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核磁共振原理（经典由简人深）简述磁共振成像过程transmitting RFperson in magnetic fieldMRl的特点是通过外 部测量的射频信号来 生成反映物体内部的 物理、化学特性的图 像。RF TransceiverMR Signalafter transmitting RFperson in magnetic field第一节磁共振信号的产生 发电；磁带、录像带;磁盘；,音响；MRI的核心。人体MR闽像的物质基础原子的结构O电子：负电荷 中子：无电荷 水质子：正电荷安培是电学领域里的牛顿他想：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 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 亲的褒使人鹿区分下去，天然磁体的每一颗粉末也 都是独立的磁体，都有N极和S极；.辑I子原子、立H 7工金子就好置篁物廛微拉内郡k 种环形电流分子电鼐后人也叫它“安培电流”),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 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性葭磁化后,子口原子核总是绕着自身的轴旋转一一自旋（Spin）自旋与核磁地球自转产生磁场原子核总是不停地按一定频率绕着自身的 轴发生自旋(即加)原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁 场称为核磁,因而以前把磁共振成像称为 核磁共振成像(NMRI)o何种原子核用于人体MR成像?用于人体MRI的为W（氢质子），原因有:-1、1H的磁化率很高；-2、1H占人体原子的绝大多数。通常所指的MRI为氢质子的MR图像。2苗内有无数个氢质子（每毫升水含氢 质子3X1022）H码每个氢质子都反旋产生椽版现象人体象一块大磁通常情况下人体内氢质子的核磁状态通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的 磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。把人体放进大磁场进k N球场鼎后人体 俶软质各的核磁次总进动(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-陀螺运动质子进动b进动频率（Precession Frequency）拉莫尔方程其中：（o0：进动的频率（Hz或MHz）Bo：外磁场强度（单位T,特斯拉）。”旋磁比；质壬的为42.5MHz/T。%进入主磁场后人体被磁 化了,产生纵向宏观磁 化矢量不同的组织由于氢质子 含量的不同,宏观磁化 矢量也不同磁共振不能检测出纵向 磁化矢量MR能检测到怎样的磁化矢量呢?MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到盘殄的横向磁化矢量如何才能产生横向宏观磁化矢量?3、什么叫共振，怎样产生磁共振?共振:能量从一个震动着的物体传递到另一 个物体，而后者以前者相同的频率震动。体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢?给低能的氢质子能量，氢质子获得能 量进入高能状态，即核磁共振。低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态,高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量90度脉冲继发后产生的宏观和微观效应90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接收线圈，MR仪可以检测到。氢质子多 氢质子少非常重要 无线电波激发后，人体内宏观磁场偏 转了90度，MRI可以检测到人体发出 的信号 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大,90度脉冲后偏转横向的磁场越强，MR信号强度越高。此时的MR图像可区分质子密度不同 的两种组织非常重要检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，对于临床诊断来说是远远不够的。我们总是在90度脉冲关闭后过 一定时间才进行MR信号采集。无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线 电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向）射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向 宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核凝物濠。