核磁共振成像原理专家讲座.pptx

第二章 核磁共振成像原理本章主要讲述内容：v磁共振信号产生v磁共振信号获取与傅立叶变换v像素位置信息确实定（梯度）v像素灰度信息（信号幅度）确实定v序列参数对图像权重影响v磁共振成像序列核磁共振成像原理第1页进动频率(Precession Frequency)拉莫尔方程拉莫尔方程拉莫尔方程拉莫尔方程其中：其中：0：进动频率：进动频率（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；质子质子为为 42.5MHz/T。核磁共振成像原理第2页核种类(质子数中子数)质子数或原子序数(Z Z)中子数(N N)核自旋偶偶核偶数偶数无奇偶核奇数偶数有偶奇核偶数奇数有奇奇核奇数奇数有核磁共振成像原理第3页spinr/2(MHz/T)自然產率(%)體內含量相對靈敏度1H1/242.5899.98100M113C1/210.711.10810mM310-314N13.0899.6310mM210-719F1/240.0510010mM910-523Na3/211.2610080mM110-331P1/217.2310010mM410-539K3/21.9993.145mM110-4各种MR核对比核磁共振成像原理第4页假如此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到原来状态，当然恢复有一个时间过程，这个过程就叫弛豫过程。弛豫：Relaxation;自然界一个固有属性；即任何系统都有在外界激励撤消后回到原本（原始、平衡）状态性质；这种从激励状态回到平衡状态过程就是弛豫过程弛豫快慢：用弛豫时间T来进行度量；核磁共振成像原理第5页弛豫过程是激励过程反过程,所以也包含2个分过程：1、放出能量，从高能级向低能级跃迁；纵向磁化逐步增加；纵向弛豫过程，T1弛豫过程2、相位分散，横向磁化矢量逐步减小；横向弛豫过程，T2弛豫过程核磁共振成像原理第6页a、射频结束瞬间，纵向磁化为零，横向磁化最大b、反平行质子释放能量跃迁回平衡态，纵向磁化逐步增大c、最终回归原始状态，纵向磁化恢复到最大纵向弛豫过程核磁共振成像原理第7页a、射频结束瞬间，横向磁化到达最大,进动相位一致b、c、内部小磁场不均匀性使得进动相位分散，横向磁化矢量逐步减小d、最终相位完全分散，横向磁化矢量为零横向弛豫过程核磁共振成像原理第8页 纵向恢复时间纵向恢复时间T1是因为被激发反平行于静磁场质是因为被激发反平行于静磁场质子恢复到平行状态，所以纵向磁化增大。弛豫快慢遵照子恢复到平行状态，所以纵向磁化增大。弛豫快慢遵照指数递增规律，把从指数递增规律，把从0增大到最大值增大到最大值63%所需时间称定所需时间称定义为义为纵向驰豫时间纵向驰豫时间(T1)。弛豫时间T核磁共振成像原理第9页纵向驰豫时间T1T1与静磁场强度大小相关，普通静磁场强度越大，T1就大T1长短取决于组织进行能量传递有效性。核磁共振成像原理第10页普通大分子普通大分子（如生物蛋白）和小分子（如水）因为共振频率与拉莫尔频率（如生物蛋白）和小分子（如水）因为共振频率与拉莫尔频率差异较大，对能量传递有效性差，所以差异较大，对能量传递有效性差，所以T1较长。上图中白线表较长。上图中白线表示脑脊液示脑脊液t1为为3秒。秒。中等分子中等分子（如脂肪）共振频率靠近于拉莫尔频率，能量传递越有效，所（如脂肪）共振频率靠近于拉莫尔频率，能量传递越有效，所以以T1较短。上图中红线代表脑白质较短。上图中红线代表脑白质t1为为0.9秒秒核磁共振成像原理第11页 横向恢复时间横向恢复时间T2是因为相位同时质子又开始变是因为相位同时质子又开始变得不一样时得不一样时,所以横向磁化减小。弛豫快慢遵照指数所以横向磁化减小。弛豫快慢遵照指数递减规律，把从最大下降到最大值递减规律，把从最大下降到最大值37%时间定义为时间定义为横横向驰豫时间向驰豫时间(T2)。