检查与诊断技术ppt课件

MRIMRI检查与诊断技术检查与诊断技术 第一章第一章 总论总论 池州市人民医院影像教研室池州市人民医院影像教研室 钱彬钱彬 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 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（NMRNMR） n n 核核指指NMRNMR主要涉及到原子核主要涉及到原子核 n 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NMRNMR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MRIMRI（magnetic resonance imagingmagnetic 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 n 19461946年美国哈弗大学的年美国哈弗大学的E.PurcellE.Purcell及斯坦福大学的及斯坦福大学的F.BlochF.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， PurcellPurcell和和BlochBloch两人共同获得两人共同获得19521952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 n 19711971年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的R.damadianR.damadian用用MRSMRS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T1T1、T2T2 弛豫时间值比正常组织长弛豫时间值比正常组织长 n n 19731973年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的LauterburLauterbur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 n 19741974年年19801980年年MRIMRI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 n 19781978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 n 19801980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 MRIMRI优点优点 n n 没有电离辐射损伤没有电离辐射损伤 n n 多参数成像多参数成像 n n 软组织分辨率更高软组织分辨率更高 n n 多方位成像多方位成像 n n 血管成像无需造影剂血管成像无需造影剂 n n 磁共振功能成像磁共振功能成像 MRIMRI不足不足 n n 检查时间相对较长检查时间相对较长 n n 识别钙化有限度识别钙化有限度 n n 运行、检查费用较高运行、检查费用较高 MRIMRI在临床的应用在临床的应用 n 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 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 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 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 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 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 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 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（RFRF），原子核吸收），原子核吸收RFRF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（RFRF） 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 n 物质：物质：由分子组成由分子组成 n n 分子：分子：由原子组成由原子组成 n 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 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 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 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 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MRIMRI成像主要成像主要 为为 1 1 H H成像成像，氢原子核也称为氢，氢原子核也称为氢 质子，质子， 1 1 H H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 1 1 H H的理由的理由 ： n 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 n 1 1 H H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2/32/3以上以上 n n 1 1 H H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MRMR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 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 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B B 0 0 n n 主磁体类型：超导、常导、永磁主磁体类型：超导、常导、永磁 n n 静磁场强度静磁场强度（B B 0 0 ）：）：0.15-3.0T0.15-3.0T n n 目前临床上最常用的是目前临床上最常用的是超导超导MRIMRI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 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 n Z 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 n X-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，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 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 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 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 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（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 