MRI成像基本原理-PPT.ppt

MRI：The Basics安徽医科大学第一附属医院放射科安徽医科大学第一附属医院放射科钱钱 银银 锋锋影像学发展趋势影像学发展趋势u形态成像形态成像 功能成像功能成像u宏观成像宏观成像 分子影像分子影像u影像诊断影像诊断 介入影像介入影像 概述概述u最初称为最初称为NMR。u1946年哈佛大学的年哈佛大学的Purcell和斯坦福大学和斯坦福大学的的Bloch各自独立地发现了核磁共振现象，各自独立地发现了核磁共振现象，并于并于1952年获得诺贝尔物理学奖。年获得诺贝尔物理学奖。u1971年年Damadian发现肿瘤的发现肿瘤的T1、T2值比值比正常组织长。正常组织长。u1978年获得了第一幅人体年获得了第一幅人体NMR图像。图像。u1980年商品年商品MRI机开始用于临床。机开始用于临床。MRI的优点：的优点：u无放射性；无放射性；u可任意方向成像；可任意方向成像；u软组织分辨率高；软组织分辨率高；u无骨硬化伪影。无骨硬化伪影。概述概述概述概述MRI的缺点：的缺点：u空间分辨率低；空间分辨率低；u成像时间长；成像时间长；u体内有铁磁性物体者禁忌检查；体内有铁磁性物体者禁忌检查；u对钙化和骨皮质改变不敏感；对钙化和骨皮质改变不敏感；u费用较贵。费用较贵。MRI组成及作用u磁体磁体提供强大的静磁场，使体内质提供强大的静磁场，使体内质子发生定向排列子发生定向排列u射频脉冲射频脉冲提供电磁能量传递给低能提供电磁能量传递给低能质子使之发生能级跃迁；使不同进动质子使之发生能级跃迁；使不同进动的质子同步进动的质子同步进动u梯度线圈梯度线圈对体内质子进行空间定位对体内质子进行空间定位u计算机计算机图象重建和后处理图象重建和后处理磁体磁体超低场：超低场：0.2T低场：低场：0.20.4T中场：中场：0.51.4T高场：高场：1.53.0T超高场：超高场：3.0T永磁型永磁型常导型常导型超导型超导型磁体磁体u将病人放入磁体内将病人放入磁体内u发射射频脉冲发射射频脉冲u关闭射频脉冲关闭射频脉冲u病人发出信号，该信号被接受线病人发出信号，该信号被接受线圈接收并用于图像重建圈接收并用于图像重建磁共振成像步骤磁共振成像步骤磁共振成像步骤1u把病人放入磁体内把病人放入磁体内 纵向磁化纵向磁化u正常情况下，质子处于杂乱无章的排正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态，当放入强磁场中，就会发生列状态，当放入强磁场中，就会发生定向排列定向排列u让我们仔细观察质子运动让我们仔细观察质子运动质子自旋质子自旋选用选用1H的原因的原因u含量丰富含量丰富u灵敏度高灵敏度高纵向磁化纵向磁化进动（进动（Procession）=B0=42.6MHZ/T坐标系坐标系坐标系坐标系坐标系坐标系纵向磁化为何要发射射频脉冲(radio frequency,RF)？步骤步骤2：施加特定频率的射频脉冲：施加特定频率的射频脉冲u何谓射频脉冲？何谓射频脉冲？u施加射频脉冲后，质子会发生什施加射频脉冲后，质子会发生什么变化？么变化？横向磁化横向磁化（Transverse magnetizationTransverse magnetization）u为什么要发射特定频率的射频脉为什么要发射特定频率的射频脉冲？冲？特定频率为什么RF要特定频率？RF作用1RF作用2射频激励激励施加施加RF后质子的进动后质子的进动ZyX010远大于远大于1施加施加RF后质子的章动后质子的章动旋转坐标系旋转坐标系步骤3：关闭射频脉冲u弛豫（弛豫（relaxiationrelaxiation）u纵向弛豫（纵向弛豫（T1T1弛豫）弛豫）纵向磁化矢量纵向磁化矢量恢复到原来大小的过程。恢复到最大值恢复到原来大小的过程。恢复到最大值63%63%所需的时间为所需的时间为T1T1时间时间u横向弛豫（横向弛豫（T2T2弛豫）弛豫）新建立起来的新建立起来的横向磁化矢量逐渐消失的过程。