影像物理磁共振成像MRI的原理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,磁共振成像（,MRI）,原理,磁共振现象：,一些特定原子核在外界静磁场中受,一个适当射频脉冲激励后,吸取或释放电磁能现象,一、磁共振成像机基本结构,磁体 梯度系统 射频系统,计算机系统 检查床与操作控制台,第1页,第1页,1、磁体,永久0.3,T,阻抗 超导：0.352,T,场强：超低场：002009；低场：0103,中场：0310；高场：102,T,磁场强度：,磁力在空间某处强度。,1Tesla=10 000gause，,约地球磁场强度20 000多倍。,均匀性：,成像磁场空间一定范围磁场强度原则差与主磁场强度比。以,ppm,为单位（百万分之一）。,稳定性：,磁场强度在单位时间内相对改变率。,第2页,第2页,2、梯度系统,一个绝对均匀磁场不能提供,任何空间信息。由于所有质子,都含有相同共振频率，发射,出不能区别,MR,信号。要拟定,共振质子相应空间位置必须,改变磁场空间结构。,它由梯度放大器及,X,、,Y、Z,三组梯度线圈构成。,第3页,第3页,3、射频系统,射频线圈:发射线圈:发送射频脉冲，激发自旋。原子核自旋系统吸取相同频率RF磁场 能量而从平衡态变为激发态过程称MR。接受线圈：小线圈含有很好信噪比。,射频放大器：调制不同类型射频并经过发射线 圈发射至兴趣区。,射频接受放大器：将MR信号先放大再进行数字化及深入处理。,射频屏蔽：预防外界电磁波对MR影响而产生伪影;避免RF对磁体室外接受器产生干扰。,第4页,第4页,4、计算机系统：图像重建与显示5、检查床与操作控制台,第5页,第5页,二、如何原子核产生 磁场,自旋特性原子核，且质子与中子必须一个是奇数,自旋是自然界普遍存在现象，但,16,O、,12,C 不能用于MRI（磁矢量为零）；自然界2/3同位素含有,奇数质子或中子,1,H、,13,C、,19,F、,23,Na、,31,P,有净核自旋称自旋磁体。,第6页,第6页,三、自旋质子在磁场中运动,1、质子进动：圆锥（陀旋）运动,2、自旋质子须保持一个恒定频率-拉莫,频率：,Larmor,公式：,w,0,(f),=r,B,0,质子产生信号（被接受与利用）,3、自旋弛豫：从激发态恢复至平衡态 一个动态自然过程。,第7页,第7页,附：名词解释,晶格：,MRI,中原子核周围环境称为晶格。,平衡态：,质子在温度与磁场强度不变情况下充足磁化后，磁化矢量保持衡定，这种稳定状态为平衡态。,激发态：,质子吸取能量(,RF),后不稳定状态为激发态。,第8页,第8页,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,（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、逆外加磁场方向,。(磁化）,第9页,第9页,3、顺磁场方向低能态，逆磁场方向高能态,（,磁化）稳定状态,第10页,第10页,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：,w,0,(f),=r,B,0,5、,自旋,质子弛豫,微观上讲:,共振即诱发两种质子能态间越迁,产生磁共振所需能量即为质子两种基本能态之差.,能量起源于射频脉冲.,第11页,第11页,五、核磁共振现象,微观上：,共振即诱发质子二种能态间跃迁，产生磁共振所需能量即为质子二种基本能态之差.,RF,频率仅在与质子群进动频率一致时，才出现共振.,第12页,第12页,六、核磁共振现象,宏观上：,受,RF,激励质子群发生共振时，其磁化矢量,M,不再与主磁场,B,0,平行。,RF,越强，连续时间越长，,RF,停止时，,M,偏离,B,0,越远。,第13页,第13页,七、自旋质子弛豫,90,RF,停止时，,M,垂直于,B,0,Mz=0，,平行于,xy,平面，,Mxy,最大。,180,RF,停止时，,M,平行于,B,0，,但方向相反，横向磁化矢量,Mxy=0，Mz,最大。,第14页,第14页,小结,质子带有正电荷，并不断地作旋转运动。,旋转着质子产生磁场如同一个小磁棒。,病人入磁场后，体内质子（小磁场）以二种方式排列（顺低能态，逆高能态）。,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：指一些特定原子核置于静磁场内，并受到一个适当,RF,磁场激励时，所出现吸取和放出,RF,磁场电磁能现象。,第15页,第15页,八、产生MR三个条件,外加磁场：,质子：自旋特性原子核（质、中子之一）为奇数。,RF：,频率须与质子进动频率相同。,第16页,第16页,九、核磁弛豫,RF,符合,Larmor,频率，被激励质子群发生共振，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”,90,RF,停止后，,M,围绕,B,0,轴旋转，,M,末端沿着上升螺旋逐步靠向,B,0,。