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 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 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 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 n 一个氢质子处在一个氢质子处在BoBo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BoBo方向旋转方向旋转 ，与，与BoBo间有一个夹角，间有一个夹角， 为旋进角为旋进角 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（进动频率（LarmorLarmor频率频率 ） n n 计算公式：计算公式： B 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常对于某一种原子核来说是个常 数，质子的数，质子的 约为约为42.5mH42.5mH Z Z /T/T） ，B B为主磁场的场强，单位为特为主磁场的场强，单位为特 斯拉（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 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 n 1 1）方向恒定的）方向恒定的纵向磁化分矢量纵向磁化分矢量 （沿主磁场方向）（沿主磁场方向） n n 2 2）以主磁场方向即）以主磁场方向即Z Z轴为中心轴为中心 ，在，在XYXY平面旋转的平面旋转的横向磁化分横向磁化分 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 n MMXYXY=0=0 n n MM 0 0 =M=M Z 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，组织宏观上产人体进入静磁场后，经过质子有序排列，组织宏观上产 生了一个生了一个纵向磁化矢量纵向磁化矢量MMZ Z，组织有了磁性组织有了磁性 n n 纵向磁化矢量纵向磁化矢量MM Z Z 不是振荡磁场，无法测定不是振荡磁场，无法测定 n n 振荡磁场是一种随时间而变化的磁场，它的磁场变化可振荡磁场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，用电流表可以测定在天线内感应产生电压，用电流表可以测定 n n 纵向磁化矢量纵向磁化矢量MM Z Z 不移动，也不旋转，因此无法记录不移动，也不旋转，因此无法记录 条件三：射频脉冲（条件三：射频脉冲（RFRF） 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 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 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 MRMR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 n MM Z 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， 但能检测到旋转的横向磁化矢量 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，组内与之发音时，组内与之音调相同音调相同的音叉就的音叉就 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” ” n n 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：条件： 频率一致频率一致 n n 实质：实质： 能量传递能量传递 射频脉冲（射频脉冲（RFRF） n n 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MRIMRI信号（体线圈）信号（体线圈） n n 仅采集仅采集MRIMRI信号，激发采用体线圈进行信号，激发采用体线圈进行（绝大绝大 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 第一代为线性极化表面线圈第一代为线性极化表面线圈 第二代为圆形极化表面线圈第二代为圆形极化表面线圈 第三代为圆形极化相控阵线圈第三代为圆形极化相控阵线圈 第四代为一体化全景相控阵线圈第四代为一体化全景相控阵线圈 射频脉冲（射频脉冲（RFRF）条件）条件 n n RFRF的频率与质子的进动频的频率与质子的进动频 率率相同相同 n n 激发：激发：RFRF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） n n 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 n n MRIMRI信号检测是在信号检测是在XYXY平面进行平面进行 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 n 9090 o o 射频脉冲射频脉冲 n n 180180 o 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9090 o o 的射频脉的射频脉 冲称为冲称为9090 o o 射频脉冲射频脉冲 n n RFRF脉冲作用后，静磁化矢脉冲作用后，静磁化矢 量量MM o o 翻转翻转9090 o o 到到XYXY平面上平面上 n n 垂直方向：垂直方向：MM Z Z= =o o n n 水平方向：水平方向：MMXYXY最大，大小最大，大小 等于等于MM o 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强度和和持续时间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90o180o 磁共振现象磁共振现象是靠射频线圈发射是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）无线电波（射频脉冲）激发人体激发人体 内的氢质子来引发，内的氢质子来引发， 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， 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 横向磁化发出磁共振信号横向磁化发出磁共振信号 n n MMXYXY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 n MMXYXY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 激励 接收 二、磁化强度的弛豫过程二、磁化强度的弛豫过程 n n 9090 o o 射频脉冲射频脉冲 n n 当射频脉冲的能量正好使宏观纵向磁化矢当射频脉冲的能量正好使宏观纵向磁化矢 量偏转量偏转9090 o o ，即完全偏转到，即完全偏转到XYXY平面，我们称平面，我们称 这种脉冲为这种脉冲为9090 o o 射频脉冲。其产生的横向宏射频脉冲。其产生的横向宏 观磁化矢量在各种角度的射频脉冲中是最观磁化矢量在各种角度的射频脉冲中是最 大的。大的。 