影像物理磁共振成像MRI的原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

磁共振成像（磁共振成像（MRI）原理原理磁共振现象：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收或释放电磁能现象一、磁共振成像机基本结构一、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 检验床与操作控制台第1页 1、磁体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：磁力在空间某处强度。l1Tesla=10 000gause，约地球磁场强度20 000多倍。l均匀性：成像磁场空间一定范围磁场强度标准差与主磁场强度比。以ppm为单位（百万分之一）。l稳定性：磁场强度在单位时间内相对改变率。第2页 2、梯度系统l 一个绝对均匀磁场不能提供 任何空间信息。因为全部质子 都含有相同共振频率，发射出不能区分MR信号。要确定共振质子对应空间位置必须改变磁场空间结构。l它由梯度放大器及 X、Y、Z三组梯度线圈组成。第3页 3、射频系统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RF磁场 能量而从平衡态变为激发态过程称MR。接收线圈：小线圈含有很好信噪比。l射频放大器：调制不一样类型射频并经过发射线 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深入处理。l射频屏蔽：预防外界电磁波对MR影响而产生伪影;防止RF对磁体室外接收器产生干扰。第4页4、计算机系统：图像重建与显示5、检验床与操作控制台第5页二、怎样原子核产生 磁场l自旋特征原子核，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16O、12C 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1H、13 C、19 F、23 Na、31 P有净核自旋称自旋磁体。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 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 一个动态自然过程。第7页附：名词解释l晶格：晶格：MRI中原子核周围环境称为晶格。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)后不稳定状态为激发态。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 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能量起源于射频脉冲.第11页五、核磁共振现象l微观上：l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.lRF频率仅在与质子群进动频率一致时，才出现共振.第12页六、核磁共振现象l宏观上：宏观上：l受RF激励质子群发生共振时，其磁化矢量M不再与主磁场B0平行。lRF越强，连续时间越长，RF停顿时，M偏离B0越远。第13页七、自旋质子弛豫l90RF停顿时，M垂直于B0,Mz=0，平行于xy平面，Mxy最大。l180RF停顿时，M平行于B0，但方向相反，横向磁化矢量Mxy=0，Mz最大。第14页小结l质子带有正电荷，并不停地作旋转运动。l旋转着质子产生磁场如同一个小磁棒。l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）。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，所出现吸收和放出RF磁场电磁能现象。第15页八、产生MR三个条件l外加磁场：l质子：自旋特征原子核（质、中子之一）为奇数。lRF：频率须与质子进动频率相同。第16页九、核磁弛豫lRF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停顿后，M又自发地回复到平衡状态，这个过程称为“核磁弛豫”l90RF停顿后，M围绕B0轴旋转，M末端沿着上升螺旋逐步靠向B0。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=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）第17页纵向弛豫（自旋晶格弛豫）l纵向弛豫时间（T1）：指90RF后，到达原纵向磁化矢量63%时间.l质子从RF波吸收能量，处于高能态（即被激励）质子数目增加。T1弛豫是质子群释放已吸收能量以恢复原来高、低能态平衡过程.l在恢复过程中，质子处于一个磁波动环境中，受到分子Brown氏运动影响.lMR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页横向弛豫（自旋-自旋弛豫）l横向弛豫时间（T2）l指90RF后，原横向磁化矢量值衰减到37%时间l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。所以T2弛豫也称自旋-自旋弛豫。脑脊液脂肪37%841400Mxyt(ms)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页十一、核磁共振信号l在弛豫过程中，横向磁化矢量Mxy改变使围绕在人体周围接收线圈产生感应电动势，这个能够放大感应电流即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与生物组织原子核共振信号不一样时，但同频率可用一个线圈兼作发射和接收l磁共振信号测量只能在垂直于主磁场xy平面进行.因为磁化矢量本身就是一个磁场，所以它在xy平面旋进正如一个xy平面内旋转磁体，能够在接收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页十二、加权像：经过调整TR、TE得到突出某个组织特征参数图像l质子密度N（H）加权像：长TR：15002500ms、短TE：1525ms。lT1加权像（T1WI）：短TR：500ms，短TE：1525ms。T2加权像（T2WI）：长TR：15002500ms，长TE：90120ms。第22页第23页十三、各种正常和病变组织T1、T2值均不一样l正常和病变组织氢原子T1、T2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T1、T2可反应其周围化学环境或磁环境l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T1、T2主要。因为T1、T2（氢原子核行为）提供了更为主要周围“磁气候”信息。H H .l如：乙醇 H-C-C-H l OH第24页十四、MR图像用信号强度代表能量高低l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FatMR 强,H2OMR弱.l2、信号强度与T2成正比：同一时间内H2O MR强,FatMR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密度。l5、流空效应：第25页十五、常见组织MR信号特点l 种类 组织特征 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 高信号第26页十六、序列技术l自旋回波自旋回波SE脉冲序列：脉冲序列：l因为磁场不均匀性，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lSE：90Ti180Tl去相位：90RF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）l相位回归：180RF后质子群离散相位又相互趋向一致（摺叠扇合起、列队操演）第27页十七、其它脉冲序列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）第28页十八、新进展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脑功效成像（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磁共振波谱技术第29页第30页