130

2.5.3 BOLD自发性波动的生理基础 130

2.5.4 静息态功能磁共振的数据处理方法 133

2.5.5 默认网络 136

2.5.6 图论和大脑网络 138

2.6 实时脑功能磁共振成像（rtfMRI） 140

2.6.1 rtfMRI背景与一种经典算法 140

2.6.2 rtfMRI系统与技术进展简介 146

2.6.3 rtfMRI的相关应用简介 150

2.7 光遗传学功能磁共振成像（ofMRI） 160

2.8 非BOLD脑功能磁共振成像 163

2.8.1 神经电流磁共振成像（ncMRI） 164

2.8.2 分子功能磁共振成像 166

2.8.3 洛伦兹效应成像（LEI） 169

2.8.4 扩散功能磁共振成像（dfMRI） 170

参考文献 172

第3章 灌注MR成像 174

3.1 灌注概念和描写微血管的基本物理参数 174

3.1.1 灌注基本概念 174

3.1.2 血细胞比容和法拉由斯效应 175

3.1.3 平均通过时间 176

3.1.4 灌注定量的基本原理 177

3.2 早期的SPECT,PET和CT灌注成像 178

3.2.1 SPECT和PET灌注成像 178

3.2.2 CT灌注成像 179

3.3 基于外源示踪剂的多核MR灌注成像 181

3.3.1 氘（2H）示踪剂 181

3.3.2 17O技术 183

3.3.3 19F NMR脑血流成像 188

3.4 顺磁性对比剂的1H灌注MR成像 189

3.4.1 对比度增强剂 189

3.4.2 顺磁性对比剂的两种作用机制 190

3.4.3 弛豫率 190

3.4.4 磁化率 191

3.4.5 动态磁化率对比度技术 192

3.5 对比剂增强灌注MRI的临床应用 196

3.5.1 磁化率X对比度和脑血管疾病 196

3.5.2 脑瘤性疾病 197

3.5.3 神经变性疾病 200

3.5.4 乳腺肿瘤 202

3.6 体元内非相干运动（IVIM）和相干运动（IVCM）成像 202

3.6.1 毛细血管模型和IVIM效应 202

3.6.2 体元内不相干运动（IVIM）和相干运动（IVCM） 205

3.6.3 IVCM成像 205

3.6.4 IVIM成像 207

3.6.5 IVIM和经典灌注 208

3.7 IVIM成像中扩散和灌注的分离 209

3.7.1 IVIM成像 209

3.7.2 扩散和灌注的分离 211

3.8 动脉自旋标记灌注MR成像（ASL MRI） 212

3.8.1 连续动脉自旋标记（CASL） 213

3.8.2 脉冲动脉自旋标记（PASL） 217

3.8.3 CASL和PASL脑部灌注成像 220

3.8.4 其他标记方式 223

3.9 血管空间依赖磁共振成像（VASO MRI） 226

3.9.1 VASO MRI技术原理 227

3.9.2 VASO MRI技术应用 229

3.10 脑组织氧摄取分数（OEF）和氧代谢率（CMRO2）MR成像 230

3.10.1 GESSE技术 230

3.10.2 TRUST技术 234

3.10.3 QUIXOTIC技术 236

参考文献 241

第4章 饱和转移成像和细胞、分子成像 245

4.1 磁化强度转移成像 245

4.1.1 双池模型和磁化强度转移概念 245

4.1.2 磁化强度转移成像测量目标 247

4.1.3 MT效应对照射功率和频偏的依赖 248

4.1.4 MT实验常用的RF脉冲 248

4.1.5 频率偏置及符号的选择 250

4.1.6 饱和转移对1Hf池弛豫时间的影响 251

4.1.7 组织特异性和对比度 252

4.1.8 MTC图像临床应用 254

4.1.9 MTC的负效应 255

4.2 磁化强度转移定量理论 255

4.2.1 实验条件和方法 255

4.2.2 双池模型参数 256

4.2.3 耦合的布洛赫方程 257

4.2.4 稳态解 257

4.2.5 洛伦兹线形和高斯线形 258

4.2.6 偏照的直接效应 258

4.2.7 MT效应和模型参数的提取 260

4.2.8 Z谱 261

4.2.9 最佳偏照条件 262

4.3 化学交换饱和转移 263

