MRI检查与诊断技术-医学课件.ppt

第一节第一节 磁共振成像技术概述磁共振成像技术概述n n磁共振实际上应称核磁共振（NMR）n n核指NMR主要涉及到原子核n n为了与使用放射性元素的核医学相区别，突出NMR不产生电离辐射的优点，避免“核”引起人们的误解和恐惧，而通称磁共振磁共振磁共振成像磁共振成像 一种生物磁自旋成像技术，利用原子核（氢核）自旋运动的特点，在外加磁场内，用射频脉冲激发后产生信号，用探测器（接收线圈）检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像 英文简称MRI（magnetic resonance imaging）一、一、磁共振成像技术发展史n n19461946年美国哈弗大学的年美国哈弗大学的E.PurcellE.Purcell及斯坦福大学的及斯坦福大学的F.BlochF.Bloch领领导的两个研究小组各自独立的发现了核磁共振现象，导的两个研究小组各自独立的发现了核磁共振现象，PurcellPurcell和和BlochBloch两人共同获得两人共同获得19521952年诺贝尔物理奖，主要用年诺贝尔物理奖，主要用于磁共振波谱，研究物质的分子结构于磁共振波谱，研究物质的分子结构n n19711971年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的R.damadianR.damadian用用MRSMRS仪对老鼠的仪对老鼠的正常组织和癌变组织样品研究发现，癌变组织样品正常组织和癌变组织样品研究发现，癌变组织样品T1T1、T2T2弛豫时间值比正常组织长弛豫时间值比正常组织长n n19731973年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的LauterburLauterbur利用梯度磁场进行空利用梯度磁场进行空间定位，用两个充水试管获得了第一幅核磁共振图像间定位，用两个充水试管获得了第一幅核磁共振图像磁共振成像技术发展史n n19741974年年19801980年年MRIMRI得到不断发展，研究出梯度选层方得到不断发展，研究出梯度选层方法、相位编码成像方法、自旋回波成像方法以及二维傅法、相位编码成像方法、自旋回波成像方法以及二维傅里叶变换的成像方法里叶变换的成像方法n n19781978年在英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像，同年在英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像，同一年又取得了人体第一幅胸部、腹部磁共振图像一年又取得了人体第一幅胸部、腹部磁共振图像n n19801980年磁共振机开始应用于临床年磁共振机开始应用于临床二、磁共振成像技术在临床诊断中的应用二、磁共振成像技术在临床诊断中的应用MRIMRI优点优点n n没有电离辐射损伤没有电离辐射损伤n n多参数成像多参数成像n n软组织分辨率更高软组织分辨率更高n n多方位成像多方位成像n n血管成像无需造影剂血管成像无需造影剂n n磁共振功能成像磁共振功能成像MRI不足n n检查时间相对较长检查时间相对较长n n识别钙化有限度识别钙化有限度n n运行、检查费用较高运行、检查费用较高MRI在临床的应用在临床的应用n n中枢神经系统中枢神经系统：对于脑肿瘤、脑血管病、感染性疾病、对于脑肿瘤、脑血管病、感染性疾病、脑变性疾病、脑白质病、颅脑先天发育异常等具有极高敏脑变性疾病、脑白质病、颅脑先天发育异常等具有极高敏感性感性n n椎管内病变椎管内病变：脊髓肿瘤、血管性病变、外伤、畸形为首脊髓肿瘤、血管性病变、外伤、畸形为首选方法选方法n n腹部及盆腔腹部及盆腔：实质性脏器占位、前列腺实质性脏器占位、前列腺n n胸部胸部：纵膈占位、心脏大血管病变、乳腺纵膈占位、心脏大血管病变、乳腺n n四肢关节四肢关节：肌肉、肌腱、韧带、软骨肌肉、肌腱、韧带、软骨n n软组织软组织：肿瘤、血管性病变肿瘤、血管性病变第二节第二节 磁共振成像原理磁共振成像原理n n电学电学n n磁学磁学n n量子力学量子力学n n高等数学高等数学n n初高中数学初高中数学n n初高中物理初高中物理n n加减乘除加减乘除n n平方开方平方开方学习MRI前应该掌握的知识具有磁性原子核，处于静磁场中，施加射频脉冲（RF），原子核吸收RF能量，产生磁共振现象三个基本条件：磁性原子核 静磁场（外磁场）射频脉冲（RF）二、磁共振现象二、磁共振现象条件一：原子核自旋与磁矩条件一：原子核自旋与磁矩n n物质：由分子组成n