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磁共振成像基本原理磁共振成像基本原理池州市人民医院影像科 钱彬难以理解难以理解但很重要但很重要影像人对磁共振原理的理解影像人对磁共振原理的理解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平方开方平方开方与与MRI原理有关的知识原理有关的知识一、磁共振成像技术概述一、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）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：磁性原子核条件一：磁性原子核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：正电荷原子核总是绕着自身的轴旋转原子核总是绕着自身的轴旋转-自旋自旋(Spin)自旋是原子核的固有属性自旋是原子核的固有属性通电的环形线圈周围都有磁场存在通电的环形线圈周围都有磁场存在质子相当于一个小磁体，质子相当于一个小磁体，其自旋产生的磁场称为核磁其自旋产生的磁场称为核磁核磁具有自身磁矩，核磁具有自身磁矩，具有方向和大小，方向由法拉第定律确定具有方向和大小，方向由法拉第定律确定法法拉拉第第定定律律原子核自旋产生磁矩地磁地磁铁磁铁磁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，中子为偶数质子为偶数，中子为偶数质子为偶数，中子为偶数质子为偶数，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，中子为奇数质子为奇数，中子为奇数质子为奇数，中子为奇数质子为奇数，中子为奇数质子为奇数，中子为偶数质子为奇数，中子为偶数质子为奇数，中子为偶数质子为奇数，中子为偶数质子为偶数，中子为奇数质子为偶数，中子为奇数质子为偶数，中子为奇数质子为偶数，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奇数这样的原子核包括：1H、13C、19F、23Na、31P等百余种元素何种原子核用于何种原子核用于MR成像？成像？人体磁共振成像选择人体磁共振成像选择1H的理由的理由：氢原子核最简单，只有一个质子，一个电子，不含中子1H是人体最多的原子核，约占人体总原子核的2/3以上1H的磁化率在人体磁性原子核中是最高的目前生物组织的MRI成像主要是1H成像氢原子核也称为氢质子1H的磁共振图像也称为质子像条件二：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，使每个质方向各异，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，人体自然状态因此，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无无序序排排列列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，呈有规律排列。一种是无章，呈有规律排列。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。平行同向的质子处于低能级，因此受主磁场能量差别。平行同向的质子处于低能级，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；平行的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；平行反向的质子处于高能级，能够对抗主磁场的作用，其磁反向的质子处于高能级，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宏进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量（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MO静静磁磁场场BO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平行反向（高能）平行反向（高能）平行同向（低能）平行同向（低能）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，其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是的质子，其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是与主磁场有一定角度与主磁场有一定角度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进动运动就像一个垂进动运动就像一个垂直旋转着的直旋转着的陀螺陀螺陀螺陀螺，用，用小锤对着它的顶端撞小锤对着它的顶端撞击一下，陀螺出现了击一下，陀螺出现了倾斜，自旋轴偏离重倾斜，自旋轴偏离重力线方向，与重力线力线方向，与重力线形成夹角，并绕重力形成夹角，并绕重力线旋转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中如陀螺样旋中如陀螺样旋进，它的磁矩轴进，它的磁矩轴倾斜，且绕倾斜，且绕BoBo方方向旋转，与向旋转，与BoBo间间有一个夹角，为有一个夹角，为旋进角旋进角静静磁磁场场（BO）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对于某一种原子核来说是个常数，质子的常数，质子的 约为约为42.5mH42.5mHZ Z/T/T），），B B为主磁场的场为主磁场的场强，单位为特斯拉（强，单位为特斯拉（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）方向恒定的纵向磁化分矢量）方向恒定的纵向磁化分矢量（沿主磁场方向）（沿主磁场方向）n n2 2）在）在XYXY平面旋转的横向磁化分平面旋转的横向磁化分矢量矢量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宏观上产生了一个纵向磁化矢量纵向磁化矢量MMZ Z，组织有了组织有了磁性磁性n n纵向磁化矢量纵向磁化矢量MMZ Z不是振荡磁场，不移动，不旋不是振荡磁场，不移动，不旋转，无法测定记录转，无法测定记录n