影像物理磁共振成像(MRI)的原理课件.ppt

1、磁共振现象：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l永久0.3T 阻抗 超导：0.352Tl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。l1Tesla=10 000gause，约地球磁场强度的20 000多倍。l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）。l稳定性：磁场强度在单位时间内的相对变化率。l 一个绝对均匀的磁场不能

2、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。l它由梯度放大器及 X、Y、Z三组梯度线圈组成。l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。l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。l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。l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。l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

3、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。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：w w0 0(f)(f)=r=r B B0 0 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。l晶格：晶格：MRI中原子核周围的环境称为晶格。l平衡态：平衡态：质子在温度与磁场强度不变的情况下充分磁化后，磁化矢量保持衡定，这种稳定状态为平衡态。l激发态：激发态：质子吸收能量(RF)后的不稳定

4、状态为激发态。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）4、质子进动（圆锥运动）Larmor公式：w w0 0(f)(f)=r=r B B0 05 5、自旋自旋质子弛豫l微观上讲:l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.l能量来源于射频脉冲.l微观上：l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.lRF频率仅在与质子群的进动频率一致时，才出现共振.l宏观上：宏观上：l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

5、平行。lRF越强，持续时间越长，RF停止时，M偏离B0越远。l90RF停止时，M垂直于B0,Mz=0，平行于xy平面，Mxy最大。l180RF停止时，M平行于B0，但方向相反，横向磁化矢量Mxy=0，Mz最大。l质子带有正电荷，并不停地作旋转运动。l旋转着的质子产生磁场犹如一个小磁棒。l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，逆高能态）。lRF激励质子进动，如陀螺在重力下旋转l进动频率可依Larmor公式计算；外加磁场愈强，进动频率愈高。l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。l外加磁场：l质

6、子：自旋特性的原子核（质、中子之一）为奇数。lRF：频率须与质子进动频率相同。lRF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”l90RF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=0。恢复到平衡时，Mz达最大值，Mxy=0l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）l纵向弛豫时间（T1）：指90RF后，达到原纵向磁化矢量63%的时间.l质子从RF波吸收能

7、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.l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.lMR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.l横向弛豫时间（T2）l指90RF后，原横向磁化矢量值衰减到37%的时间l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

8、弛豫。脑脊液脂肪37%841400Mxyt(ms)l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l自由感应衰减：90RF后MR信号以指数曲线形式衰减lRF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l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。l质子密度N（H）加权像：长TR：15002500ms、短TE：1525ms。lT1加权像（T1WI）：短TR：

9、500ms，短TE：1525ms。T2加权像（T2WI）：长TR：15002500ms，长TE：90120ms。l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l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 .l如：乙醇 H-C-C-H l OHl高信号：白 中等信号：灰 低信号：黑l1、信号强度与T1成反比：同一时间内Fat的MR 强,H2O的MR弱.l2

10、、信号强度与T2成正比：同一时间内H2O的 MR强,Fat的MR弱.l3、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）。l4、质子密度：某一定区域内自旋质子的密度。l5、流空效应：l 种类 组织特性 信号 l骨皮质、空气:质子密度低 弱 l 致密结 T1长、T2短 弱 缔组织:l脑积液:T1很长、T2很长.T1低T2高l实质脏器:质子密度高 .T1较长、T2较长 中等信号l 脂肪:T1短、T2长 T1、T2 高信号l自旋回波自旋回波SE脉冲序列：脉冲序列：l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

11、迅速衰减lSE：90Ti180Tl去相位：90RF后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）l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）l反转恢复序列IR：l快速自旋回波序列：TSEl梯度自旋回波序列：TGSEl快速反转恢复序列：TIRl半付理叶采集单次激发快速自旋回波序列：HASTEl平面回波成像（EPI）l磁共振流体成像技术l幅度对比磁共振血管造影（MCA）l相位对比血管造影PCAl时间飞跃磁共振血管造影（TOF-MRA）l对比增强磁共振血管造影（CE-MRA）l磁共振特殊成像技术l脑功能成像（FMRI）l磁共振电影成像技术l磁共振螺旋扫描成像l匙孔技术（Key-hole)l磁共振水成像技术l磁共振波谱技术