n分子：由原子组成n n原子:由一个原子核和数目不等的电子组成n n原子核:由数目不等的质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电，电子带负电荷物质物质分子分子原子原子原子核原子核电子电子质子质子中子中子原子的结构原子的结构电子：负电荷电子：负电荷电子：负电荷电子：负电荷中子：无电荷中子：无电荷中子：无电荷中子：无电荷质子：正电荷质子：正电荷质子：正电荷质子：正电荷n n自旋自旋自旋自旋：原子核固有物理属性，原子核固有物理属性，带电质子以一定频率绕自身轴带电质子以一定频率绕自身轴高速旋转高速旋转n n通电的环形线圈周围都有通电的环形线圈周围都有磁场存在。转动的质子也磁场存在。转动的质子也相当于一个小磁体，周围相当于一个小磁体，周围形成微小环形电流，具有形成微小环形电流，具有自身的南、北极及磁力，自身的南、北极及磁力，质子自身具有磁性，在其质子自身具有磁性，在其周围产生磁场，并具有自周围产生磁场，并具有自身磁矩身磁矩n n磁矩：磁矩：磁矩：磁矩：矢量，具有方向和大小，矢量，具有方向和大小，方向可由环形电流的法拉第右方向可由环形电流的法拉第右手定则确定手定则确定原子核自旋法法拉拉第第定定律律原子核自旋产生磁矩地磁地磁磁铁磁铁核磁核磁所有的原子核都可产生核磁吗？所有的原子核都可产生核磁吗？质子为偶数质子为偶数质子为偶数质子为偶数，中子为偶数，中子为偶数，中子为偶数，中子为偶数不产生核磁不产生核磁不产生核磁不产生核磁质子为奇数质子为奇数质子为奇数质子为奇数，中子为奇数，中子为奇数，中子为奇数，中子为奇数质子为奇数质子为奇数质子为奇数质子为奇数，中子为偶数，中子为偶数，中子为偶数，中子为偶数质子为偶数质子为偶数质子为偶数质子为偶数，中子为奇数，中子为奇数，中子为奇数，中子为奇数产生核磁产生核磁产生核磁产生核磁结论：质子数和中子数至少一个为奇数这样的原子核包括：1H、13C、19F、23Na、31P等百余种元素目前生物组织的目前生物组织的MRIMRI成像主要成像主要为为1 1H H成像成像，氢原子核也称为氢，氢原子核也称为氢质子，质子，1 1H H的磁共振图像也称的磁共振图像也称为质子像为质子像人体磁共振成像选择人体磁共振成像选择1 1H H的理由：的理由：n n氢原子核最简单，只含有一个质子，氢原子核最简单，只含有一个质子，一个电子，不含中子一个电子，不含中子nn1 1HH是人体中最多的原子核，约占人是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核的体中总原子核的2/32/3以上以上nn1 1HH的磁化率在人体磁性原子核中是的磁化率在人体磁性原子核中是最高的最高的何种原子核用于何种原子核用于MR成像？成像？条件二：静磁场条件二：静磁场把人体放进大磁场n n静磁场是由磁共振仪器的主磁体产生n n其强度与方向不变，强度单位B0n n主磁体类型：超导、常导、永磁n n静磁场强度（B0）：0.15-3.0Tn n目前临床上最常用的是超导MRI系统主磁体外形主磁体外形开放式开放式封闭式封闭式垂直坐标系n n用用X X、Y Y、Z Z坐标系来坐标系来描述磁场的位置描述磁场的位置n nZ Z代表代表B BOO方向，即磁方向，即磁力线方向，常与体轴力线方向，常与体轴一致一致n nX-YX-Y平面代表垂直于磁平面代表垂直于磁场方向的平面，三个场方向的平面，三个轴相互垂直轴相互垂直进入主磁场前质子核磁状态进入主磁场前质子核磁状态n n人体内的质子不计其人体内的质子不计其数，产生无数个小磁数，产生无数个小磁场，这种小磁场的排场，这种小磁场的排列是无序杂乱无章的，列是无序杂乱无章的，方向各异，方向各异，使每个质使每个质子产生的小磁矩相互子产生的小磁矩相互抵消，抵消，n n因此，因此，人体自然状态人体自然状态下并无磁性，即没有下并无磁性，即没有宏观磁化矢量的产生宏观磁化矢量的产生进入主磁场后质子核磁状态进入主磁场后质子核磁状态n n进入主磁场后，人体内的质子产生的小磁场不再是杂乱进入主磁场后，人体内的质子产生的小磁场不再是杂乱无章，呈有无章，呈有规律排列规律排列。一种是一种是与主磁场平行且方向相同与主磁场平行且方向相同；另一种是另一种是与主磁场平行但方向相反与主磁场平行但方向相反。处于平行同向的质。处于平行同向的质子略多于处于平行反向的质子子略多于处于平行反向的质子n n从量子物理学的角度来说，这两种核磁状态代表质子的从量子物理学的角度来说，这两种核磁状态代表质子的能量差别。能量差别。