影像学课件:MR总论.pptx
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- 影像 课件 MR 总论
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1、Magnetic Magnetic Resonance Resonance Imaging TheoryImaging Theory南方医院影像教研室文戈MRIMRI成像成像原理原理何谓磁共振何谓磁共振成像?成像?NuclearMagnetic Resonance ImagingMRI与其他影像技术比较与其他影像技术比较MRI与其他影像技术比较与其他影像技术比较何谓何谓磁共振磁共振成像?成像? 利用利用人体内固有的人体内固有的原子核(氢质子)原子核(氢质子),在,在外加磁场作用下产生共振现象,共振后产生的外加磁场作用下产生共振现象,共振后产生的振荡磁场垂直磁场方向运动,形成振荡磁场垂直磁场方向
2、运动,形成感应电流感应电流(即磁共振(即磁共振信号)信号) ,将其作为成像源采集,经,将其作为成像源采集,经计算机处理后,形成人体解剖图像,即计算机处理后,形成人体解剖图像,即磁共振磁共振图像(图像(MRI) 。MRI与与X-CT的比较的比较项目项目X-CTMRI手段手段X射线射线磁场磁场基础基础组织密度组织密度质子的质、量质子的质、量单位单位CT值值信号强度信号强度副作用副作用辐射损害辐射损害无、安全无、安全一、磁体系统一、磁体系统1.主磁体主磁体(B0):产生静磁场:产生静磁场,使组织磁化使组织磁化(MZ) 主磁场场强采用高斯(主磁场场强采用高斯(Gauss, G)或)或特斯拉特斯拉(Te
3、sla, T)来表示,)来表示,1T=10000G。 低场低场MRI机:机:0.5 T 中场中场MRI机:机: 0.5 1.0 T 高场高场MRI机:机: 1.0 2.0 T 超高场超高场MRI机:机: 2.0 T一、磁体系统一、磁体系统1.主磁体主磁体(B0):产生静磁场:产生静磁场,使组织磁化使组织磁化(MZ) 主磁场的技术指标:主磁场的技术指标: 场强、磁场均匀度、主磁体长度场强、磁场均匀度、主磁体长度 分型:永磁型分型:永磁型 电磁型电磁型常导型常导型超导超导型型一、磁体系统一、磁体系统2. 梯度系统梯度系统(GZ GY GX ) : 主要技术指标为梯度场强和切换率主要技术指标为梯度场
4、强和切换率 进行进行MR信号的空间编码定位信号的空间编码定位 产生产生MR回波(梯度回波)回波(梯度回波) 施加扩散加权梯度磁场施加扩散加权梯度磁场 进行流动补偿进行流动补偿 进行流动液体的流速相位编码进行流动液体的流速相位编码一、磁体系统一、磁体系统3. 射频射频系统系统(RF) : 发射发射射频脉冲(射频脉冲(Radio frequency),将能量将能量转转递给质子,使质子吸收能量并递给质子,使质子吸收能量并产生共振产生共振,同时又,同时又作为接受线圈,接受质子作为接受线圈,接受质子弛豫弛豫时释放的信号。时释放的信号。二二、谱仪、谱仪系统系统 梯度场、射频脉冲的发生和控制、梯度场、射频脉
5、冲的发生和控制、MR信号的信号的接受接受和和控制。控制。 (梯度放大器、脉冲发生器、相位检波器(梯度放大器、脉冲发生器、相位检波器)三、主计算机和图象处理、显示储存系统三、主计算机和图象处理、显示储存系统 大容量的计算机和高分辨的大容量的计算机和高分辨的模模-数(数(A/D)转换器,)转换器,完成数据采集、处理,完成数据采集、处理,图象重建图象重建、图象显示和存储。、图象显示和存储。一一、自然状态下的原子核:、自然状态下的原子核: 自旋质子、磁矩和磁矢量、自由运动自旋质子、磁矩和磁矢量、自由运动二、外加主磁场二、外加主磁场B0后的原子核后的原子核 重新重新有序化排列,产生纵向磁化有序化排列,产
