影像物理磁共振成像(MRI)的原理.ppt

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1、磁共振成像（MRI）的原理,磁共振现象：某些特定的原子核在外界静磁场中受 一个适当的射频脉冲激励后吸收或释放电磁能的现象一、磁共振成像机的基本结构磁体 梯度系统 射频系统 计算机系统 检查床与操作控制台,1、磁体,永久0.3T 阻抗 超导：0.352T场强：超低场：002009；低场：0103 中场：0310；高场：102T磁场强度：磁力在空间某处的强度。1Tesla=10 000gause，约地球磁场强度的20 000多倍。均匀性：成像磁场空间一定范围的磁场强度的标准差与主磁场强度的比。以ppm为单位（百万分之一）。稳定性：磁场强度在单位时间内的相对变化率。,2、梯度系统,一个绝对均匀的磁场

2、不能提供 任何空间信息。因为所有的质子 都具有相同的共振频率，发射出不能区分的MR信号。要确定共振的质子相应空间位置必须改变磁场的空间结构。它由梯度放大器及 X、Y、Z三组梯度线圈组成。,3、射频系统,射频线圈:发射线圈:发送射频脉冲，激发自旋。原子核自旋系统吸收相同频率的RF磁场 能量而从平衡态变为激发态的过程称MR。接收线圈：小线圈具有较好的信噪比。射频放大器：调制不同类型的射频并通过发射线 圈发射至兴趣区。射频接收放大器：将MR信号先放大再进行数字化及进一步处理。射频屏蔽：防止外界电磁波对MR影响而产生伪影;避免RF对磁体室外接收器产生干扰。,4、计算机系统：图像的重建与显示5、检查床与

3、操作控制台,二、怎样的原子核产生 磁场,自旋特性的原子核，且质子与中子必须一个是奇数,自旋是自然界普遍存在的现象，但16O、12C 不能用于MRI（磁矢量为零）；自然界2/3的同位素具有奇数质子或中子1H、13 C、19 F、23 Na、31 P有净核自旋称自旋磁体。,三、自旋质子在磁场中的运动,1、质子的进动：圆锥（陀旋）运动2、自旋质子须保持一个恒定的频率-拉莫 频率：Larmor 公式：w0(f)=r B0 质子产生信号（被接收与利用）3、自旋弛豫：从激发态恢复至平衡态的 一个动态自然过程。,附：名词解释,晶格：MRI中原子核周围的环境称为晶格。,平衡态：质子在温度与磁场强度不变的情况下

4、充分磁化后，磁化矢量保持衡定，这种稳定状态为平衡态。激发态：质子吸收能量(RF)后的不稳定状态为激发态。,四、病人（质子）进入外加磁场时会发生什么情况,1、质子在正常情况下是随意排列的（杂乱无章），宏观磁化矢量和为零.“自由态”2、质子进入外加磁场时会发生二种情况：顺、逆外加磁场的方向。(磁化）,3、顺磁场方向的低能态，逆磁场方向的高能态（磁化）稳定状态,四、病人（质子）进入外加磁场时会发生什么情况,4、质子进动（圆锥运动）Larmor公式：w0(f)=r B05、自旋质子弛豫,微观上讲:共振即诱发两种质子能态间的越迁,产生磁共振所需能量即为质子两种基本能态之差.能量来源于射频脉冲.,五、核磁

5、共振现象,微观上：共振即诱发质子二种能态间的跃迁，产生磁共振所需能量即为质子二种基本能态之差.RF频率仅在与质子群的进动频率一致时，才出现共振.,六、核磁共振现象,宏观上：受RF激励的质子群发生共振时，其磁化矢量M不再与主磁场B0平行。RF越强，持续时间越长，RF停止时，M偏离B0越远。,七、自旋质子弛豫,90RF停止时，M垂直于B0,Mz=0，平行于xy平面，Mxy最大。180RF停止时，M平行于B0，但方向相反，横向磁化矢量Mxy=0，Mz最大。,小结,质子带有正电荷，并不停地作旋转运动。旋转着的质子产生磁场犹如一个小磁棒。病人入磁场后，体内的质子（小磁场）以二种方式排列（顺低能态，逆高能

6、态）。RF激励质子进动，如陀螺在重力下旋转进动频率可依Larmor公式计算；外加磁场愈强，进动频率愈高。磁共振现象：指某些特定的原子核置于静磁场内，并受到一个适当的RF磁场的激励时，所出现的吸收和放出RF磁场的电磁能的现象。,八、产生MR的三个条件,外加磁场：质子：自旋特性的原子核（质、中子之一）为奇数。RF：频率须与质子进动频率相同。,九、核磁弛豫,RF符合Larmor频率，被激励的质子群发生共振，宏观磁化矢量M离开平衡状态。但RF停止后，M又自发地回复到平衡状态，这个过程称为“核磁弛豫”90RF停止后，M围绕B0轴旋转，M末端沿着上升螺旋逐渐靠向B0。RF结束的一瞬间，Mxy达最大值，Mz