平行同向的质子处于低能级平行同向的质子处于低能级，因此受主磁场，因此受主磁场的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；平行平行反向的质子处于高能级，反向的质子处于高能级，能够对抗主磁场的作用，其磁能够对抗主磁场的作用，其磁化矢量尽管与主磁场平行但方向相反化矢量尽管与主磁场平行但方向相反n n由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏宏观纵向磁化矢量（观纵向磁化矢量（MMo o）平行同向的质子略多于平行反向的质子平行同向的质子略多于平行反向的质子低能状态低能状态高能状态高能状态处于高能状态太费劲，并非人人都能做到处于高能状态太费劲，并非人人都能做到处处于于低低能能状状态态略略多多一一点点进入主磁场后质子核磁状态进入主磁场后质子核磁状态l l进动进动n n进入主磁场后，无论是处于高能级的质子还是处于低能级进入主磁场后，无论是处于高能级的质子还是处于低能级的质子，其磁化矢量的质子，其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是并非完全与主磁场方向平行，而总是与主与主 磁场有一定角度磁场有一定角度n n质子除了自旋运动外，还绕主磁场轴进行旋转摆动，我们质子除了自旋运动外，还绕主磁场轴进行旋转摆动，我们把质子的这种旋转摆动称为把质子的这种旋转摆动称为进动进动进动是质子小磁场与主磁场相互作用的结果进动是质子小磁场与主磁场相互作用的结果进动进动n n进动运动就像一个进动运动就像一个垂直旋转着的陀螺，垂直旋转着的陀螺，用小锤对着它的顶用小锤对着它的顶端撞击一下，陀螺端撞击一下，陀螺出现了倾斜，自旋出现了倾斜，自旋轴偏离重力线方向，轴偏离重力线方向，与重力线形成夹角，与重力线形成夹角，并绕重力线旋转并绕重力线旋转自旋核的进动自旋核的进动n n一个氢质子处在一个氢质子处在BoBo中如中如陀螺样旋进，它的磁矩轴陀螺样旋进，它的磁矩轴倾斜，且绕倾斜，且绕BoBo方向旋转，方向旋转，与与BoBo间有一个夹角，为间有一个夹角，为旋进角旋进角进入主磁场后质子核磁状态进入主磁场后质子核磁状态n n进动频率（Larmor频率）n n计算公式：B 代表代表LarmorLarmor频率，频率，为磁旋比（为磁旋比（对于某一种原子核来说是个常对于某一种原子核来说是个常数，质子的数，质子的 约为约为42.5mH42.5mHZ Z/T/T），），B B为主磁场的场强，单位为特斯为主磁场的场强，单位为特斯拉（拉（T T），），n n从式中可以看出，从式中可以看出，质子的进动质子的进动质子的进动质子的进动频率与主磁场强度呈正比。频率与主磁场强度呈正比。频率与主磁场强度呈正比。频率与主磁场强度呈正比。进入主磁场后质子核磁状态进入主磁场后质子核磁状态n n由于进动的存在，质子自旋产由于进动的存在，质子自旋产生的小磁场可以分解成两个部生的小磁场可以分解成两个部分：分：n n1 1）方向恒定的）方向恒定的纵向磁化分矢量纵向磁化分矢量（沿主磁场方向）（沿主磁场方向）n n2 2）以主磁场方向即）以主磁场方向即Z Z轴为中心，轴为中心，在在XYXY平面旋转的平面旋转的横向磁化分矢横向磁化分矢量量n n纵向磁化分矢量产生一个与主纵向磁化分矢量产生一个与主磁场同向的宏观纵向磁化矢量磁场同向的宏观纵向磁化矢量（MMOO）n n横向磁化分矢量相互抵消，因横向磁化分矢量相互抵消，因而没有宏观横向磁化矢量而没有宏观横向磁化矢量(M(MXYXY)n n平衡态时在平衡态时在B Bo o中的质子群中的质子群n nMMXYXY=0=0n nMM0 0=M=MZ Z静磁场中人体组织获得磁化静磁场中人体组织获得磁化n n人体进入静磁场后，经过质子有序排列，组织宏观上产人体进入静磁场后，经过质子有序排列，组织宏观上产生了一个生了一个纵向磁化矢量纵向磁化矢量MMZ Z，组织有了磁性组织有了磁性n n纵向磁化矢量纵向磁化矢量MMZ Z不是振荡磁场，无法测定不是振荡磁场，无法测定n n振荡磁场是一种随时间而变化的磁场，它的磁场变化可振荡磁场是一种随时间而变化的磁场，它的磁场变化可在天线内感应产生电压，用电流表可以测定在天线内感应产生电压，用电流表可以测定n n纵向磁化矢量纵向磁化矢量MMZ Z不移动，也不旋转，因此无法记录不移动，也不旋转，因此无法记录条件三：射频脉冲（条件三：射频脉冲（RF）进入主磁场后人体被进入主磁场后人体被进入主磁场后人体被进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏磁化了，产生纵向宏磁化了，产生纵向宏磁化了，产生纵向宏观磁化矢量观磁化矢量观磁化矢量观磁化矢量不同的组织由于氢质不同的组织由于氢质不同的组织由于氢质不同的组织由于氢质子含量的不同，宏观子含量的不同，宏观子含量的不同，宏观子含量的不同，宏观磁化矢量也不同磁化矢量也不同磁化矢量也不同磁化矢量也不同磁共振不能检测出纵磁共振不能检测出纵磁共振不能检测出纵磁共振不能检测出纵向磁化矢量向磁化矢量向磁化矢量向磁化矢量MR能检测到怎样的磁化矢量呢？