核磁共振成像原理第12页组织T2时间分析。T2长短取决于组织内部局部小磁场均匀性对小磁化散相有效性。T2与磁场强度无关。不一样成份和结构组织T2不一样，比如水T2值要比固体T2值长。核磁共振成像原理第13页几个常见组织在不一样场强下T1，T2及质子密度值组织T1T2质子密度(%)0.2T1.0T1.5T脂肪240-609.6白质3906207187610.6灰质4908109989110.6脑脊液14002500300014010.8肌肉370730860509.3核磁共振成像原理第14页驰豫过程综合表示（三种运动综合过程）磁化矢量进动纵向磁化逐步增大过程横向磁化逐步减小过程核磁共振成像原理第15页磁共振信号获取与傅立叶变换磁共振信号获取与傅立叶变换假如在垂直于XY平面，加一个接收线圈，会接收到什么信号？FID核磁共振成像原理第16页补充说明3点组织弛豫时间是组织一个固有属性，与组织密度类似，在场强和环境确定后其时间是一个确定不变值；病变组织相对于正常组织一个经典改变是含水量增加；因为水含有长T2和长T1值，所以病变组织T2时间比正常组织长；（Damadian发表在Science上文章）；假如能将上面T2时间差异表达在图像灰度差异，则能够到达区分正常组织和病变组织目标，完成对疾病诊疗；核磁共振成像原理第17页核磁共振两种解释量子理论（Pucell）微观角度波函数在哈米尔顿能量算符作用下，从而造成量子化能量吸收和释放；较轻易初步了解，轻易说明极化传递和相干转移等现象；基本理论为：含时微扰理论；二者相互补充，各有优缺点；经典电磁学理论(Bloch)宏观角度宏观磁化矢量在各种磁矩作用下运动；较难了解，但在说明磁共振信号产生方面有优越性；基本理论为：Bloch方程；在了解和应用时需区分场所，相得益彰；核磁共振成像原理第18页核磁共振三种方法连续波核磁共振：连续施加与拉莫尔频率相等射频电磁波，在射频作用于弛豫作用到达平衡时采集信号；依据共振条件调整又分为：调频法：固定场不变，调整射频频率；调场法：固定射频不变，改变调场电流从而改变场强；脉冲傅立叶变换法：时间短暂射频脉冲后进行信号采集；相当于多道连续波核磁共振，所以灵敏度高，当前都采取；核磁共振成像原理第19页扫场法核磁共振成像原理第20页扫频法核磁共振成像原理第21页核磁共振波谱仪结构核磁共振成像原理第22页傅立叶变换作用：复杂时间域信号简单频率域信号傅立叶变换Amplitude核磁共振成像原理第23页核磁共振成像原理第24页第三节第三节 磁共振信号空间定位磁共振信号空间定位MRS：MR SpectroscopyMRI：MR Imaging核磁共振2大用途：核磁共振成像原理第25页核磁共振谱图：分子结构“指纹”核磁共振成像原理第26页组成灰度数字图像基本单元是像素像素只有两个基本信息：像素位置信息和像素灰度信息像素位置信息表示图像中该像素对应人体内体素位置像素灰度信息表示对应体素检测信息强度对磁共振而言,实现像素与体素对应伎俩是施加三个维度上梯度磁场;对磁共振而言,检测生物体信息是磁共振信号核磁共振成像原理第27页加紧磁共振成像时间路径核磁共振成像原理第28页回波平面序列 使成像时间由常规扫描序列秒级提升到了亚秒级；30ms之内采集一幅完整图像，使每秒获取图像到达20幅；心脏电影 成为可能并进入临床；从原理上讲，EPI应归属于GRE类序列，但现在已自成体系了；分为梯度回波EPI 和自旋回波EPI；梯度转换速度要到达今天常规梯度4倍，梯度幅值也需提出1倍。这么梯度就是前面所说振荡梯度，而振荡梯度代价是高昂。核磁共振成像原理第29页震荡梯度Gr主要用于功效MRIRFGp回波链回波链Gr回波链回波链核磁共振成像原理第30页自旋回波EPI核磁共振成像原理第31页梯度回波EPI核磁共振成像原理第32页 2次激发EPI（MS-EPI）序列及其K空间 核磁共振成像原理第33页