9090 o o 射频脉冲射频脉冲 n n 微观上，微观上，9090 o 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 n 9090 o 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，方向的纵向磁化分矢量相互抵消，因此，宏观宏观 纵向磁化分矢量等于零纵向磁化分矢量等于零 n n 9090 o 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；同；9090 o o 脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同 一相位，因而一相位，因而产生了一个最大的宏观横向磁化产生了一个最大的宏观横向磁化 矢量矢量 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9090度，度，MRIMRI可以可以 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，9090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，MRMR信号强度信号强度 越高。越高。 n n 此时的此时的MRMR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 检测到的检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别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。 我们总是我们总是在在9090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MRMR信号采集信号采集 。 核磁弛豫核磁弛豫 n n 弛豫弛豫 RelaxationRelaxation 放松、休息放松、休息 核磁弛豫核磁弛豫 定义：定义：9090 o 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 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 横向弛豫横向弛豫 也称为也称为T2T2弛弛 豫豫，简单地，简单地 说，说，T2T2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 n T2T2弛豫原因：弛豫原因： n n 质子失相位质子失相位 横向弛豫横向弛豫 n n T2T2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（MM o 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T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在 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。 原因：释放能量 纵向弛豫纵向弛豫 n n T1T1时间（时间（T1T1值）：值）：宏观纵向磁化矢量恢复到最大宏观纵向磁化矢量恢复到最大 值（值（MM o 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。 Mz M0 T1时间是MZ从0恢复到最大值 M0的63%所用的时间 63% 三、磁共振图像信号三、磁共振图像信号 （一）、自由感应衰减信号（一）、自由感应衰减信号 9090 o o 脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量呈指数式衰减，称为脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量呈指数式衰减，称为 自由感应衰减自由感应衰减（free induction decayfree induction decay，FIDFID） 信号的衰减快慢是由横向弛豫信号的衰减快慢是由横向弛豫T2T2值决定值决定 如果静磁场的均匀度是理想状态，则如果静磁场的均匀度是理想状态，则FIDFID反应的是组织内反应的是组织内 部氢质子的真实部氢质子的真实T2T2 由于实际静磁场并非理想中的均匀，由于实际静磁场并非理想中的均匀，FIDFID受到非均匀磁场受到非均匀磁场 的影响，往往衰减更快，一般用的影响，往往衰减更快，一般用T T 2 2 * *表示表示 若在若在 x-y x-y 平面内置一检测线圈，则平面内置一检测线圈，则 将以每秒将以每秒 的频率的频率 切割线圈，从而产生电势。这就是检测到的切割线圈，从而产生电势。这就是检测到的 FID FID 信号信号。 （二）、自旋回波信号（二）、自旋回波信号 静止磁场中， 宏观磁化与场 强方向一致， 纵向宏观磁化 最大 施加900射频脉冲， 纵向磁化翻转到横向 ，横向磁化最大 900射频结束瞬间 ，磁化翻转到横向 ，开始横向弛豫， 即散相 施加1800射频脉冲 ，质子进动反向, 相位开始重聚 此时的线圈感应 信号即为自旋回 波信号 经过与散相相同 的时间后,相位 重聚完全,横向 磁化再次达到最 大值 （三）、梯度回波信号（三）、梯度回波信号 使用脉冲而非900脉冲,使 纵向磁化弛豫加快,极大减少 TR时间 梯度回波 (Gradient Echo) 使用翻转梯度产 生回波而非180 脉冲,从而允许 最短的TE时间, 给缩短TR带来 空间 四、磁共振信号空间定位四、磁共振信号空间定位 梯度磁场梯度磁场的概念的概念 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，即信号进行了空间位置，即信号进行了空间编码空间编码 n n 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：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，GG z z n n 相位编码梯度：相位编码梯度：Y Y方向，方向，GG y y n n 频率编码梯度：频率编码梯度：X X方向，方向，GG x x 空间编码空间编码 1 1、层面选择（层面选择（GG z 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 l GzGz先开通，先开通，GyGy和和GxGx关闭关闭 2 2、相位编码（、相位编码（GG y 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 n GzGz关闭后，关闭后，GyGy开通，开通，GxGx关闭关闭 3 3、频率编码（、频率编码（GG x 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 五、磁共振加权成像五、磁共振加权成像 （一）（一）加权的概念加权的概念 加权是加权是 重点突出成像过程中组织某方面特性，通重点突出成像过程中组织某方面特性，通 过调整成像参数，使图像主要反映组织某方面特过调整成像参数，使图像主要反映组织某方面特 性，而尽量抑制组织其他特性对磁共振信号的影性，而尽量抑制组织其他特性对磁共振信号的影 响响 T1T1加权成像：在加权成像：在T1WIT1WI上，组织的上，组织的T1T1值越小，磁共值越小，磁共 振信号强度越大振信号强度越大 T2T2加权成像：在加权成像：在T2WIT2WI上，组织的上，组织的T2T2值越大，其磁值越大，其磁 共振信号强度越大共振信号强度越大 质子密度加权成像：质子密度越高，磁共振信号质子密度加权成像：质子密度越高，磁共振信号 强度越大强度越大 T1T1加权成像（加权成像（T1WIT1WI ） n n T1T1值越值越小小 纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越快快 已经恢复已经恢复 的纵向磁化矢量的纵向磁化矢量大大 MRMR信号强度越信号强度越高（白）高（白） n n T1T1值越值越大大 纵向磁化矢量恢复越纵向磁化矢量恢复越慢慢 已经恢复的已经恢复的 纵向磁化矢量纵向磁化矢量小小MRMR信号强度越信号强度越低（黑）低（黑） n n 脂肪的脂肪的T1T1值约为值约为250250毫秒毫秒 MRMR信号信号高（白）高（白） n n 水的水的T1T1值约为值约为30003000毫秒毫秒 MRMR信号信号低（黑）低（黑） 反映组织纵向弛豫的快慢！