能检测到怎样的磁化矢量呢？n nMMZ Z不是振荡磁场，无法单独检测，不能用于成像不是振荡磁场，无法单独检测，不能用于成像n n如果要检测质子的自旋，收集信号，只有在垂直于静磁如果要检测质子的自旋，收集信号，只有在垂直于静磁场场BoBo方向的横向平面有静磁化矢量方向的横向平面有静磁化矢量n n为了设法检测到特定质子群的静磁化矢量，并用于成像，为了设法检测到特定质子群的静磁化矢量，并用于成像，需使静磁化矢量偏离需使静磁化矢量偏离BoBo方向方向n n为了达到这个目的，在为了达到这个目的，在MRIMRI中采用了射频脉冲中采用了射频脉冲MR不能检测到纵向磁化矢量，不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到但能检测到旋转旋转的横向磁化矢量的横向磁化矢量如何才能产生横向宏观磁化矢量？如何才能产生横向宏观磁化矢量？射频脉冲的作用射频脉冲的作用n n共振共振n n排列起一组音叉，敲击一个音叉振动排列起一组音叉，敲击一个音叉振动发音时，组内与之发音时，组内与之音调相同音调相同的音叉就的音叉就会吸收能量振动发音，这个过程叫做会吸收能量振动发音，这个过程叫做“共振共振”n n共振共振：能量从一个振动着的物体传递：能量从一个振动着的物体传递到另一个物体，后者以与前者相同的到另一个物体，后者以与前者相同的频率振动。共振的条件是相同的频率，频率振动。共振的条件是相同的频率，实质是能量的传递实质是能量的传递n n照此原理，将电磁波的能量发射到质照此原理，将电磁波的能量发射到质子群上，一旦子群上，一旦MM加大偏转角并产生旋加大偏转角并产生旋转，即可达到产生振荡磁场的目的转，即可达到产生振荡磁场的目的共振共振n n条件：频率一致n n实质：能量传递射频脉冲（射频脉冲（RF）n n射频脉冲射频脉冲（radio frequencyradio frequency，RFRF）系统产生能量）系统产生能量激发激发质子共振，质子共振，并并接受接受质子释放的能量质子释放的能量组成：射频放大器射频通道脉冲线圈：发射线圈 接收线圈作用：激发人体产生共振（广播电台的发射天线）采集MR信号（收音机的接收天线）RF系统包括下列组件：n n脉冲线圈的分类脉冲线圈的分类n n按作用分两类按作用分两类n n激发并采集激发并采集激发并采集激发并采集MRIMRI信号（体线圈）信号（体线圈）信号（体线圈）信号（体线圈）n n仅采集仅采集仅采集仅采集MRIMRI信号，激发采用体线圈进行信号，激发采用体线圈进行信号，激发采用体线圈进行信号，激发采用体线圈进行（绝大绝大绝大绝大多数表面线圈多数表面线圈多数表面线圈多数表面线圈）按与检查部位的关系分：按与检查部位的关系分：体线圈体线圈表面线圈表面线圈第一代为线性极化表面线圈第一代为线性极化表面线圈第二代为圆形极化表面线圈第二代为圆形极化表面线圈第三代为圆形极化相控阵线圈第三代为圆形极化相控阵线圈第四代为一体化全景相控阵线圈第四代为一体化全景相控阵线圈射频脉冲（射频脉冲（RF）条件）条件n nRFRF的频率与质子的进动频的频率与质子的进动频率率相同相同n n激发：激发：RFRF把能量传递给低能级把能量传递给低能级质子的过程（共振）质子的过程（共振）n n质子群共振后生成质子群共振后生成横向磁化矢量横向磁化矢量n nMRIMRI信号检测是在信号检测是在XYXY平面进行的，平面进行的，射频脉冲的种类射频脉冲的种类根据根据RFRF激发后静磁化矢激发后静磁化矢量偏转的角度量偏转的角度n n9090o o射频脉冲射频脉冲n n180180o o射频脉冲射频脉冲n n小角度射频脉冲小角度射频脉冲令偏转角达令偏转角达9090o o的射频脉的射频脉冲称为冲称为9090o o射频脉冲射频脉冲n nRFRF脉冲作用后，静磁化矢脉冲作用后，静磁化矢量量MMo o翻转翻转9090o o到到XYXY平面上平面上n n垂直方向：垂直方向：MMZ Z=o on n水平方向：水平方向：MMXYXY最大，大小最大，大小等于等于MMo