磁共振成像医学课件

医学影像成像原理 医学影像成像原理 医学影像成像原理 第七章 磁共振成像 雍国富 遵义医药高等专科学校 韩 立 天津医科大学 第一节 磁共振成像工作流程 第二节 磁共振成像原理 第三节 磁共振成像序列 第四节 血流的磁共振信号特点 第五节 磁共振图像质量 第六节 磁共振成像新技术 学习目标 磁共振成像的物理基础； 图像信息的产生； 图像的空间定位。 磁共振成像的概念、特点； 磁共振的血流信号特点。 了解脉冲序列的构成及其特点； 影响磁共振图像质量和信号强度的因素。 第一节 磁共振成像工作流程 一、磁共振成像定义及特点 磁共振成像定义 磁共振成像是利用特定频率的射频 (脉冲对置于磁场中含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，而产生核磁共振现象，用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立数字图像的成像方法。 磁共振成像的特点 以射频脉冲作为成像的能量源，对人体安全、无创； 图像对脑和软组织分辨力极佳，解剖结构和病变形态显示清楚、逼真； 多方位成像； 多参数成像，多序列成像； 选择性成像，通过参数、成像序列的选择或应用特殊成像技术，可以选择或抑制人体组织的磁共振信号，进行选择性成像； 除了能进行形态学研究外，还能进行功能、组织化学和生物化学方面的研究。 磁共振成像的局限性 空间分辨力低，细小病变不易显示，不适宜对微小病变的观察。 成像速度慢，不利于对危重患者及不合作患者检查。 禁忌证多，装有心脏起搏器、动脉瘤夹、金属假肢等患者不宜进行磁共振检查。 不能进行定量分析。 多种伪影因素， 磁共振成像设备价格相对昂贵。 二、磁共振成像基本硬件 主磁体 梯度线圈 脉冲线圈 计算机系统 其他辅助设备 三、磁共振成像工作流程 扫描前准备 初使扫描 选用预先设定的协议进行扫描 原始数据应用专业数据处理软件处理 诊断所需图像 第二节 磁共振成像原理 一、发生 磁共振信号的产生必须满足三个条件： 具有磁矩的自旋原子核； 稳定的静磁场； 特定频率的射频脉冲。 （一）原子核的自旋与磁矩 自旋： 原子核总以一定的频率绕着自己的轴进行高速旋转。 带有正电荷的原子核自旋产生的磁场称为核磁。 自旋运动能够产生核磁的原子核称为磁性原子核。 磁性原子核需要符合以下条件： （ 1）中子和质子均为奇数； （ 2）中子为奇数，质子为偶数； （ 3）中子为偶数，质子为奇数。 带有正电荷的质子自旋产生一个与自旋同轴的电磁场，具有大小和方向。 磁场的方向可由环形电流的法拉第右手螺旋法则确定。 磁矩是一个矢量，有大小和方向。 只有具备磁矩不为零的原子核才能在一定的条件下发生磁共振现象。 任何存在奇数质子、中子或者质子数与中子数之和为奇数的原子核均存在磁矩。 氢（ 1H）原子核内只有一个质子，因而氢原子核具有磁矩。 人体含有丰富的氢原子，人体的磁共振成像又称为质子成像。 （二）静磁场 把人体放入一个强大的静磁场 (将会出现下述现象： 质子将沿着 生净磁化矢量； 质子在自旋的同时，以 动”或称为“旋进”。 （ 1）根据磁体的设计分类 常导型磁体；超导型磁体；永磁型磁体 （ 2）根据磁体的场强分类 超高场 (高场 ( 中场（ 低场 ( 超低场 ( （三）射频脉冲 射频脉冲 (属于电磁波谱内无线电波的频率范围，它在磁共振中仅做短暂的发射。 （ 1）翻转纵向磁化矢量 （ 2）形成横向磁化矢量 （ 1）频率 使进动频率与 （ 2）带宽 频率的范围，决定扫描时的层面厚度及预饱和。 （ 3）强度和作用时间 决定 人体置于静磁场 (，体内的氢质子将会沿 绕 z。如果向人体发射一个 90 射频脉冲， 成 果我们在 动的 就是磁共振信号 二、磁共振信号的产生 （一）相位的概念 平面内旋转的矢量与某一参照轴的夹角称为相位。 多个矢量在空间的方向一致时称同相位； 多个矢量在空间的方向不一致时称离相位； 由不同相位达到同相位的过程称聚相位； 由同相位变成不同相位的过程称失相位 自旋质子的磁矩在 同相位）。 