MRI检查与诊断技术PPT课件

MRI检查与诊断技术检查与诊断技术总论总论第一节第一节 磁共振成像技术概述磁共振成像技术概述n 磁共振磁共振 实际上应称实际上应称 核磁共振核磁共振 （ NMR）n 核核 指指 NMR主要涉及到原子核主要涉及到原子核n 为了与使用放射性元素的为了与使用放射性元素的 核医学核医学 相区别，突相区别，突出出 NMR不产生电离辐射的优点，避免不产生电离辐射的优点，避免 “核核 ”引引起人们的误解和恐惧，而通称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，利用一种生物磁自旋成像技术，利用 原子核原子核 （氢（氢核）自旋运动的特点，在核）自旋运动的特点，在 外加磁场外加磁场 内，用内，用 射射频脉冲频脉冲 激发后产生信号，用探测器（接收线激发后产生信号，用探测器（接收线圈）检测并输入计算机，经过处理转换在屏圈）检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像幕上显示图像 英文简称英文简称 MRI（ magnetic resonance imaging） 一、一、 磁共振成像技术发展史磁共振成像技术发展史n 1946年美国哈弗大学的年美国哈弗大学的 E.Purcell及斯坦福大学的及斯坦福大学的 F.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，Purcell和和 Bloch两人共同获得两人共同获得 1952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 1971年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的 R.damadian用用 MRS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 T1、 T2弛豫时间值比正常组织长弛豫时间值比正常组织长n 1973年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的 Lauterbur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磁共振成像技术发展史n 1974年年 1980年年 MRI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 1978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 1980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 MRI优点优点n 没有电离辐射损伤没有电离辐射损伤n 多参数成像多参数成像n 软组织分辨率更高软组织分辨率更高n 多方位成像多方位成像n 血管成像无需造影剂血管成像无需造影剂n 磁共振功能成像磁共振功能成像 MRI不足不足n 检查时间相对较长检查时间相对较长n 识别钙化有限度识别钙化有限度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 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 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 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 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 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 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 电学电学n 磁学磁学n 量子力学量子力学n 高等数学高等数学n 初高中数学初高中数学n 初高中物理初高中物理n 加减乘除加减乘除n 平方开方平方开方学习 MRI前应该掌握的知识 具有具有 磁性原子核磁性原子核 ，处于，处于 静磁场静磁场 中，施加中，施加 射射频脉冲频脉冲 （ RF），原子核吸收），原子核吸收 RF能量，产能量，产生磁共振现象生磁共振现象 三个基本条件：三个基本条件： 磁性原子核磁性原子核静磁场（外磁场）静磁场（外磁场）射频脉冲（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 物质：物质： 由分子组成由分子组成n 分子：分子： 由原子组成由原子组成n 原子原子 :由一个原子核和数目不等的电子组成由一个原子核和数目不等的电子组成n 原子核原子核 :由数目不等的质子和中子组成，质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：负电荷中子：无电荷中子：无电荷质子：正电荷质子：正电荷n 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 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 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，方向可由环形电流的法拉第右手定则确定右手定则确定原子核自旋法拉第定律原子核自旋产生磁矩地磁 磁铁 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 ，中子为偶数，中子为偶数 不产生核磁不产生核磁质子为奇数质子为奇数 ，中子为奇数，中子为奇数质子为奇数质子为奇数 ，中子为偶数，中子为偶数质子为偶数质子为偶数 ，中子为奇数，中子为奇数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 MRI成像主要成像主要为为 1H成像成像 ，氢原子核也称为氢，氢原子核也称为氢质子，质子， 1H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 1H的理由的理由：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n 1H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 2/3以上以上n 1H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 静磁场静磁场 是由磁共振仪器的主磁体产生是由磁共振仪器的主磁体产生n 其强度与方向不变，强度单位其强度与方向不变，强度单位 B0n 主磁体类型：超导、常导、永磁主磁体类型：超导、常导、永磁n 静磁场强度静磁场强度 （ B0）：）： 0.15-3.0Tn 目前临床上最常用的是目前临床上最常用的是 超导超导 MRI系统系统主磁体外形主磁体外形开放式 封闭式 垂直坐标系垂直坐标系n 用用 X、 Y、 Z坐标系来坐标系来描述磁场的位置描述磁场的位置n Z代表代表 BO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 X-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 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， 使每个使每个质子产生的小磁矩相质子产生的小磁矩相互抵消，互抵消，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 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。处于平行同向的质子略多于处于平行反向的质子质子略多于处于平行反向的质子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 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（ Mo）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于低能状态略多一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 进动进动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 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进动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，用小锤对着它的顶端撞击一下，陀顶端撞击一下，陀螺出现了倾斜，自螺出现了倾斜，自旋轴偏离重力线方旋轴偏离重力线方向，与重力线形成向，与重力线形成夹角，并绕重力线夹角，并绕重力线旋转旋转自旋核的进动自旋核的进动n 一个氢质子处在一个氢质子处在 Bo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 Bo方向旋转方向旋转，与，与 Bo间有一个夹角，间有一个夹角，