o宏观效应宏观效应射频脉冲激发后的效应射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发是使宏观磁化矢量发生偏转生偏转射频脉冲的射频脉冲的强度强度和和持续时间持续时间决定决定射频脉冲激射频脉冲激发后的效应发后的效应小角度小角度90o180o磁共振现象磁共振现象磁共振现象磁共振现象是靠射频线圈发射是靠射频线圈发射是靠射频线圈发射是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）无线电波（射频脉冲）无线电波（射频脉冲）无线电波（射频脉冲）激发人体激发人体激发人体激发人体内的氢质子来引发，内的氢质子来引发，内的氢质子来引发，内的氢质子来引发，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态低能的质子获能进入高能状态低能的质子获能进入高能状态低能的质子获能进入高能状态微观效应微观效应微观效应微观效应横向磁化发出磁共振信号横向磁化发出磁共振信号n nMMXYXY不停的旋转，这不停的旋转，这是一种振荡磁场，是一种振荡磁场，传播至附近一处固传播至附近一处固定的天线内即可产定的天线内即可产生感应电流生感应电流n nMMXYXY振荡磁场就是组振荡磁场就是组织发出的磁共振信织发出的磁共振信号，天线内感应生号，天线内感应生成的电流即为接受成的电流即为接受的信号的信号激激励励接接收收二、磁化强度的弛豫过程二、磁化强度的弛豫过程n n90o o射频脉冲n n当射频脉冲的能量正好使宏观纵向磁化矢量偏转90o o，即完全偏转到XY平面，我们称这种脉冲为90o o射频脉冲。其产生的横向宏观磁化矢量在各种角度的射频脉冲中是最大的。90o射频脉冲射频脉冲n n微观上，微观上，9090o o射频脉冲效应分解为两个部分射频脉冲效应分解为两个部分n n9090o o射频脉冲使处于低能级多出于高能级的那部射频脉冲使处于低能级多出于高能级的那部分质子，有一半获得能量进入高能级状态。这分质子，有一半获得能量进入高能级状态。这就使处于低能级和高能级的质子数相同，两个就使处于低能级和高能级的质子数相同，两个方向的纵向磁化分矢量相互抵消，因此，方向的纵向磁化分矢量相互抵消，因此，宏观宏观纵向磁化分矢量等于零纵向磁化分矢量等于零n n9090o o射频脉冲前，质子的横向磁化分矢量相位不射频脉冲前，质子的横向磁化分矢量相位不同；同；9090o o脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同一相位，因而一相位，因而产生了一个最大的宏观横向磁化产生了一个最大的宏观横向磁化矢量矢量射频脉冲关闭后发生了什么？射频脉冲关闭后发生了什么？n n无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了9090度，度，度，度，MRIMRI可以可以可以可以检测到人体发出的信号检测到人体发出的信号检测到人体发出的信号检测到人体发出的信号n n氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，9090度脉冲后磁化矢度脉冲后磁化矢度脉冲后磁化矢度脉冲后磁化矢量偏转，产生的旋转的宏观横向矢量越大，量偏转，产生的旋转的宏观横向矢量越大，量偏转，产生的旋转的宏观横向矢量越大，量偏转，产生的旋转的宏观横向矢量越大，MRMR信号强度信号强度信号强度信号强度越高。越高。越高。越高。n n此时的此时的此时的此时的MRMR图像可区分质子密度不同的两种组织图像可区分质子密度不同的两种组织图像可区分质子密度不同的两种组织图像可区分质子密度不同的两种组织 检测到的检测到的检测到的检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别仅仅是不同组织氢质子含量的差别仅仅是不同组织氢质子含量的差别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。对于临床诊断来说是远远不够的。对于临床诊断来说是远远不够的。对于临床诊断来说是远远不够的。我们总是我们总是我们总是我们总是在在在在9090度脉冲关闭后过一定时间才进行度脉冲关闭后过一定时间才进行度脉冲关闭后过一定时间才进行度脉冲关闭后过一定时间才进行MRMR信号采集。信号采集。信号采集。信号采集。