自旋质子的磁矩在 离相位）。 （二）自旋质子弛豫 指自旋质子的能级由激发态恢复到它们稳定态（平衡态，平衡态定义为可能达到的最低状态）的过程。 弛豫过程： 纵向弛豫，即纵向磁化矢量 横向弛豫，即横向磁化矢量 （ 1）纵向弛豫机制 （ 2）纵向弛豫时间 向磁化矢量从最小恢复到平衡态磁化矢量 63的时间 不同组织的 磁场 (度不同，同一组织的 织的 （ 1）横向弛豫机制 （ 2）横向弛豫时间 向磁化矢量衰减至最大值 37%的时间 （ 3） 弛豫： 称为准 在不均匀的 2 弛豫。 （三）自由感应衰减信号 三、磁共振信号的空间定位 （一）梯度磁场的概念 梯度磁场是个随位置并以线性方式变化的磁场，与静磁场 (加后，可以暂时造成磁场的不均匀，使沿梯度方向的自旋质子具有不同的磁场强度，产生不同的共振频率，因此获得关于位置的信息。 梯度磁场是由置于磁体内的额外线圈所产生的，这种线圈叫做梯度线圈。 位于磁体内的梯度线圈一般为成对线圈。每对线圈内的电流大小相等，但极性相反。一对线圈在一个方向上产生一个强度呈线性变化的梯度磁场。 在 X、 Y、 层面选择梯度 (频率编码或读出梯度 (相位编码梯度 (习惯上取层面选择方向为 Z，频率编码方向为 X，相位编码方向为 Y。对于不同的成像平面， X、 Y、 （二）层面选择 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。 改变射频脉冲的带宽或梯度磁场的斜率，可以选择不同层面的厚度。 （三）空间编码 频率编码的目的就是为了区分信号来自于扫描矩阵中的那一列。 使沿 终产生与空间位置相关的不同频率的信号。 在 信号进行编码，以确定信号来自二维空间的行的位置。这个梯度称为相位编码梯度。相位编码梯度应用于层面激发之后，频率编码读出信号之前。 由于对二维空间的信号进行了相位编码和频率编码，在信号读出时，每个像素产生的信号就具有唯一的一个相位和频率的组合。 次激发只能识别一种相位，所以要完成多行的数据采集，必须对同一个层面重复进行多次激发和相位编码，这就是 相位编码和频率编码的方向是可以变换的，一般取图像矩阵中数值小的方向作为相位编码方向。 四、磁共振的加权成像 （一）“加权”的含义 加权是指重点突出某方面特性，通过调整成像参数，使图像主要反映组织某方面特性，而尽量抑制组织其他特性对磁共振信号的影响。 点突出组织纵向弛豫差别； 点突出组织的横向弛豫差别； 质子密度加权成像（ 主要反映组织的质子密度的差异。 （二） 在 织的 磁共振信号强度越大。 （三） 在 织的 磁共振信号强度越大。 （四）质子密度加权成像 质子密度越高，磁共振信号强度越大。 五、 （一） 带有空间定位编码信息的磁共振信号原始数据的填充空间。每一幅磁共振图像都有其相应的 （二） （ 1） （ 2） （ 3）填充 要决定图像的对比，填充 要决定图像的解剖细节。 （三） 常规磁共振成像序列中， 第三节 磁共振成像序列 一、脉冲序列 脉冲序列： 指具有一定带宽、一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲组成的脉冲程序。 一般脉冲序列由五个部分构成，即射频脉冲、层面选择梯度场、相位编码梯度场、频率编码梯度场及磁共振信号。 （一）时间相关的概念 两个激发脉冲间的间隔时间。 激发脉冲与产生回波（即读出信号）之间的间隔时间。 900脉冲中点到填充 指一次 900脉冲激发后所产生和采集的回波数目。 指回波链中相邻两个回波中点间的时间间隙。 把 1800反转预脉冲中点到 900脉冲中点的时间间隔称为 7. 信号激励次数 信号激励次数 (称平均次数 (通过增加采集次数，可对噪声进行平均，降低噪声对图像质量的影响。 8. 采集时间 指整个脉冲序列完成信号采集所需要时间。 （二）空间分辨力相关的概念 层面越厚，产生的信号越多，信噪比越高，垂直于层面方向的空间分辨力越低 2. 层间距 指层面之间的间隔。 3. 矩阵 指磁共振图像层面内行和列的数目，也就是频率编码和相位编码方向上的像素数目。 4. 