6、生纵向磁化MZ围绕围绕磁力线旋磁力线旋转运动转运动 ,即,即进动进动。三三、施加射频脉冲、施加射频脉冲RF后的原子核:后的原子核: 吸收能量、产生共振现象、吸收能量、产生共振现象、 磁矢量偏转产生横向磁矢量磁矢量偏转产生横向磁矢量MXY 磁矢量和偏转角与外加磁矢量和偏转角与外加RF有关有关四、射频终止后的原子核:四、射频终止后的原子核: 释放能量、恢复平衡态、弛豫过程释放能量、恢复平衡态、弛豫过程 纵向弛豫(纵向弛豫(T1、自旋、自旋晶格弛豫)晶格弛豫) 横向弛豫(横向弛豫(T2、自旋、自旋自旋弛豫)自旋弛豫)一、自然状态原子核及物理性质一、自然状态原子核及物理性质磁共振成像磁共振成像特定原子
7、核特定原子核氢质子氢质子自旋质子自旋质子一、自然状态原子核及物理性质一、自然状态原子核及物理性质带带正电的正电的自旋质子自旋质子环形环形电流电流产生磁性产生磁性小磁棒小磁棒一、自然状态原子核及物理性质一、自然状态原子核及物理性质自由运动和杂自由运动和杂乱无章乱无章磁矩相互抵消磁矩相互抵消静磁向量静磁向量M=0二、外加主磁场二、外加主磁场B0时质子运动时质子运动变化变化质子重新有序化排列,与外磁场质子重新有序化排列,与外磁场方向相同方向相同(低能态)(低能态)或相反(高能态)。或相反(高能态)。二、外加主磁场二、外加主磁场B0时质子运动时质子运动变化变化质子呈质子呈进动(进动(Precessio
8、n)状态状态 Larmor公式公式:0B二、外加主磁场二、外加主磁场B0时质子运动时质子运动变化变化纵向正反纵向正反磁矢量作用磁矢量作用后后形成形成与与B0同向同向的磁矢量的磁矢量MZ二、外加主磁场二、外加主磁场B0时质子运动时质子运动变化变化横向磁矢量相横向磁矢量相互互抵消抵消MXY=0 M=MZ+MXY二、外加主磁场二、外加主磁场B0时质子运动时质子运动变化变化B0 质子重新排列质子重新排列 纵向磁化纵向磁化Mz 三、施加射频脉冲三、施加射频脉冲(RF)后质子运动变化后质子运动变化 共振现象:频率相同、能量传递共振现象:频率相同、能量传递三、施加射频脉冲三、施加射频脉冲(RF)后质子运动变
9、化后质子运动变化 三、施加射频脉冲三、施加射频脉冲(RF)后质子运动变化后质子运动变化 横向:磁矢量迅速聚合,横向:磁矢量迅速聚合,MXY逐渐增大逐渐增大纵向:部分磁矢量反转到反向,纵向:部分磁矢量反转到反向,抵消抵消Z轴方轴方向部分磁矢量,向部分磁矢量,MZ逐渐减少逐渐减少三、施加射频脉冲三、施加射频脉冲(RF)后质子运动变化后质子运动变化 结果结果:磁矢量磁矢量M由由Z轴偏转到轴偏转到XY平面,发生平面,发生90偏转偏转。 此时此时的的RF称之称之为为90RF三、施加射频脉冲三、施加射频脉冲(RF)后质子运动变化后质子运动变化 发电机发电机的的物理原理物理原理感应电流感应电流三、施加射频脉
10、冲三、施加射频脉冲(RF)后质子运动变化后质子运动变化 横向横向磁矢量磁矢量Mxy作切割磁力线方向振荡运动,作切割磁力线方向振荡运动,产生感应电流,通过周围接受线圈接受后即为人体产生感应电流,通过周围接受线圈接受后即为人体组织发出的组织发出的MR信号,经计算机处理即可重建出人信号,经计算机处理即可重建出人体的解剖图像。体的解剖图像。四、射频脉冲四、射频脉冲(RF)终止后质子弛豫过程终止后质子弛豫过程横向:聚合原横向:聚合原子核迅速散开,子核迅速散开,MXY迅速迅速减少减少到到0。纵向:反向原纵向:反向原子核逐渐恢复子核逐渐恢复到到Z轴正方向,轴正方向,MZ逐渐逐渐增大。增大。四、射频脉冲四、射