4.3.1 CEST与MT的区别 263

4.3.2 CEST成像机制 264

4.3.3 慢交换和快交换 265

4.4 APT成像 266

4.4.1 氨基质子饱和转移比（APTR） 266

4.4.2 APT成像脉冲序列 267

4.4.3 APTI数据采集方法 267

4.4.4 APTI数据处理 268

4.4.5 成像结果 268

4.4.6 饱和功率优化 269

4.4.7 脂肪抑制 272

4.4.8 氨基交换旋转转移（CERT）成像新方法 272

4.5 CEST成像 274

4.5.1 三维（3D）CEST脉冲序列 274

4.5.2 数据采集 275

4.5.3 数据分析 276

4.5.4 实验结果 276

4.5.5 照射机制CEST成像序列最佳化问题 278

4.6 化学交换饱和转移双池模型理论 279

4.6.1 Bloch-McConnell方程 280

4.6.2 CEST和APT实验 281

4.6.3 CEST实验中照射功率最佳化 283

4.6.4 多池交换模型 287

4.7 外源性CEST对比度介质 290

4.7.1 CEST介质分类 291

4.7.2 CEST对比度介质应用前景 295

4.8 对CEST对比度介质关键参数——交换率的定量方法 297

4.8.1 MR谱线宽方法和WEX方法 298

4.8.2 MRI测量方法（QUEST和QUESP） 300

4.8.3 QUEST的改进型QUESTRA方法 303

4.8.4 奥米伽直线法 304

4.8.5 RF功率法 307

4.9 测量化学交换的多角比值法 309

参考文献 314

第5章 在活体中定域磁共振谱和谱成像 320

5.1 生物体内定域MRS 320

5.1.1 基本原理 320

5.1.2 参考谱峰和标准物质 322

5.1.3 MRS对仪器的要求 322

5.1.4 活体中MRS可观测的代谢物 323

5.1.5 活体中定域谱发展简史 325

5.2 活体MRS定位技术 326

5.2.1 单体元谱（PRESS）技术 326

5.2.2 STEAM定位技术 327

5.2.3 ISIS定位技术 328

5.2.4 表面线圈定位法 328

5.2.5 表面线圈和B0梯度相结合的组合方法 331

5.2.6 任意形状体元的激发谱 331

5.3 磁共振谱成像 333

5.3.1 自旋回波谱成像脉冲序列 335

5.3.2 3D多体元纵向哈达马（Hadamard）谱成像（L-HSI）序列 335

5.4 影响代谢物浓度定量MR谱的因素 338

5.4.1 回波时间选择 338

5.4.2 匀场 340

5.4.3 水抑制 340

5.4.4 外体积抑制 341

5.4.5 内体积饱和（IVS） 342

5.4.6 T1和T2校正 344

5.4.7 浓度定量参考标准 344

5.4.8 温度校正 345

5.4.9 信噪比和信号平均 346

5.4.10 体元脑脊液污染的校正 346

5.4.11 其他应该避免的因素 346

5.5 脑中定域1H MRS采集、拟合步骤和浓度估计 347

5.5.1 谱数据采集 347

5.5.2 拟合以估计峰面积 348

5.5.3 浓度估计 350

5.5.4 浓度标准 350

5.5.5 线圈负载和RF非均匀性 351

5.5.6 对于用外部标准的方程 351

5.5.7 典型扫描协议 352

5.6 质子MRS在神经疾病中的临床应用 353

5.6.1 从临床角度考虑技术方面 353

5.6.2 定义正常值 354

5.6.3 代谢疾病 355

5.6.4 退行性疾病 355

5.6.5 感染和炎症 356

5.6.6 颅内肿瘤类型鉴别 356

5.6.7 癫痫 358

5.6.8 缺血和缺氧 358

5.6.9 精神病和头伤害 359

5.6.10 脊髓 359

5.6.11 谱方法的改进 359

5.6.12 定量MR谱（qMRS）临床常规软件 361

参考文献 361

第6章 油／水质子化学位移成像 370

6.1 脂肪化学位移和MRI信号 370

6.1.1 化学位移 370

6.1.2 质子密度 372

6.1.3 弛豫时间（T1和T2） 373

