核磁共振原理经典由简入深正式完整版课件.ppt
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1、核磁共振原理经典由简入深2简述磁共振成像过程v1.345第一节 磁共振信号的产生 发电;发电;磁带、录像带;磁带、录像带;磁盘;磁盘;音响;音响;MRI的核心。的核心。678 他想:既然通电的线圈类似一只磁铁,反过来,一他想:既然通电的线圈类似一只磁铁,反过来,一个天然磁体不是也像一只通电线圈吗?那么,天然个天然磁体不是也像一只通电线圈吗?那么,天然磁铁上的电流在哪里?安培注意到这样一个事实,磁铁上的电流在哪里?安培注意到这样一个事实,那就是把一条形磁体折为两段,结果变成了两个独那就是把一条形磁体折为两段,结果变成了两个独立的磁体,照此分下去,天然磁体的每一颗粉末也立的磁体,照此分下去,天然磁
2、体的每一颗粉末也都是独立的磁体,都有都是独立的磁体,都有N极和极和S极极;安培想:在原子、分子或分子团等物质微粒内部,安培想:在原子、分子或分子团等物质微粒内部,存在着一种环形电流存在着一种环形电流-分子电流分子电流(后人也叫它后人也叫它“安培安培电流电流”),分子电流使每个物质微粒都形成了一个微,分子电流使每个物质微粒都形成了一个微小的磁体,环性的分子电流的磁场使它的两侧相当小的磁体,环性的分子电流的磁场使它的两侧相当于两个磁极。这两个磁极是跟分子电流不可分割地于两个磁极。这两个磁极是跟分子电流不可分割地联系在一起的。未磁化的物体分子电流的方向非常联系在一起的。未磁化的物体分子电流的方向非常
3、紊乱,对外不显示磁性。磁化后,分子电流的方向紊乱,对外不显示磁性。磁化后,分子电流的方向变得大致相同,于是对外显示出磁作用。变得大致相同,于是对外显示出磁作用。91011用于人体用于人体MRI的为的为1H(氢质子),原因有:(氢质子),原因有:1、1H的磁化率很高;的磁化率很高;2、1H占人体原子的绝大多数。占人体原子的绝大多数。通常所指的通常所指的MRI为氢质子的为氢质子的MR图像。图像。121314把人体放进大磁场1516 进动(Precession)质子在静磁场中以进动方式运动 这种运动类似于陀螺的运动质子进动质子进动陀螺运动陀螺运动17 进动频率(Precession Frequenc
4、y)00B其中:其中:0:进动的频率:进动的频率(Hz或或MHz)B0:外磁场强度:外磁场强度(单位单位T,特斯拉,特斯拉)。:旋磁比;:旋磁比;质子质子的为的为 42.5MHz/T。18质子密度加权成像(PD)突出组织氢质子含量差别如何区分T1WI和T2WI?较新的可大大缩短磁共振扫描时间的用以重建图像的信号,又称场回波较新的可大大缩短磁共振扫描时间的用以重建图像的信号,又称场回波使用翻转梯度产生回波而非1800脉冲,从而允许最短的TE时间,给缩短TR带来空间进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态一般永磁体产生垂直磁场,垂直方向为Z方向,人体长轴一般定义为X方向一般永磁体产生垂直磁场,垂直方向
5、为Z方向,人体长轴一般定义为X方向T2加权像(T2WI)主要有:MRCP胆胰管造影、MRU尿路造影、MRM脊髓造影越短,它覆盖的频率范围就越宽。90脉冲后,产生横向磁化,中止脉冲,质子产生弛豫,横向磁化开始消失,质子失去相位一致性,在质子未弛豫完成的某一时间内(TE),D在XY平面上再施加180脉冲,使质子改变向相反的方向进动,停止脉冲后的TE时间时,质子再次聚集横向磁化的同向位方向上,产生较强的MR信号,叫回波T1加权像(T1WI)192021MR能检测到怎样的磁化矢量呢?能检测到怎样的磁化矢量呢?MR不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到旋转旋转的横向磁化矢量