n振荡磁场振荡磁场是一种随时间而变化的磁场，它的磁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，用电流表可场变化可在天线内感应产生电压，用电流表可以测定以测定条件三：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，组内与之音调相同的音叉就发音时，组内与之音调相同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“共振共振共振共振”n n共振共振共振共振：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（绝大信号，激发采用体线圈进行（绝大信号，激发采用体线圈进行（绝大信号，激发采用体线圈进行（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：线性极化表面线圈：第一代：线性极化表面线圈 第二代：圆形极化表面线圈第二代：圆形极化表面线圈 第三代：圆形极化相控阵线圈第三代：圆形极化相控阵线圈 第四代：一体化全景相控阵线圈第四代：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的频率与质子的进动频的频率与质子的进动频率相同率相同率相同率相同激发激发激发激发：RFRF把能量传递给低能级把能量传递给低能级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）质子的过程（共振）质子的过程（共振）质子群共振后生成质子群共振后生成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横向磁化矢量横向磁化矢量MRIMRI信号检测是在信号检测是在信号检测是在信号检测是在XYXY平面进行平面进行平面进行平面进行的，的，的，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和持续时间强度和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90o180on n磁共振现象是靠射频线圈发射磁共振现象是靠射频线圈发射磁共振现象是靠射频线圈发射磁共振现象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）激发人激发人激发人激发人 体内的氢质子来引发，体内的氢质子来引发，体内的氢质子来引发，体内的氢质子来引发，n n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，n n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三、磁化强度的弛豫过程三、磁化强度的弛豫过程l l90o o射频脉冲射频脉冲 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。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，宏观方向的纵向磁化分矢量相互抵消，因此，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（失相位）；同（失相位）；9090o o脉冲可使质子的横向磁化分脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同一相位，因而产生了一个最大的宏矢量处于同一相位，因而产生了一个最大的宏观横向磁化矢量观横向磁化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90909090度，度，度，度，MRIMRIMRIMRI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，90909090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，MRMRMRMR信号强度越信号强度越信号强度越信号强度越高。高。高。高。n n此时的此时的此时的此时的MRMRMRMR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 检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，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。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。我们总是在我们总是在我们总是在我们总是在90909090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MRMRMRMR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，简单地豫，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，是指弛豫，是指90度脉冲关闭后，在度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，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。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）：宏观纵向磁化矢量恢复到最大值）：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%四、磁共振信号空间定位四、磁共振信号空间定位梯度磁场的概念梯度磁场的概念梯度磁场的概念梯度磁场的概念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，即信号进行了空间编码空间位置，即信号进行了空间编码n n空间编码的意义空间编码的意义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、层面选择梯度层面选择梯度层面选择梯度层面选择梯度（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、相位编码梯度相位编码梯度（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、频率编码梯度频率编码梯度（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、磁共振成像序列五、磁共振成像序列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（一）、自旋回波序列（一）、自旋回波序列（SE）与时间相关的概念：与时间相关的概念：与时间相关的概念：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）：通过增加采集次数，降低噪声,提高图提高图 