11、频脉冲(RF)终止后质子弛豫过程终止后质子弛豫过程RF终止后原子核弛豫过程即释放能量恢复平衡态终止后原子核弛豫过程即释放能量恢复平衡态 纵向弛豫(自旋纵向弛豫(自旋晶格弛豫,晶格弛豫,T1、T1值)值) 横向弛豫(自旋横向弛豫(自旋自旋弛豫,自旋弛豫,T2、T2值)值)五、五、MR信号的空间定位信号的空间定位梯度磁场梯度磁场Gz、Gx、Gy的作用的作用 1,层面选择,层面选择 2,频率编码,频率编码 3,相位编码,相位编码 Gz、Gx、Gy三者作用可以相互转换,构成三者作用可以相互转换,构成MR能够任意方向切面扫描。能够任意方向切面扫描。决定成像因素决定成像因素 1 组织内质子密度组织内质子密
12、度 2 T1值值 3 T2值值 4 血液流动现象血液流动现象信号强度与成像因素的关系信号强度与成像因素的关系 与组织内质子密度成正比与组织内质子密度成正比 与与T1值成反比值成反比 与与T2值成正比值成正比 流动的血液在流动的血液在SE序列上呈低或无信号序列上呈低或无信号 在在GRE序列上呈高信号序列上呈高信号 将将射频脉冲、梯度磁场、和信号采集时间等相射频脉冲、梯度磁场、和信号采集时间等相关各参数的设置及其在时序上的排列称为关各参数的设置及其在时序上的排列称为MR的脉的脉冲序列(冲序列(pulse sequence)。Spin EchoLocalizerInversion RecoveryS
13、TANDARDPULSE SEQUENCESPECTROSCOPYFAST SPIN ECHOECHO PLANARVASCULARGRADIENT ECHOSpin Echo EPIDW EPIFSESSFSEFSE-IRSSFSE-IRTOF-GRETOF-SPGRPhase ContrastFast TOF GREGREFast GREFast GRE ETGradient Echo EPIFLAIR EPIFSE-XLFRFSE-XL T1 FLAIRT2 FLAIRFastCard-GREFastCard SPGRFast 2D Phase ContrastFast TOF SPGR
14、SPGRFast SPGRFIESTAPROBE-PPROBE-SPROSEPress CSISteam CSIFid CSI (MRS)Echo CSI (MRS)Spin Echo (MRS)AcceptSPIRALSpiral GRESpiral SPGR一、自旋回波序列(一、自旋回波序列(Spin Echo Sequence, SE) 先先发射发射90 脉冲脉冲,间隔一定时间后再发射,间隔一定时间后再发射180 脉冲,再间隔相同时间采集回波信号,如此反复进行,脉冲,再间隔相同时间采集回波信号,如此反复进行,构成构成SE序列。序列。 一、自旋回波序列(一、自旋回波序列(Spin Echo
15、 Sequence, SE)自旋回波序列(自旋回波序列(SE)结构示意图)结构示意图90RF90RF180RF180RFechoechoTRTETI一、自旋回波序列(一、自旋回波序列(Spin Echo Sequence, SE)两两个重要参数:个重要参数: 重复重复时间(时间(Repetition time,TR);); 回波回波时间(时间(Echo time ,TE);); 通过通过调整调整TE、TR时间长短,分别可以获得时间长短,分别可以获得反反映组织映组织T1值、值、T2值和质子密度的图象,分别称为值和质子密度的图象,分别称为T1加权像、加权像、T2加权像、质子密度加权像。加权像、质子
16、密度加权像。一、自旋回波序列(一、自旋回波序列(Spin Echo Sequence, SE)两种两种重要成像重要成像: T1加权加权成像(成像(T1 Weighted Imaging,T1WI) 重点显示组织重点显示组织T1值的图像称为值的图像称为T1WI 参数:短参数:短TR(TR500ms)、短、短TE(TE2000ms)、长、长TE(TE90ms ) 特点:对病灶敏感,但显示解剖结构特点:对病灶敏感,但显示解剖结构不如不如T1WI清楚。清楚。一、自旋回波序列(一、自旋回波序列(Spin Echo Sequence, SE)自旋回波扫描时间:自旋回波扫描时间: Scan TimeTRPh