7、=0。恢复到平衡时，Mz达最大值，Mxy=0在弛豫过程中磁化矢量M强度并不恒定，纵、横向部分必须分开讨论。弛豫过程可用两个时间值描述，即 纵向弛豫时间（T1）和横向弛豫时间（T2）,纵向弛豫（自旋晶格弛豫）,纵向弛豫时间（T1）：指90RF后，达到原纵向磁化矢量63%的时间.质子从RF波吸收能量，处于高能态（即被激励）的质子数目增加。T1弛豫是质子群释放已吸收的能量以恢复原来高、低能态平衡的过程.在恢复过程中，质子处于一个磁波动环境中，受到分子的Brown氏运动的影响.MR成像：磁波动的频率与RF一致时，激发高能态的质子，使其能量扩散到周围环境（晶格），两种高能态的质子恢复到平衡状态.,横向弛

8、豫（自旋-自旋弛豫）,横向弛豫时间（T2）指90RF后，原横向磁化矢量值衰减到37%的时间,组织中水分子的热运动持续产生磁场的小波动，周围磁环境的任何波动可造成质子共振频率的改变，使质子振动稍快或稍慢，使质子群由相位一致变为互异，即热运动的作用使质子间的旋进方位和频率互异，但无能量的散出。因此T2弛豫也称自旋-自旋弛豫。,脑脊液,脂肪,37%,84,1400,Mxy,t(ms),十、MR信号：与强大的主磁场方向一致的质子场强不能测定，需改变方向,十一、核磁共振信号,在弛豫过程中，横向磁化矢量Mxy的变化使环绕在人体周围的接收线圈产生感应电动势，这个可以放大的感应电流即MR信号自由感应衰减：90

9、RF后MR信号以指数曲线形式衰减RF与生物组织原子核的共振信号不同时，但同频率可用一个线圈兼作发射和接收,磁共振信号的测量只能在垂直于主磁场的xy平面进行.由于磁化矢量本身就是一个磁场，所以它在xy平面的旋进正如一个xy平面内的旋转磁体，可以在接收线圈内产生感应电压，这个随时间波动的电压即为MR信号。,十二、加权像：通过调节TR、TE得到突出某个组织特征参数的图像,质子密度N（H）加权像：长TR：15002500ms、短TE：1525ms。T1加权像（T1WI）：短TR：500ms，短TE：1525ms。T2加权像（T2WI）：长TR：15002500ms，长TE：90120ms。,十三、各种

10、正常和病变组织的T1、T2值均不同,正常和病变组织的氢原子的T1、T2受周围化学环境或磁环境的影响，周围化学环境改变氢原子核的行为，进而改变组织所发出的RF波。换言之，氢原子的T1、T2可反映其周围的化学环境或磁环境在MR成像中，质子密度是一种成像参数，但不如另外二种成像参数T1、T2重要。因为T1、T2（氢原子核的行为）提供了更为重要周围“磁气候”的信息。H H.如：乙醇 H-C-C-H OH,十四、MR图像用信号强度代表能量的高低,高信号：白 中等信号：灰 低信号：黑1、信号强度与T1成反比：同一时间内Fat的MR 强,H2O的MR弱.2、信号强度与T2成正比：同一时间内H2O的 MR强,

11、Fat的MR弱.3、分子量：中等分子信号强、低分子信号弱、高分子信号弱（黑色素、含铁血黄素）。4、质子密度：某一定区域内自旋质子的密度。5、流空效应：,十五、常见组织的MR信号特点,种类 组织特性 信号 骨皮质、空气:质子密度低 弱 致密结 T1长、T2短 弱 缔组织:脑积液:T1很长、T2很长.T1低T2高实质脏器:质子密度高.T1较长、T2较长 中等信号 脂肪:T1短、T2长 T1、T2 高信号,十六、序列技术,自旋回波SE脉冲序列：由于磁场的不均匀性，自旋磁矩的旋进频率各不相同，激发态自旋的相位相干性逐渐丧失，称去相位这种相位效应使横向磁化迅速衰减SE：90Ti180T去相位：90RF后

12、使同步的质子群异步，相位由一致变为分散（摺叠扇逐渐张开）相位回归：180RF后质子群离散的相位又相互趋向一致（摺叠扇合起、列队操练）,十七、其它脉冲序列,反转恢复序列IR：快速自旋回波序列：TSE梯度自旋回波序列：TGSE快速反转恢复序列：TIR半付理叶采集单次激发快速自旋回波序列：HASTE平面回波成像（EPI）,十八、新进展,磁共振流体成像技术幅度对比磁共振血管造影（MCA）相位对比血管造影PCA时间飞跃磁共振血管造影（TOF-MRA）对比增强磁共振血管造影（CE-MRA）磁共振特殊成像技术脑功能成像（FMRI）磁共振电影成像技术磁共振螺旋扫描成像匙孔技术（Key-hole)磁共振水成像技术磁共振波谱技术,祝大家学习进步，生活愉快！,