像质量像质量 6 6、采集时间：整个脉冲序列完成信号采集所需要的时间、采集时间：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的经典序列，临床上得到广泛应用n n序列结构比较简单，信号变化容易解释序列结构比较简单，信号变化容易解释n n组织对比度号，组织对比度号，SNRSNR较高，伪影少较高，伪影少SE序列不足序列不足n n一次激发仅采集一个回波，因而序列采集时间较一次激发仅采集一个回波，因而序列采集时间较长，长，T2WIT2WI常需要十几分钟以上常需要十几分钟以上n n采集时间长，因而难以进行动态增强扫描采集时间长，因而难以进行动态增强扫描n n为较少伪影，为较少伪影，NEXNEX常需要常需要2 2次以上，进一步增加了次以上，进一步增加了采集时间采集时间（二）、快速自旋回波序列（二）、快速自旋回波序列（FSE）n n与SE序列比较n nSESE序列：一次序列：一次9090度射频脉冲激发后只有一个度射频脉冲激发后只有一个180180度度重聚脉冲，只采集一个自旋回波重聚脉冲，只采集一个自旋回波n nFSEFSE序列：一次序列：一次9090度射频脉冲激发后多个度射频脉冲激发后多个180180度重度重聚脉冲，采集多个自旋回波聚脉冲，采集多个自旋回波n nFSEFSE序列中，每个序列中，每个TRTR时间内获得多个彼此独立的时间内获得多个彼此独立的相位编码数据，即形成每个回波所要求的相位梯相位编码数据，即形成每个回波所要求的相位梯度大小不同，采集的数据可填充度大小不同，采集的数据可填充K K空间的几行，空间的几行，最终一组回波结合形成一幅图像，从而缩短了扫最终一组回波结合形成一幅图像，从而缩短了扫描时间。描时间。9018018018018018090回波回波1回波回波2回波回波3回波回波4回波回波5TRETL5FSE序列结构图序列结构图快速自旋回波序列结构图（FSE）快速自旋回波序列特点快速自旋回波序列特点n n极大降低扫描时间，减少运动伪影极大降低扫描时间，减少运动伪影n n不易产生磁敏感伪影不易产生磁敏感伪影n n基本保持基本保持SESE序列特点，图像信噪比稍差，因为后序列特点，图像信噪比稍差，因为后面的回波因面的回波因T2T2衰减信号降低衰减信号降低n n脂肪组织信号强度增大脂肪组织信号强度增大（三）、反转恢复序列（三）、反转恢复序列（IR）n n反转恢复序列（反转恢复序列（IRIR）=180=180o o反转反转反转反转脉冲脉冲+SE+SEn n反转时间（反转时间（TITI）：）：组织的纵向磁化矢量从主磁场负方向逐组织的纵向磁化矢量从主磁场负方向逐步恢复，大小为步恢复，大小为零零的时间的时间n nIRIR序列中，每一种组织处于特定的序列中，每一种组织处于特定的TITI时，该组织的信号为时，该组织的信号为零零n nTITI值依赖于该组织的值依赖于该组织的T1T1值，组织的值，组织的T1T1值越长，值越长，TITI值越大值越大n n在在TITI时刻，时刻，9090度脉冲激发，由于没有宏观纵向磁化矢量度脉冲激发，由于没有宏观纵向磁化矢量（零）而不产生横向磁化矢量，该组织就不产生信号（零）而不产生横向磁化矢量，该组织就不产生信号n n利用此特点，选择性抑制某种组织的信号利用此特点，选择性抑制某种组织的信号反转恢复序列结构图（反转恢复序列结构图（IR）1801809090180180180180TRTRTITIFIDEchoEchoTETE自旋回波自旋回波自旋回波自旋回波IR序列特点序列特点优点是增加优点是增加T1T1对比，缺点是扫描时间长对比，缺点是扫描时间长临床应用临床应用:IR T1WIIR T1WI（T1FLAIR)T1FLAIR)：增加脑灰白质对比：增加脑灰白质对比 T2-FLAIRT2-FLAIR（黑水作用）：用于纯水样成分的抑制（黑水作用）：用于纯水样成分的抑制 脂肪抑制脂肪抑制T1WIT1WI 脂肪抑制脂肪抑制T2WIT2WIT2FLAIRSTIRT1FLAIR（四）、梯度回波序列（四）、梯度回波序列（GRE）基本原理基本原理n n小角度小角度RFRF脉冲激发后，在脉冲激发后，在频率编码方向上先施加一频率编码方向上先施加一个离相位梯度场，再施加个离相位梯度场，再施加一个聚相位梯度场，使相一个聚相位梯度场，使相位重聚，得到梯度回波信位重聚，得到梯度回波信号（号（GREGRE）。）。n n梯度回波的产生依靠读出梯度回波的产生依靠读出梯度场的切换梯度场的切换n n小角度激发脉冲称为小角度激发脉冲称为 脉冲，脉冲，一般在一般在1010o o9090o o之间之间常规常规GRE序列的结构序列的结构梯度回波信号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,极大减少极大减少TR时间时间梯度回波梯度回波(Gradient Echo)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带来带来空间空间梯度回波序列的特点梯度回波序列的特点n n使用小角度激发，加快成像速度使用小角度激发，加快成像速度n n反映的是反映的是T2*T2*弛豫信息而非弛豫信息而非T2T2弛豫信息弛豫信息n n图像信噪比较低图像信噪比较低n n对磁场不均匀性敏感对磁场不均匀性敏感n n血流呈高信号血流呈高信号（五）、扰相梯度回波序列（五）、扰相梯度回波序列n n在梯度回波的下一次在梯度回波的下一次 脉冲前，在层面选择方向、脉冲前，在层面选择方向、相位编码方向、频率编码方向都施加一个很强的相位编码方向、频率编码方向都施加一个很强的梯度场，人为造成磁场不均匀，加快质子失相位，梯度场，人为造成磁场不均匀，加快质子失相位，消除前一次残留的横向磁化矢量，缩短消除前一次残留的横向磁化矢量，缩短TRTR，提高，提高成像速度。成像速度。n n即即施加施加扰相梯度场的梯度回波序列称为扰相梯度扰相梯度场的梯度回波序列称为扰相梯度回波序列回波序列n n此序列在不同的公司有不同的名称此序列在不同的公司有不同的名称n nGEGE公司：公司：SPGR SPGR 西门子：西门子：FLASH FLASH 飞利浦：飞利浦：FFEFFE扰相梯度回波序列结构图扰相梯度回波序列结构图扰相扰相GRE-T1WI临床应用临床应用n n腹部憋气扰相GRE-T1WIn n扰相GRE-2D、3D MRAn n扰相GRE-3D动态增强MRAn n动态增强n n软骨成像总结一下总结一下MR成像过程成像过程n n把病人放进磁场 人体被磁化产生纵向磁化矢量n n发射射频脉冲 人体内的氢质子发生共振产生横向磁化矢量n n关闭射频脉冲 质子发生T1、T2弛豫（同时进行空间编码定位）n n线圈采集人体发出的MR信号 计算机处理显示图像