6、的横向磁化矢量22MR能检测到怎样的磁化矢量呢?能检测到怎样的磁化矢量呢?MR不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到旋转旋转的横向磁化矢量的横向磁化矢量232425262728293031无线电波激发使磁场偏转无线电波激发使磁场偏转90度,关闭无线度,关闭无线电波后,磁场又慢慢回到平衡状态(纵向电波后,磁场又慢慢回到平衡状态(纵向)32333435纵向弛豫纵向弛豫 也称为也称为T1T1弛豫,是指弛豫,是指9090度脉冲关闭后,在度脉冲关闭后,在主磁场的作用下,纵向磁化矢量开始恢复,主磁场的作用下,纵向磁化矢量开始恢复,直至恢复到平衡状态的过程。直至恢复到平衡状态的
7、过程。363738不同组织有着不同不同组织有着不同这是这是MRIMRI显示解剖结显示解剖结构和病变的基础构和病变的基础39404142平衡状态平衡状态90度激发后度激发后采集信号时刻采集信号时刻水水4344平衡状态平衡状态90纵向弛豫纵向弛豫45 人体人体大多数病变大多数病变的的T1T1值、值、T2T2值均较相值均较相应的应的正常组织正常组织大,因而在大,因而在T1WIT1WI上比正上比正常组织常组织“黑黑”,在,在T2WIT2WI上比正常组织上比正常组织“白白”。4690180回波回波回波回波90180TETR47 AC=扫的图像的第几层,这是第2层图像。TA=扫这层的当时的时间。48如何区
8、分如何区分T1WIT1WI、T2WIT2WI49如何区分如何区分T1WIT1WI、T2WIT2WI50 名词解释名词解释 1 1、T1WIT1WI、T2WIT2WI、PDWIPDWI51 MRI的成像基本过程的成像基本过程 1)氢质子群的平时状态氢质子群的平时状态 -杂乱无章、相互抵消杂乱无章、相互抵消 2)外加磁场外加磁场B0的氢质子状态的氢质子状态 -纵向磁化、进动纵向磁化、进动 3)施加射频磁场的氢质子状态施加射频磁场的氢质子状态 -激励共振、横向磁化激励共振、横向磁化 4)中断中断RF后的氢质子状态后的氢质子状态 -弛豫、散发能量弛豫、散发能量(无电信号的电磁能无电信号的电磁能)5)接
9、收无电信号转化为接收无电信号转化为MR信号信号 6)用用MR信号重建图像信号重建图像 5290射频脉冲vRF脉冲的作用是在共振条件下激发质子使磁化强度矢量旋转,当磁化强度矢量绕射频场B1旋转90时,该RF脉冲称为90脉冲。v旋转180时,称180脉冲。53 脉冲序列:施加脉冲序列:施加9090度脉冲,等待一定时间,再度脉冲,等待一定时间,再施加一个施加一个9090度或度或180180度脉冲,这种连续施加脉过程度脉冲,这种连续施加脉过程为脉冲序列。为脉冲序列。重复时间:两个激励脉冲间的间隔时间。重复时间:两个激励脉冲间的间隔时间。回波时间:回波时间:9090度脉开始之时到回波完成之间的度脉开始之
10、时到回波完成之间的时间间隔。时间间隔。脉冲序列脉冲序列549090脉冲后,产生横向磁化,中止脉冲,质子产生弛脉冲后,产生横向磁化,中止脉冲,质子产生弛豫,横向磁化开始消失,质子失去相位一致性,在豫,横向磁化开始消失,质子失去相位一致性,在质子未弛豫完成的某一时间内质子未弛豫完成的某一时间内(TE)(TE),D D在在XYXY平面上平面上再施加再施加180180脉冲,使质子改变向相反的方向进动,停脉冲,使质子改变向相反的方向进动,停止脉冲后的止脉冲后的TETE时间时,质子再次聚集横向磁化的同时间时,质子再次聚集横向磁化的同向位方向上,产生较强的向位方向上,产生较强的MRMR信号,叫信号,叫回波回
11、波回波的概念回波的概念5590180回波回波回波回波90180TETR56第二节第二节 基本磁共振成像序列简述基本磁共振成像序列简述自由感应衰减信号(FID)自旋回波信号(SE)梯度回波信号(GrE)一般不用 FID信号来重建图像,原因是:1,信号的较大幅度部分被掩盖在900射频之内;2,线圈发射和接受通路之间来不及切换;较为常用的也是最早用以进行磁共振图像重建的信号,只是需要多施加一次1800RF脉冲,回波时间较长较新的可大大缩短磁共振扫描时间的用以重建图像的信号,又称场回波可获取的三种磁共振信号57一、自由感应衰减信号u自由进动:是指射频场作用停止后磁化强度矢量自由进动:是指射频场作用停止