6.2 与脉冲序列有关的脂肪化学位移伪影 375

6.2.1 在EPI序列中沿相位编码轴的化学位移伪影 375

6.2.2 在梯度回波（GE）序列中油／水相位对消强度伪影 376

6.3 化学位移选择性（CHESS）激发与饱和 378

6.3.1 脂肪的选择激发——CHESS序列 378

6.3.2 窄带激发脉冲的设计 380

6.3.3 脂肪的选择性饱和 381

6.3.4 水的选择激发 382

6.3.5 梯度反向CHESS技术 382

6.4 抑制脂肪的STIR技术及变型 384

6.4.1 基于弛豫率的STIR技术 384

6.4.2 SPIR技术 384

6.5 Dixon化学位移成像（CSI） 384

6.5.1 基于SE序列的原始Dixon方法 385

6.5.2 扩展的两点式Dixon（E2PD）技术 388

6.5.3 用区域增长算法校正2PD图像相位误差 390

6.5.4 不对称两点式Dixon方法 392

6.6 三点式Dixon方法 396

6.6.1 （0，π，—π）采集方案 396

6.6.2 （0，π，2π）采集方案 397

6.6.3 包括回波幅度调制的3PD方法 398

6.6.4 直接相位编码（DPE）的3PD方法 401

6.6.5 IDEAL三点式Dixon方法 403

6.6.6 3PD方法发展动态 408

6.7 单点式Dixon方法 408

6.7.1 单点正交式Dixon方法 408

6.7.2 相敏真FISP水脂分离成像 409

参考文献 411

第7章 MR图像伪影及抑制方法 415

7.1 混叠或折绕伪影，截断或跳动伪影 415

7.1.1 混叠伪影及抑制办法 415

7.1.2 边缘跳动伪影 418

7.2 金属材料伪影和磁化率伪影 422

7.2.1 磁场扰动和材料磁性 422

7.2.2 金属材料伪影 423

7.2.3 磁化率伪影 425

7.2.4 魔角效应 427

7.3 主磁场B0、梯度和RF场不均匀产生的伪影 428

7.3.1 主磁场不均匀对图像的影响 428

7.3.2 梯度涡流伪影 429

7.3.3 伴随场相位误差及校正方法 433

7.3.4 RF场伪影 437

7.4 四类中央伪影和部分体积平均伪影 440

7.4.1 中央点或中央斑伪影 440

7.4.2 中分线伪影 440

7.4.3 中分拉链伪影 441

7.4.4 中央扩展伪影 442

7.4.5 部分体积平均 443

7.5 数据限幅、数据丢失、数据错误引起的伪影 444

7.5.1 数据点错误引起的条纹伪影 444

7.5.2 数据限幅截顶引起的对比度畸变伪影 444

7.5.3 数据丢失引起的伪影 446

7.5.4 奈奎斯特伪影 446

7.5.5 正交相敏检波器不正确引起的伪影 447

7.6 化学位移空间失配伪影（CSMAs）和黑分界线伪影 447

7.6.1 化学位移失配机制和伪影特征表现 447

7.6.2 黑分界线伪影 451

7.7 MRI中的运动效应和伪影 453

7.7.1 伪影形成的基本机制 454

7.7.2 运动类型及情形 455

7.7.3 运动伪影的特征 456

7.7.4 影响伪影强度的因素 457

7.8 不监视运动抑制运动伪影的措施 458

7.8.1 限制体运动 458

7.8.2 屏住呼吸 458

7.8.3 信号平均 458

7.8.4 变TR和NEX 459

7.8.5 降低运动组织的信号强度 460

7.8.6 调换梯度的方向 460

7.8.7 用梯度再聚相的运动补偿 461

7.8.8 空间预饱和 463

7.8.9 短TE，快序列 465

7.9 监视运动抑制运动伪影的措施 466

7.9.1 门控 466

7.9.2 调序相位编码 467

7.9.3 导航回波自适应校正 468

7.9.4 基于导航回波的实时呼吸门控采集 470

7.9.5 用光学跟踪系统进行预期性实时头运动校正 475

7.9.6 跟踪数据的质量 479

7.10 抗运动伪影的脉冲序列 480

7.10.1 在径向扫描轨迹MRI中的自导航运动校正 480

7.10.2 PROPELLER技术 483

参考文献 489