反映组织纵向弛豫的快慢！ T2T2加权成像（加权成像（T2WIT2WI） T2T2值值小小 横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少快快 残留的横向磁残留的横向磁 化矢量化矢量小小 MRMR信号信号低（黑）低（黑） T2T2值值大大 横向磁化矢量减少横向磁化矢量减少慢慢 残留的横向磁化残留的横向磁化 矢量矢量大大 MRMR信号信号高（白）高（白） 水水T2T2值约为值约为16001600毫秒毫秒 MRMR信号信号高高 脑脑T2T2值约为值约为100100毫秒毫秒 MRMR信号信号低低 反映组织横向弛豫的快慢！反映组织横向弛豫的快慢！ 第三节，磁共振成像序列第三节，磁共振成像序列 一、常规脉冲序列由五部分组成一、常规脉冲序列由五部分组成 n n 射频脉冲射频脉冲 n n 层面选择梯度场层面选择梯度场 n n 相位编码梯度场相位编码梯度场 n n 频率编码梯度场频率编码梯度场 n n 磁共振信号磁共振信号 MRI脉冲序列种类很多 二、自旋回波序列（二、自旋回波序列（SESE） （一）与时间相关的概念一）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9090 o 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）：）：180180 o o 反转脉冲中点到反转脉冲中点到9090 o 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，降低噪声对图像）：通过增加采集次数，降低噪声对图像 质量的影响质量的影响 6 6、采集时间采集时间：整个脉冲序列完成信号采集所需要的时间：整个脉冲序列完成信号采集所需要的时间 SESE序列结构序列结构 激发脉冲 层面选择梯度 相位编码梯度 频率编码梯度 MR信号 9090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 9090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 FIDFID） 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 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） 真正的真正的T2T2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T2*T2*弛豫弛豫 180180度复相脉冲可以抵消主磁场恒定不均匀造成度复相脉冲可以抵消主磁场恒定不均匀造成 的信号衰减，从而获得真正的的信号衰减，从而获得真正的T2T2弛豫图像弛豫图像 3 1 2 4 1 2 3 4 1 2 3 4 2 2 3 3 1 1 4 4 9090度度 脉冲脉冲 180180度度 脉冲脉冲 180180度脉冲可使因主磁场恒定不均匀造成失度脉冲可使因主磁场恒定不均匀造成失 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。 复相脉冲的作用模拟复相脉冲的作用模拟 SESE序列形成机制序列形成机制 SESE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 n n 扫描时间一般扫描时间一般2-52-5分钟分钟 SESE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 三、快速自旋回波序列（三、快速自旋回波序列（FSEFSE） n n 与与SESE序列比较序列比较 n n SESE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 n FSEFSE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 n FSEFSE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。 90 180180180180180 90 回波1回波2回波3回波4回波5 TR ETL5 FSEFSE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 四、反转恢复序列（四、反转恢复序列（IRIR） n n 反转恢复序列（反转恢复序列（IRIR）= =180180 o o 反转反转脉冲脉冲+SE+SE n 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）：组织的纵向磁化矢量从主磁场负方向 逐步恢复，大小为逐步恢复，大小为零零的时间的时间 n n IRIR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 n TITI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（IRIR） 180180 9090 180180180180 TRTR TITI FID EchoEcho TETE 自旋回波自旋回波 IRIR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T2WIT2WI T2FLAIR STIR T1FLAIR 五、梯度回波序列（五、梯度回波序列（GREGRE） 基本原理基本原理 n n 小角度小角度RFRF脉冲脉冲激发后，在激发后，在 频率编码方向上先施加一频率编码方向上先施加一 个个离相位梯度场离相位梯度场，再施加，再施加 一个一个聚相位梯度场聚相位梯度场，使相，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1010 o o 9090 o o 之间之间 常规常规GREGRE序列的结构序列的结构 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 六、扰相梯度回波序列六、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，提 高成像速度。高成像速度。 n n 即施加即施加扰相梯度场扰相梯度场的梯度回波序列称为扰相梯度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 n GEGE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-T1WIGRE-T1WI临床应用临床应用 n n 腹部憋气扰相腹部憋气扰相GRE-T1WIGRE-T1WI n n 扰相扰相GRE-2D GRE-2D 、3D MRA3D MRA n n 扰相扰相GRE-3DGRE-3D动态增强动态增强MRAMRA n n 水成像水成像 n n 动态增强动态增强 n n 软骨成像软骨成像 七、平面回波成像技术（七、平面回波成像技术（EPIEPI） 在在GREGRE序列基础上发展而来的快速成像序列序列基础上发展而来的快速成像序列 常规常规GREGRE序列在读出梯度场只有一次正反向切换序列在读出梯度场只有一次正反向切换 ，只产生一个梯度回波信号；，只产生一个梯度回波信号；EPIEPI在读出梯度场有在读出梯度场有 多次正反向切换，产生多个回波信号多次正反向切换，产生多个回波信号 EPIEPI与其他基础序列结合发展成各种快速成像序列与其他基础序列结合发展成各种快速成像序列 ： 梯度回波梯度回波EPIEPI、自旋回波、自旋回波EPIEPI、反转恢复、反转恢复EPIEPI等等 临床应用：临床应用：