12、后磁化强度矢量M的的进动。进动。自由衰减信号(自由衰减信号(free induction decay signal,FIR)指的是在探测线圈中感应出的自由进动,又叫自由进动指的是在探测线圈中感应出的自由进动,又叫自由进动衰减。衰减。FID是是NMR的信号源。的信号源。u自由感应衰减自由感应衰减(FID):信号随着时间而消失(信号随着时间而消失(类似于阻尼震荡信号类似于阻尼震荡信号),但频率),但频率不变。不变。585960自旋回波序列简述900射频结束瞬间,磁化翻转到横向,开始横向弛豫,即散相静止磁场中,宏观磁化与场强方向一致,纵向宏观磁化最大施加900射频脉冲,纵向磁化翻转到横向,横向磁化最
13、大施加1800射频脉冲,质子进动反向,相位开始重聚经过与散相相同的时间后,相位重聚完全,横向磁化再次达到最大值此时的线圈感应信号即为自旋回波信号自旋回波信号的产生过程6162基本基本SE序列的序列结构序列的序列结构重复时间重复时间回波时间回波时间63梯度回波(GRE)序列梯度回波序列缩短扫描时间分析图使用脉冲而非900脉冲,使得 纵向磁化弛豫加快,从而极大的减少TR时间,使用翻转梯度产生回波而非1800脉冲,从而允许最短的TE时间,给缩短TR带来空间梯度回波(Gradient Echo)64第三节 磁共振图像重建基本概念基本概念:像素像素:组成灰度数字图像的基本单元。体素:体素:像素对应人体内
14、的位置。像素灰度信息:像素灰度信息:对应体素的检测信息的强度。不同成像手段进行不同成像手段进行位置对应的手段不位置对应的手段不同同对磁共振而言,实现像素与体素对应的手段是施加三个维度上的梯度磁场。不同成像手段的检不同成像手段的检测信息不同测信息不同651、磁共振信号的获取与傅立叶变换磁共振信号的获取与傅立叶变换v如果在垂直于XY平面,加一个接收线圈,会接收到什么信号?自由感应衰减自由感应衰减(FID):信号随着时间而消失(类似于阻尼信号随着时间而消失(类似于阻尼震荡信号),但频率不变。震荡信号),但频率不变。66一、傅立叶变换一、傅立叶变换F一维傅里叶变换一维傅里叶变换:()(),iwtFf
15、t edt利用傅里叶变换可对不同函数的频率进行分解。利用傅里叶变换可对不同函数的频率进行分解。在在MRI中,为了对一定共振频率范围内的质子都进行激中,为了对一定共振频率范围内的质子都进行激发,必须使用时域内的矩形脉冲作为激励的能量发,必须使用时域内的矩形脉冲作为激励的能量。1()()2i tf tFedF傅里叶反变换傅里叶反变换:67MRI中常用的傅立叶变换中常用的傅立叶变换 越短,它覆盖的频率范围就越宽。越短,它覆盖的频率范围就越宽。1.1.矩形脉冲矩形脉冲68矩形脉冲宽度无限窄矩形脉冲宽度无限窄2.2.脉冲脉冲69傅立叶变换的作用傅立叶变换的作用复杂的时间域信号复杂的时间域信号简单的频率域
16、信号简单的频率域信号傅立叶变换Amplitude70二、梯度场的模型二、梯度场的模型梯度斜率越大,系统性能越好梯度斜率越大,系统性能越好711.梯度磁场的产生梯度磁场的产生拉莫尔方程拉莫尔方程(Larmor equation):00B改变磁场 就可改变共振频率 。00BB 又叫梯度磁场,是指沿直角坐标系某坐标方向呈线性又叫梯度磁场,是指沿直角坐标系某坐标方向呈线性变化的磁场。变化的磁场。空间定位:在主磁场空间定位:在主磁场 上叠加一个变化的小磁场上叠加一个变化的小磁场 ,从,从而使成像层面上各处的磁场得以改变。而使成像层面上各处的磁场得以改变。0BB72n 在在Z方向叠加的强度方向叠加的强度随
17、随Z变化的磁场,叫变化的磁场,叫Z方向梯度场;方向梯度场;n 在在X方向叠加的强度方向叠加的强度随随X变化的磁场,叫变化的磁场,叫X方向梯度场方向梯度场;n 在在Y方向叠加的强度方向叠加的强度随随Y变化的磁场,叫变化的磁场,叫Y方向梯度场方向梯度场;NSB0B0ZB0+B(z)0NSB0B0XB0+B(x)0NSB0B0YB0+B(Y)0三个基本梯度场三个基本梯度场73人体的三面人体的三面示意图示意图横断面横断面冠状面冠状面矢状面矢状面74空间的三维空间的三维水平磁场垂直磁场B0(Z)B0(Z)一般常导和超导磁体一般常导和超导磁体产生水平磁场,水平产生水平磁场,水平方向(人体长轴)为方向(人体
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