17、aseNEX如果我们要采集一个如果我们要采集一个256256, NEX=2的的图像图像T1WI:0.42562 = 3分分24秒秒T2WI或或PDWI:42562 = 30分钟分钟!NEX (激励次数)(激励次数) 一、自旋回波序列(一、自旋回波序列(Spin Echo Sequence, SE)快速自旋回波(快速自旋回波(FSE) Scan TimeTRPhaseNEX ETL如果我们要采集一个如果我们要采集一个256256, NEX=2的的图像图像T1WI:0.42562 3 = 1分分8秒秒T2WI或或PDWI:42562 16 = 2分钟分钟ETL(回波链长度)(回波链长度)二、反转回
18、复序列(二、反转回复序列(Inversion recover, IR) 反转反转回复脉冲序列(即回复脉冲序列(即180 -90 -180 ),),第一个第一个180 至至90 脉冲脉冲的间隔时间称为回复时间的间隔时间称为回复时间(Inversion time,TI),),90 脉冲后经脉冲后经180 脉脉冲至采集回波信号的时间称为回波时间(冲至采集回波信号的时间称为回波时间(TE)两)两个脉冲组间隔的时间为重复时间(个脉冲组间隔的时间为重复时间(TR)。)。90RF180反转反转RF180复相复相RF180反转反转RFTETITRIR序列结构示意图序列结构示意图翻转恢复序列的图像特点翻转恢复序
19、列的图像特点TI 时间控制组织抑制和时间控制组织抑制和T1对比对比TE 时间控制时间控制T2 对比度对比度TR 比比 TI 长长45倍倍不同不同TI的翻转恢复序列的翻转恢复序列时间时间 脂肪抑制脂肪抑制STIR增加脑灰白质对比增加脑灰白质对比水抑制水抑制TI1507502000-2300TR2000 2000 8000 TE短短25 短短25 长长120 三、梯度回波序列(三、梯度回波序列(Gradient Echo, GRE) 通过通过施加不同的梯度磁场,使分散施加不同的梯度磁场,使分散的相位的相位因重因重聚而趋于一致,达到最高的聚而趋于一致,达到最高的回波信号回波信号强度,这种利强度,这种
20、利用梯度磁场小角度用梯度磁场小角度激励脉冲激励脉冲代替代替180 脉冲脉冲产生的产生的回波称为梯度回波。回波称为梯度回波。ZZZXXX3050%90RF30RF三、梯度回波序列(三、梯度回波序列(Gradient Echo, GRE) 特点:特点:小小角度激励(角度激励(90),时间短、快。),时间短、快。梯度梯度磁场,磁场不均匀导致快速去相位。磁场,磁场不均匀导致快速去相位。强度强度一样、时间相同、方向相反的一样、时间相同、方向相反的梯度磁场梯度磁场使分使分散的相位因回归而趋于一致。散的相位因回归而趋于一致。三、梯度回波序列(三、梯度回波序列(Gradient Echo, GRE) T1WI
21、 短短TR、短、短TE 较大翻转角较大翻转角 T2WI 长长TR、长、长TE 较小翻转角较小翻转角三、梯度回波序列(三、梯度回波序列(Gradient Echo, GRE) 常用梯度回波序列:常用梯度回波序列:快速快速小角度激发(小角度激发(Fast Low Angle SHot, FLASH)稳态稳态进动快速成像(进动快速成像(Fast Imaging with Steady-state Precession, FISP) 或或Tru-FISP(GE公司命公司命名为名为FIESTA)扰扰相梯度回波(相梯度回波(SPGRE)GRE序列的图像特点及临床应用:序列的图像特点及临床应用:1. 由于由
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