,RF,结束一瞬间，,Mxy,达最大值，,Mz=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（,T,1,）,和横向弛豫时间（,T,2,）,第17页,第17页,纵向弛豫（自旋晶格弛豫）,纵向弛豫时间（,T,1,）：,指90,RF,后，达到原纵向磁化矢量63%时间.,质子从,RF,波吸取能量，处于高能态（即被激励）质子数目增长。,T,1,弛豫是质子群释放已吸取能量以恢复本来高、低能态平衡过程.,在恢复过程中，质子处于一个磁波动环境中，受到分子,Brown,氏运动影响.,MR,成像：磁波动频率与,RF,一致时，激发高能态质子，使其能量扩散到周围环境（晶格），两种高能态质子恢复到平衡状态.,第18页,第18页,横向弛豫（自旋-自旋弛豫）,横向弛豫时间（,T,2,）,指90,RF,后，原横向磁化矢量值衰减到37%时间,组织中水分子热运动连续产生磁场小波动，周围磁环境任何波动可造成质子共振频率改变，使质子振动稍快或稍慢，使质子群由相位一致变为互异，即热运动作用使质子间旋进方位和频率互异，但无能量散出。因此,T,2,弛豫也称自旋-自旋弛豫。,脑脊液,脂肪,37%,84,1400,M,xy,t(ms),第19页,第19页,十、MR信号：与强大主磁场方向一致质子场强不能测定，需改变方向,第20页,第20页,十一、核磁共振信号,在弛豫过程中，横向磁化矢量Mxy改变使围绕在人体周围接受线圈产生感应电动势，这个能够放大感应电流即MR信号,自由感应衰减：90RF后MR信号以指数曲线形式衰减,RF与生物组织原子核共振信号不同时，但同频率可用一个线圈兼作发射和接受,磁共振信号测量只能在垂直于主磁场,xy,平面进行.由于磁化,矢量本身就是一个磁场，因此它在,xy,平面旋进正如一个,xy,平面内旋转磁体，能够在接受线圈内产生感应电压，这个随时间波动电压即为,MR,信号。,第21页,第21页,十二、加权像：通过调整TR、TE得到突出某个组织特性参数图像,质子密度,N（H）,加权像,：,长,TR：15002500ms、,短,TE：1525ms。,T,1,加权像（,T1WI）：,短,TR：500ms，,短,TE：1525ms。,T,2,加权像（,T2WI）：,长,TR：15002500ms，,长,TE：90120ms。,第22页,第22页,第23页,第23页,十三、各种正常和病变组织T1、T2值均不同,正常和病变组织氢原子,T,1、,T,2,受周围化学环境或磁环境影响，周围化学环境改变氢原子核行为，进而改变组织所发出,RF,波。换言之，氢原子,T,1、,T,2,可反应其周围化学环境或磁环境,在,MR,成像中，质子密度是一个成像参数，但不如另外二种成像参数,T,1、,T,2,主要。由于,T,1、,T,2,（,氢原子核行为）提供了更为主要周围“磁气候”信息。,H H,.,如：乙醇,H-C-C-H,OH,第24页,第24页,十四、MR图像用信号强度代表能量高下,高信号：白 中档信号：灰 低信号：黑,1、信号强度与,T1,成反比：同一时间内,FatMR,强,H,2,OMR,弱.,2、信号强度与,T2,成正比：同一时间内,H,2,O,MR,强,FatMR,弱.,3、分子量：中档分子信号强、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密度。,5、流空效应：,第25页,第25页,十五、常见组织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,T,1,长、,T,2,短 弱,缔组织:,脑积液:,T,1,很长、,T,2,很长,.,T,1,低,T,2,高,实质脏器:质子密度高,.,T,1,较长、,T,2,较长 中档信号,脂肪:,T,1,短、,T,2,长,T,1,、,T,2,高信号,第26页,第26页,十六、序列技术,自旋回波,SE,脉冲序列：,由于磁场不均匀性，自旋磁矩旋进频率各不相同，激发态自旋相位相干性逐步丧失，称去相位这种相位效应使横向磁化快速衰减,SE：,90,Ti,180,T,去相位：90,RF,后使同时质子群异步，相位由一致变为分散（摺叠扇逐步张开）,相位回归：180,RF,后质子群离散相位又互相趋向一致（摺叠扇合起、列队操练）,第27页,第27页,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）,第28页,第28页,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,时间奔腾磁共振血管造影（,TOF-MRA）,对比增强磁共振血管造影（,CE-MRA）,磁共振特殊成像技术,脑功效成像（,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,第29页,第29页,祝大家学习进步，,第30页,第30页,