核磁弛豫核磁弛豫n n弛豫弛豫Relaxation放松、休息放松、休息核磁弛豫核磁弛豫定义：定义：9090o o脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐步恢复到平衡状态的过程步恢复到平衡状态的过程核磁弛豫可分为两个相对独立的部分核磁弛豫可分为两个相对独立的部分n n横向磁化矢量逐渐变小直至消失，称为横向磁化矢量逐渐变小直至消失，称为横向弛豫横向弛豫n n纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大（平衡状态），纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大（平衡状态），称为称为纵向弛豫纵向弛豫横向弛豫横向弛豫也称为也称为T2弛弛豫豫，简单地，简单地说，说，T2弛豫弛豫就是横向磁就是横向磁化矢量减少化矢量减少的过程的过程。横向弛豫横向弛豫n nT2弛豫原因：n n质子失相位横向弛豫横向弛豫n nT2T2时间（时间（T2T2值）：值）：横向磁化矢量衰减到最大值（横向磁化矢量衰减到最大值（MMo o）37%37%所需要的时间所需要的时间n n不同组织由于质子受周围微观磁环境影响不同，不同组织由于质子受周围微观磁环境影响不同，T2T2值值不同，即不同，即T2T2弛豫速度不同；弛豫速度不同；T2T2时间长的组织，横向弛时间长的组织，横向弛豫速度慢。不同的场强豫速度慢。不同的场强T2T2值也会发生变化。值也会发生变化。纵向弛豫纵向弛豫也称为也称为T1弛豫弛豫，是指，是指90度脉冲关闭后，在度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，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过程。原因：释放能量原因：释放能量纵向弛豫纵向弛豫n nT1T1时间（时间（T1T1值）：值）：宏观纵向磁化矢量恢复到最大宏观纵向磁化矢量恢复到最大值（值（MMo o）63%63%所用的时间所用的时间n n不同的组织由于质子周围的分子自由运动频率不不同的组织由于质子周围的分子自由运动频率不同，其纵向弛豫速度存在差别，即同，其纵向弛豫速度存在差别，即T1T1值不同。人值不同。人体组织的体组织的T1T1值受主磁场场强的影响较大，一般随值受主磁场场强的影响较大，一般随场强的增大，组织的场强的增大，组织的T1T1值延长。值延长。MzM0T1时间是时间是MZ从从0恢复到最大值恢复到最大值M0的的63%所用的时间所用的时间63%三、磁共振图像信号三、磁共振图像信号（一）、自由感应衰减信号（一）、自由感应衰减信号9090o o脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量呈指数式衰减，称为脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量呈指数式衰减，称为自自由感应衰减由感应衰减（free induction decayfree induction decay，FIDFID）信号的衰减快慢是由横向弛豫信号的衰减快慢是由横向弛豫T2T2值决定值决定如果静磁场的均匀度是理想状态，则如果静磁场的均匀度是理想状态，则FIDFID反应的是组织内反应的是组织内部氢质子的真实部氢质子的真实T2T2由于实际静磁场并非理想中的均匀，由于实际静磁场并非理想中的均匀，FIDFID受到非均匀磁场受到非均匀磁场的影响，往往衰减更快，一般用的影响，往往衰减更快，一般用T T2 2*表示表示 若在若在 x-y x-y 平面内置一检测线圈，则平面内置一检测线圈，则 将以每秒将以每秒 的频率的频率切割线圈，从而产生电势。这就是检测到的切割线圈，从而产生电势。这就是检测到的 FID FID 信号信号。（二）、自旋回波信号（二）、自旋回波信号静止磁场中，静止磁场中，宏观磁化与场宏观磁化与场强方向一致，强方向一致，纵向宏观磁化纵向宏观磁化最大最大施加施加900射频脉冲，射频脉冲，纵向磁化翻转到横向，纵向磁化翻转到横向，横向磁化最大横向磁化最大900射频结束瞬间，射频结束瞬间，磁化翻转到横向，磁化翻转到横向，开始横向弛豫，即开始横向弛豫，即散相散相施加施加1800射频脉冲，射频脉冲，质子进动反向质子进动反向,相相位开始重聚位开始重聚此时的线圈感应此时的线圈感应信号即为自旋回信号即为自旋回波信号波信号经过与散相相同经过与散相相同的时间后的时间后,相位相位重聚完全重聚完全,横向横向磁化再次达到最磁化再次达到最大值大值（三）、梯度回波信号（三）、梯度回波信号使用使用脉冲而非脉冲而非900脉冲脉冲,使使纵向磁化弛豫加快纵向磁化弛豫加快,极大减极大减少少TR时间时间梯度回波梯度回波(GradientEcho)使用翻转梯度产使用翻转梯度产生回波而非生回波而非180脉冲脉冲,从而允许从而允许最短的最短的TE时间时间,给缩短给缩短TR带来带来空间空间四、磁共振信号空间定位四、磁共振信号空间定位梯度磁场梯度磁场的概念的概念n