核磁弛豫又可分解为两个部分：横向弛豫纵向弛豫横向弛豫也称为T2 弛豫，简 单地说，T2弛豫就 是横向磁 化矢量减 少的过程。不同的组织横向弛豫速度不同不同的组织需值不同纵向弛豫也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在 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。不同组织有不同的纵向弛豫速度不同组织T1值不同在任何序列图像上，信号采集时刻旋殄潢 向的磁化矢量越大,MR信号越强重要恁示 不同组织有着不同1横向(T2)弛豫速度纵向(T1)弛豫速度这是MRI显示解剖结 构和病变的基础5、磁共振“加权成像”TXWIPDT2WI何为加权?侬|口权成像（T2WI）反映组织 横向弛豫 的快慢!T翟值小一横向磁化矢量减少快f MR信号低（黑）T雪值大-横向磁化矢量减少慢f MR信号高（白）水T奢值约为3000毫秒f MR信号高 脑T奢值约为100毫秒f MR信号低脑平衡状态90度激发后采集信号时刻加权成像（T1WI）反映组织纵向A 弛豫的快慢!恢复越快f信号量恢复越慢f信号信号高（白）T1值越小一纵向磁 强度越高（白）T1值越大一纵 强度越低（黑）脂肪的T1值约为250毫秒一 水的T1值约为3000毫秒f MR信号低（黑）A人体大多数乘变的T1值、T2值均较相 应的正常组织大,因而在IW上比正 常组织“黑”，在NIW上比正常组织90180180回波90回波W：回波时间 TR：重复时间如何区分T1WI、T2WI 1、看E、TE T2WI：长TR 02000%秒）、长41（A50毫秒）T1WI：短TR(400-800%秒)短看屋(1015毫秒)AC=扫的图像的第几层，这是第2层 图像。丁人=扫这层的当时的时间。如何区分T1WI、T2WI 2、看水和脂肪 T1WI：水（如脑脊液、胃液、肠液、尿液）呈低信号（黑）脂肪呈很高信号（很白）T2WI：水呈很高信号（很白）脂肪信号有所降低（灰白）如何区分T1WI、T2WIMRI的成像基本过程1）氢质子群的平时状态杂乱无章、相互抵消2）外加磁场Bo的氢质子状态纵向磁化、进动3）施加射频磁场的氢质子状态一激励共振、横向磁化4）中断RF后的氢质子状态弛豫、散发能量（无电信号的电磁能）5）接收无电信号转化为MR信号6）用MR信号重建图像90射频脉冲 RF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。:旋转180。时，称180。脉冲。脉冲序列脉冲序列：施加90度脉冲，等待一定时间，再施 加一个90度或180度脉冲，这种连续施加脉过程为脉 冲序列。重复时间：两个激励脉冲间的间隔时间。回波时间：90度脉开始之时到回波完成之间的时 间间隔。回波的概念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，叫波18018090回波八VW：回波时间 TR：重复时间第二节基本磁共振成像序列简述可获取的三种磁共振信号自由感应衰减信号（FID建图像，原因是：1,信号的较大幅度部分被掩盖在90。射频之内;2,线圈发射和接受通 之间来不及切撅一梯度回波信号（GrE）较新的可大大缩短 磁共振扫描时间的 用以重建图像的信 称场一、自由感应衰减信号自由进动：是指射频场作用停止后磁化强度矢量M的 进动。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 衰减。FID是NMR的信号源。自由感应衰减(FHD):信号随着时间而消失(类似于阻尼震荡信号)，但频率 不变。OA-MSignal detection自旋回波序列简述失相开始180脉冲重聚90。射频结束瞬间,磁化翻转到横向,开始横向弛豫,脉冲激励此时的线圈感 应信号即为自 旋回波信号静止磁场中，宏观磁化与场强方向一致，纵向宏观磁化最大施加9。射频脉冲,纵向磁化翻转到横向，横向磁化取大失相过程施加180。射频脉冲，质子进动反向，相位开始重聚相位重聚过程自旋回波形成经过与散相相同的 时间后，相位重聚完 全，横向磁化再次达 到最大值自旋回波信号的产生过程90Dephasing/180RephasingEcho基本SE序列的序列结构梯度回波(GRE)序列 而非90。脉冲，使得ooy_ 纵向磁化弛豫加快，从而极大 的减少TR时间A 一RF梯度回波序列缩短扫描时间分析图第三节磁共振图像重建基本概念:像素：组成灰度数字图像的基本单元体素：像素对应人体内的位置像素灰度信息：对应体素的检测信息的强度。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。1、磁共振信号的获取与傅立叶变换: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(FID):信号随着时间而消失(类似于阻尼 震荡信号)，但频率不变。一、傅立叶变换招一维傅里叶变换：农计 夕傅里叶反变换：模j 利用傅里叶变换可对不同函数的频率进行分解。在MRI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。