降低到横向磁化矢量逐渐消失的过程。降低到最大值最大值37%37%所需的时间为所需的时间为T2T2时间。时间。T1弛豫过程T1弛豫过程T2弛豫过程T2弛豫过程u T1 T1受什么影响受什么影响组织的成分、组织的成分、结构和环境结构和环境u什么影响什么影响T2T2外磁场的不均匀外磁场的不均匀性、单个自旋间的相互作用性、单个自旋间的相互作用T2和和T2*1.5T下脑组织的下脑组织的T1、T2和和N（H）T1(ms)T2(ms)N（H）白质白质510670.61灰质灰质760770.69水肿水肿9001260.86CSF26501801.00代表性组织u液体/水长T1（低信号）长T2（高信号）u脂肪短T1（高信号）中等T2（中等信号）水/液体脂肪接受到的信号接受到的信号(理想状态理想状态)接受到的信号接受到的信号(实际状态实际状态)数据空间数据空间TETRT1恢复与恢复与T2衰减衰减组织对比组织对比uSI=N(H)(e-TE/T2*)(1-e-TR/T1)u长长TR减少减少T1作用作用u短短TR增加增加T1作用作用u短短TE降低降低T2*作用作用u长长TE增加增加T2*作用作用短TRT1WI长TET2WIT1WITR/TE=340/9msT2WITR/TE=4200/98msT1WIT2WI步骤4u身体区域内的图象如何重身体区域内的图象如何重建？建？u如何选择层厚？如何选择层厚？RFRF带宽、带宽、梯度梯度u信号来自何处？频率编信号来自何处？频率编码梯度与相位编码梯度码梯度与相位编码梯度层面选择层面选择层面选择频率编码梯度相位编码梯度脉冲序列脉冲序列vSE（Spin echo,自旋回波自旋回波）vFSEvIR（Inversion recovery，反转，反转回复回复）STIR、FLAIRvGRE/GE(gradient echo)vEPI(plain echo imaging)SESEFSE/TSEFSE/TSEFSE/TSE优点：优点：u缩短扫描时间缩短扫描时间u减轻运动伪影减轻运动伪影u金属伪影减轻金属伪影减轻u对磁场均匀性要求低对磁场均匀性要求低IRSTIRFLAIRGE/GRE优点：优点：u提高扫描速度提高扫描速度u增加对出血的敏感性增加对出血的敏感性u3D成像成像uMRAGE/GRE缺点：缺点：u降低了降低了SNRu增大了磁化率伪影增大了磁化率伪影u增加了对外磁场不均匀的敏感性增加了对外磁场不均匀的敏感性u第二种化学位移效应第二种化学位移效应GE/GREEPIK空间填充方式空间填充方式优点：优点：u扫描时间约扫描时间约100ms或更短或更短u心脏和呼吸的运动不再成为问题心脏和呼吸的运动不再成为问题u能够实现无运动伪影的图像能够实现无运动伪影的图像u可研究组织和器官的功能可研究组织和器官的功能EPI临床应用：临床应用：uDWIuPWIu心脏和腹部的无运动伪影成像心脏和腹部的无运动伪影成像u冠脉成像冠脉成像u心脏电影成像心脏电影成像EPI不同组织的 信号特征u脂肪短T1中等T2u肌肉稍长T1短T2u韧带长T1短T2u骨髓短T1等T2u血管流空u骨皮质长T1短T2u纤维软骨长T1短T2u透明软骨短T1长T2u变性长T1长T2u水肿长T1长T2u血肿随Hb衍变而不同u囊肿随囊内容物不同而不同u肿瘤绝大多数长T1长T2，脂肪瘤、黑色素瘤例外流空效应流空效应MRAuTOF法法uPC法法uCE法法MRAMR hydragraphyuMRCPuMRUuMRMuMR迷路成像迷路成像uMR鼻泪管成像鼻泪管成像uMR胃肠道成像胃肠道成像MR hydragraphy：MRCPMRUArtifactu图像处理伪影图像处理伪影u病人相关伪影病人相关伪影u射频相关伪影射频相关伪影u外磁场伪影外磁场伪影u磁化率伪影磁化率伪影u梯度相关伪影梯度相关伪影u数据错误数据错误u流动相关伪影流动相关伪影运动伪影运动伪影金属伪影金属伪影金属伪影金属伪影化学位移伪影化学位移伪影卷折伪影卷折伪影