n叠加在静磁场叠加在静磁场BoBo上有线性变化的磁场，引起磁场强度的线上有线性变化的磁场，引起磁场强度的线性变化，通过对质子自旋频率和相位的识别，获取信号的性变化，通过对质子自旋频率和相位的识别，获取信号的空间位置，即信号进行了空间位置，即信号进行了空间编码空间编码n n空间编码的意义：空间编码的意义：对磁共振信号进行空间定位，获得三维对磁共振信号进行空间定位，获得三维空间坐标位置，采集数据，重建图像空间坐标位置，采集数据，重建图像n n梯度线圈：梯度线圈：置于磁体内的额外线圈，产生梯度磁场置于磁体内的额外线圈，产生梯度磁场梯度线圈梯度线圈n n三对梯度线圈组成三对梯度线圈组成n n每对梯度线圈电流大小相同，每对梯度线圈电流大小相同，极性相反极性相反n n一对线圈在一个方向产生一个一对线圈在一个方向产生一个强度呈线性变化的磁场强度呈线性变化的磁场n n层面选择梯度：层面选择梯度：Z Z方向，方向，GGz zn n相位编码梯度：相位编码梯度：Y Y方向，方向，GGy yn n频率编码梯度：频率编码梯度：X X方向，方向，GGx x空间编码空间编码1、层面选择（层面选择（GGz z）l l层面位置选择层面位置选择：通过改变射频脉冲的中心频率，可以按需：通过改变射频脉冲的中心频率，可以按需要的顺序激发不同的层面要的顺序激发不同的层面l l层面厚度选择层面厚度选择：改变射频脉冲的带宽或梯度磁场斜率，可：改变射频脉冲的带宽或梯度磁场斜率，可以选择不同层面的厚度以选择不同层面的厚度l lGzGz先开通，先开通，GyGy和和GxGx关闭关闭2、相位编码（Gy y）n n在在Y Y方向施加一个梯度，对信号进行编码，以确定方向施加一个梯度，对信号进行编码，以确定信号来自二维空间信号来自二维空间行行的位置，的位置，n n相位编码应用于层面选择梯度之后，频率编码梯相位编码应用于层面选择梯度之后，频率编码梯度应用之前度应用之前n nGzGz关闭后，关闭后，GyGy开通，开通，GxGx关闭关闭3、频率编码（Gx x）区分信号来自于扫描矩阵中的那一区分信号来自于扫描矩阵中的那一列列使沿使沿X X轴的空间位置信号具有频率特征而被编码，最轴的空间位置信号具有频率特征而被编码，最终产生与空间位置相关的不同频率的信号终产生与空间位置相关的不同频率的信号使用频率编码梯度场采集信号，使用频率编码梯度场采集信号，GxGx也叫读出梯度场也叫读出梯度场GzGz和和GyGy关闭后，关闭后，GxGx开通开通Z、Y、X轴上梯度磁场的产生轴上梯度磁场的产生五、磁共振加权成像五、磁共振加权成像（一）加权的概念加权是加权是 重点突出成像过程中组织某方面特性，通重点突出成像过程中组织某方面特性，通过调整成像参数，使图像主要反映组织某方面特过调整成像参数，使图像主要反映组织某方面特性，而尽量抑制组织其他特性对磁共振信号的影性，而尽量抑制组织其他特性对磁共振信号的影响响T1T1加权成像：在加权成像：在T1WIT1WI上，组织的上，组织的T1T1值越小，磁共值越小，磁共振信号强度越大振信号强度越大T2T2加权成像：在加权成像：在T2WIT2WI上，组织的上，组织的T2T2值越大，其磁值越大，其磁共振信号强度越大共振信号强度越大质子密度加权成像：质子密度越高，磁共振信号质子密度加权成像：质子密度越高，磁共振信号强度越大强度越大T1加权成像加权成像（T1WI）n nT1T1值越值越值越值越小小小小 纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越快快快快 已经恢复已经恢复已经恢复已经恢复的纵向磁化矢量的纵向磁化矢量的纵向磁化矢量的纵向磁化矢量大大大大 MRMR信号强度越信号强度越信号强度越信号强度越高（白）高（白）高（白）高（白）n nT1T1值越值越值越值越大大大大 纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越慢慢慢慢 已经恢复的已经恢复的已经恢复的已经恢复的纵向磁化矢量纵向磁化矢量纵向磁化矢量纵向磁化矢量小小小小MRMR信号强度越信号强度越信号强度越信号强度越低（黑）低（黑）低（黑）低（黑）n n脂肪的脂肪的脂肪的脂肪的T1T1值约为值约为值约为值约为250250毫秒毫秒毫秒毫秒 MR MR信号信号信号信号高（白）高（白）高（白）高（白）n n水的水的水的水的T1T1值约为值约为值约为值约为30003000毫秒毫秒毫秒毫秒 MR MR信号信号信号信号低（黑）低（黑）低（黑）低（黑）反映组织纵向弛豫的快慢！反映组织纵向弛豫的快慢！反映组织纵向弛豫的快慢！