MRI中常用的傅立叶变换1.矩形脉冲/(o=0,I f I 2.1,I fl w r/2,1r越短，它覆盖的频率范围就越宽。2.b脉冲为=o.5()dESU)o.矩形脉冲宽度无限窄傅立叶变换的作用复杂的时间域信号SpectrumFrequencyA m p l i t u d e oeQIpruKEe-eueps 3AHJS3a二、梯度场的模型%和G分别为梯度开始上升和到达预定值的时间G和23分别为梯度关闭和恢复至零值的时间.%。一是梯度上升时间或梯度预备时间，G 是梯度持续时间.G以后又开始一个新的梯度场周期.梯度斜率越大，系统性能越好1.梯度磁场的产生拉莫尔方程(Larmor equation)：=改变磁场8 就可改变共振频率。4=空间定位：在主磁场8 Q上叠加一个变化的小磁场A 8,从 而使成像层面上各处的磁场得以改变。A8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。三个基本梯度场 在Z方向叠加的强度 随Z变化的磁场，叫 Z方向梯度场；在X方向叠加的强度 随X变化的磁场，叫二 X方向梯度场；在Y方向叠加的强度 随Y变化的磁场，叫.Y方向梯度场；人体的三面空间的三维2.梯度场与主磁场的叠加 主磁场8。是匀强磁场，其大小和方向是固定不变的。梯度场A 8的大小和方向均可改变。中心的场强总为零，与B 叠加后，磁体中心的场强不变。(C)梯度场、和静磁场名()线性梯度场(b)静磁场儿 的叠加结果垂直箭头的长短表示各点上梯度场的大小、箭头的方向为梯度场的方向(箭头向上为正梯度场，向下为负梯度场，二者分别起避和蝇主磁场的作用)3.梯度场及其作用体素定位:MRI成像时，体素发出的NMR信号的强 度被转变为图像中像素的亮度。&图像像素（亮度）检查床:为了得到任意层面的空间信息，MRI系统在匹 三个坐标方向均使用梯度磁场（G“，G”0梯度），分别用相互垂直的三个梯度线圈产生。Z向梯度线圈射频线圈、向梯度线圈 7向梯度线圈4.三个梯度场的使用曹1.选择扫描层面：一般由层面选择梯度来完成。曹2.用其余两个梯度定位：在二维傅里叶成像中，即为频率编码和相位编码，解码后即得检测点的平 面坐标。曹3.对所确定的空间点的坐标所对应的空间体素发 出NMR信号进行检测便得到了所需的图像对比度。三、磁共振图像重建将来自每个体素的NMR信号与来自其他体素的信号分离的方法：层面选择 空间编码空间坐标频率编码JMRI空间坐标的建立是由三维梯度磁场来实现的.1.层面选择MRI的层面选择是通过三维梯度的不同组合来实现的。任意斜面成像，其层面的确定要两个或三个梯度的共同作用。层面方向层卸现拜悌度相位编码梯度横轴面GzGx或 GyGy 或Gx矢状面GxGy 或 GzGz 或Gy冠状面GyGx 或 G7 zxGz 或 Gx层面的选择采用的是选择性激励的原理：选择性激励(selective excitation)：指用一个有限频宽(窄带)的射频脉冲仅对共振频率在该频带范围的质子进行共振激发的技术o选层梯度Gs在Z方向叠加梯度场可以选择层度与梯度强度共同决定思厚。选层过程在Z向施加梯度后,沿Z轴各层面上质 子的进动频率为：层面内所有质子 的共振频率均相 同（称为自选 面），垂直于Z 轴的所有层面的 共振频率均不同用窄带脉冲进行 激发，实现每次 只激发一层。在 进行选择性激励 时多用sine函数，在非选择性激励 时常使用很窄的I方波）卜(。)O(a)sine 函数(b)sine函数的频谙3.层面内信号的定位对MRI线圈内得到的复合共振信号（由成像层面内所有质子 同时发出）加以分辨。平面定位梯度：相位编码梯度频率编码梯度相位编码梯度：在y方向上提供了体素的识别信息。频率编码梯度：在x方向上提供了体素的识别信息。设Gx和Gy分别为频率编码和相位编码梯度，同时设Gx和G 分别位于图像矩阵的行和列方向。和后分别为矩阵的列2和行数。、y G,（相位编码）二维傅里叶变换与像素矩阵相位编码争相位编码(phase encoding)：利用相位编码梯度磁场 造成质子有规律的进动相位差，用此相位差来标定体素空 间位置的方法。相位编码梯度工作于脉冲状态，有多少个数据采集周期,该梯度就接通多少次。在Gy作用期间，体素所发出的RF信号并不利用。因此，相位编码梯度又叫准备梯度。相位编码用来识别行与行之间体素的位置。编码过程1.Vr V2和V3分别表示相位编码方向上三个相邻的体素。2.开始有相同的相位，并以相同的频率进动。3.相位编码梯度Gy开启。该方向上磁化强度矢量将以不同频率进动，公式：y越大，质子进动越快干4.在t=ty时刻，相位编码梯度关断。此时进动频率逐渐恢 复至原频率，但进动相位差被保留。这就是相位编码的 所谓“相应记忆(phase memory)”功能。相位编码梯度持续时间ty后，该方向上体素的进动相位为：产生的相位差斗，为：%=0：加入相位编码梯度(Gp),沿Y方向的质子在进动相位上呈现线性关系，将 采集信号经傅立叶变换后，可以得到Y向位置与相位的一一对应关系。无梯度 相位编码梯度Gp 无梯度Ay频率编码频率编码：利用梯度磁场造成相关方向上个磁化矢量进 动频率的不同，并以此为根据来标记体素的空间位置。与y轴平行的各列体素的进动频率。I为：.：.频率编码梯度(Gro)使沿X向质子所处磁场线性变化，从而共振频率线性 变化，将采集信号经傅立叶变换后即可得到频率与X方向位置的线 性一一对应关系。FrequencyX体素空间编码傅立叶变换可将一个混合FID信号的频率和相位成份区别开频率Ui、小结乂卬线圈中接收到的信号是受激层面内个体素所产生的 NMR信号的总和。在二维成像技术中，由于相位编码梯度和频率编码梯度共 同作用，各相邻体素产生的信号在频率和相位上均存在细微 的差别。这种差别表现在相位编码方向上就是进动相位的不同，表 现在频率编码方向上就是进动频率的不同。通过二维傅里叶变换，就可使以频率和相位表示的差别转 换为体素空间位置的差别。第五节 序列参数对图像权重的影响TR对T1权重的影响。|o TR越长,T1权重越小;TR越短,T1权重越大-,/TE越长,T2权重越大;TE对T2权重的影响如。J TE越短,T2权重越小丁2加权像（丁2川1）：主要由丁2差别形成的图像，主要反映组织间丁2的不同 长TR,长TE。一般TR1000mSec,TE80mSec长TR抑制T；长TE增加T2对比TE加权像（TWI）主要由差别形成的图像，主要反映组织间的不同短TR、短TE。一般TRV500msec,TE1000mSec,TE50mSec长TR抑制T1；短TE抑制T22、水成像采用极长TR和TE技术，获得重T2WI,突出水的信号 主要有：MRCP胆胰管造影、MRU尿路造影、MRM脊髓造影MRCPIllustration bv Mvriam Kirkman-OhNo VOI 256X224/0.27 NEX 02:133.0 mm/15spDFOV 27.0 cm TPUPPEREC：1/1 31.2kHzTE：846/EFTR：3158SE/GENESIS_SIGNA 1.5TFC_FREQ_AX_GEMSFCSAT_GEMSVB GEMSEDR_W=134 L=101GEMSXR*AL3.0 xBEIJING HOSPITAL w关关关?74 2345Nov 29 2002R(1)临床疑有胆道结石需要进一步明确诊断，并判断结石的位置、大小、数量及 形成，以便为治疗方法的选择提供依据。(2)各种检查无法区分是阻塞性黄疸还是内科黄疸的病人。(3)胆囊切除术后仍有症状者，为进一步分析其发生的原因。(4)疑有先天性胆道异常者。(5疑有胆道良性狭窄，需要进一步明确诊断，以了解狭窄的部位及范围者。(6)临床疑有胆道蛔虫的病人，在明确诊断的同时，可通过内窥镜将蛔虫取 出。(7)疑有其他胆道疾病，如硬化胆管炎及先天性胆总管囊肿等。(8)疑有慢性胰腺炎的病人。(9)胰腺肿瘤，尤其疑有胰腺体尾部癌。MRU泌尿系统结石和结核病慢壮感染坏死性孔头炎先天叫寿缩窄，漫性感有扭转先天蜩膜外界ZK迫-（粘连，肿瘤）嫌尿管裳性输尿管炎爵周吟染（阑电炎）创伤（手术）膝胱前列腺尿道肿指、，.工Ti ITn全身MRA3、水及脂肪抑制成像：主要用于鉴别是否有或消除该成份Dixon法：用自旋回波序列不同的TE,分别采集水和脂肪的M相位一 致和相位相反的MR信号，两者相加可去除脂肪成份，得到纯水MRI；两 者相减，则得到纯脂肪MRICHESS法：在常规序列前先给一个与水或脂肪共振频率一致的RF,由于该成份处于饱和状态，不能接受第二个RF的激励而被抑制4、水抑制成像又称黑水成像，序列名称一般称为FLAIR,一般采用超 长TR,超长TE值。WRT=6000-10000ms,Tl=1300ms,TE=105ms6、脂肪抑制成像化学位移FatSilicone(Breast Implant)Chemical Shift Spectra with good shimming(at 1.5T).寸 O CM CJ CM COChemical Shift Spectra with poor shimming定义：核随着所 处的化学环境不同,使核磁共振位置发 生微小移动。意义：由于核外电 子运动的磁效应，以 及核在分子结构中的 位置等内在因素，致 使核磁共振的频率和 磁场发生改变。Phantom at the magnet centerSignal voidResulting imageThe image is bright where fat overlaps water三、伪影(artifact)一体内因素1、运动伪影 心脏跳动-心电门控；呼吸运动-呼吸门控；大血管波动；肠蠕动；2、血流和CSF(脑脊液)流动伪影二体外因素1、金属物体2、静电三MR系统形成的伪影1、化学移位伪影(chemical shift artifact)2、折叠伪影(wrap-around artifact)3、低信号伪影(low-intensity artifact)本章小结:什么是质子的进动？进动频率如何求?:什么是纵向磁化、纵向磁化？用图形描述质子在静 i兹场中白勺宏观秘化:在静磁场中的质子，对其施加90。脉冲，描述其进动 状态。:什么是横向驰豫时间、纵向驰豫时间？描述MRI的成像基本过程解释T1WI、T2WI、PdWI、TK TR、TE、SE、GRE、FID