反映组织纵向弛豫的快慢！T2加权成像（加权成像（T2WI）T2T2值值值值小小小小 横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少快快快快 残留的横向磁残留的横向磁残留的横向磁残留的横向磁化矢量化矢量化矢量化矢量小小小小 MRMR信号信号信号信号低（黑）低（黑）低（黑）低（黑）T2T2值值值值大大大大 横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少慢慢慢慢 残留的横向磁化残留的横向磁化残留的横向磁化残留的横向磁化矢量矢量矢量矢量大大大大 MRMR信号信号信号信号高（白）高（白）高（白）高（白）水水水水T2T2值约为值约为值约为值约为16001600毫秒毫秒毫秒毫秒 MRMR信号信号信号信号高高高高脑脑脑脑T2T2值约为值约为值约为值约为100100毫秒毫秒毫秒毫秒 MR MR信号信号信号信号低低低低反映组织横向弛豫的快慢！反映组织横向弛豫的快慢！反映组织横向弛豫的快慢！反映组织横向弛豫的快慢！第三节，磁共振成像序列第三节，磁共振成像序列一、常规脉冲序列由五部分组成n n射频脉冲n n层面选择梯度场n n相位编码梯度场n n频率编码梯度场n n磁共振信号MRI脉冲序列种类很多二、自旋回波序列（二、自旋回波序列（SE）（一）与时间相关的概念一）与时间相关的概念1 1、重复时间重复时间（TRTR）：两个激发脉冲间的间隔时间）：两个激发脉冲间的间隔时间2 2、回波时间回波时间（TETE）：激发脉冲与产生回波之间的间隔时间）：激发脉冲与产生回波之间的间隔时间3 3、回波链长度回波链长度（ETLETL）：一次）：一次9090o o脉冲激发后所产生和采集的回脉冲激发后所产生和采集的回 波数目波数目4 4、反转时间反转时间（TITI）：）：180180o o反转脉冲中点到反转脉冲中点到9090o o脉冲中点的时间间隔脉冲中点的时间间隔5 5、信号激励次数信号激励次数（NEXNEX）：通过增加采集次数，降低噪声对图像）：通过增加采集次数，降低噪声对图像 质量的影响质量的影响 6 6、采集时间采集时间：整个脉冲序列完成信号采集所需要的时间：整个脉冲序列完成信号采集所需要的时间SE序列结构序列结构激发脉冲激发脉冲层面选择梯度层面选择梯度相位编码梯度相位编码梯度频率编码梯度频率编码梯度MR信号信号90度脉冲激发组织产生横向磁化矢量度脉冲激发组织产生横向磁化矢量SE序列图90度脉冲关闭后，所产生的横向磁化矢量很度脉冲关闭后，所产生的横向磁化矢量很快衰减（自由感应衰减快衰减（自由感应衰减 FID）横向磁化矢量衰减是由于质子失相位横向磁化矢量衰减是由于质子失相位n n质子失相位的原因质子失相位的原因质子失相位的原因质子失相位的原因1 1、质子小磁场的相互作用造成磁场不均匀（随机）、质子小磁场的相互作用造成磁场不均匀（随机）、质子小磁场的相互作用造成磁场不均匀（随机）、质子小磁场的相互作用造成磁场不均匀（随机）真正的真正的真正的真正的T2T2弛豫弛豫弛豫弛豫2 2、主磁场的不均匀（恒定），后者是造成质子失相位的、主磁场的不均匀（恒定），后者是造成质子失相位的、主磁场的不均匀（恒定），后者是造成质子失相位的、主磁场的不均匀（恒定），后者是造成质子失相位的主要原因主要原因主要原因主要原因1+21+2产生的横向磁化矢量衰减实际上为产生的横向磁化矢量衰减实际上为产生的横向磁化矢量衰减实际上为产生的横向磁化矢量衰减实际上为T2*T2*弛豫弛豫弛豫弛豫180180度度度度复复复复相相相相脉脉脉脉冲冲冲冲可可可可以以以以抵抵抵抵消消消消主主主主磁磁磁磁场场场场恒恒恒恒定定定定不不不不均均均均匀匀匀匀造造造造成成成成的信号衰减，从而获得真正的的信号衰减，从而获得真正的的信号衰减，从而获得真正的的信号衰减，从而获得真正的T2T2弛豫图像弛豫图像弛豫图像弛豫图像3124123412342 23 31 14 49090度度度度脉冲脉冲脉冲脉冲180180度度度度脉冲脉冲脉冲脉冲180180180180度度度度脉脉脉脉冲冲冲冲可可可可使使使使因因因因主主主主磁磁磁磁场场场场恒恒恒恒定定定定不不不不均均均均匀匀匀匀造造造造成成成成失失失失相质子的相位重聚，相质子的相位重聚，相质子的相位重聚，相质子的相位重聚，产生自旋回波。产生自旋回波。产生自旋回波。产生自旋回波。复复相相脉脉冲冲的的作作用用模模拟拟SE序列形成机制序列形成机制SE序列特点序列特点n n采用采用9090度激发脉冲度激发脉冲和和180180度复相脉冲度复相脉冲进行成像进行成像n n磁共振成像的经典序列，临床上得到广泛应用磁共振成像