视野 由跨越图像的水平和垂直两个方向的距离确定的。 5. 矩形视野 前后径短左右径长的矩形视野 （三）翻转角 翻转角 是指在射频脉冲的作用下，组织的宏观磁化矢量 角度。 二、自旋回波脉冲序列 自旋回波序列简称 目前磁共振成像最基本的脉冲序列。 0 激发脉冲和 180 复相脉冲进行成像。 临床上得到广泛应用，具有以下优点： 序列结构比较简单，信号变化容易解释； 图像具有良好的信噪比； 图像的组织对比良好； 对磁场的不均匀敏感性低，因而磁化率伪影很轻微； 利用 1集时间一般仅需要 2 5分钟。 900脉冲能量较大，纵向弛豫需要的时间较长，需采用较长的 别是 且一次激发仅采集一个回波，因而序列采集时间较长， 由于采集时间长，体部磁共振成像时容易产生伪影； 采集时间长，因而难以进行动态增强扫描； 为减少伪影， 以上，进一步增加了采集时间。 三、快速自旋回波脉冲序列 快速自旋回波（ 列是对多回波 个 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 终一组回波结合形成一幅图像，从而缩短了扫描时间。 提供比较典型的 2 2 四、反转恢复脉冲序列 反转恢复（ 列是最早应用的脉冲序列。 目前 1要用于两种特殊的磁共振成像，即脂肪抑制和水抑制序列。 一种组织处于特定的 为转折点），该种组织的信号为零。组织的转折点所处的 1值，组织的 0 脉冲发射时，该组织在负 此也没有横向磁化矢量，图像中该组织的信号完全被抑制。 五、梯度回波脉冲序列 梯度回波（ 列也称为场回波序列（ 仅可缩短扫描时间，而且图像的空间分辨力和 六、回波平面成像序列 回波平面成像（ 列是一种快速成像序列，它代表了目前临床上扫描速度最快的磁共振成像技术，它可以在大约 30 100 第四节 血流的 磁共振血管成像（ 具有无创伤性、操作简便、成像时间短、无需对比剂等特点， 因此成为 提供血流的方向、流速和流量等的定量信息。 一、 常见的血流形式 是指血管内流速稳定而形式固定的血流状态，血流质子都平行于血管的长轴的直线运动，且在垂直于血管长轴的径向上无脉动，但运动速度存在差别。 是指血流质子除沿着血管长轴方向流动外，还在其他方向进行迅速不规则的运动，可以形成大小不一的漩涡，在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。 二、 表现为低信号的血流 1. 扫描层面内质子群位置移动造成的信号衰减 , 2. 流空效应 , 3. 层流流速差别造成的失相位 , 4. 预饱和技术 , 5. 层流引起分子旋转造成的失相位 , 6. 血流的长 7. 湍流 三、 表现为高信号的血流 1. 流入增强效应 2. 流速非常缓慢的血流 3. 舒张期假门控现象 4. 偶回波效应 5. 利用超短 6. 利用对比剂和超短 17. 梯度回波序列 四、 of 基础是静止组织的磁化饱和与充分磁化的流人血液之间关系。 用磁化矢量的相位或相位差作为信号强度以抑制背景信号、突出血管信号的磁共振成像技术。 RA(利用对比剂使血液的 后使用极短 第五节 一、 1. 图像空间分辨力 2. 图像信噪比 3. 图像对比度和对比噪声比 4. 图像均匀度 二、 影响 1. 组织本身的特性 2. 设备和成像技术参数 第六节 一、 (又称为扩散成像，是通过测量活体中水分子的微观弥散运动而产生磁共振信号变化来形成 二、 是建立在流动效应基础上一种 通过观察分子微观的动态运动从而反映出组织中微观血流的动力学信息。 对比剂首次经过法：利用注射顺磁性对比剂进行示踪；动脉自旋标记法：利用自身血流的动脉血流进行血流灌注。 三、 功能磁共振成像（ 指基于血氧水平依赖（ 应的磁共振脑功能成像， 其原理是利用磁共振成像来测量神经元活动所导致的血液动力改变，可以无创性动态反应出脑功能和脑活动。 四、 化学移位成像 化学位移成像 是利用不同分子之间的不同的化学位移，可以捕捉分子结构的信息：化学位移饱和成像；水脂同相与反相； 五、 其他新 磁共振波谱 (MR 术是利用质子在化合物中共振频率的化学位移现象，分析化合物组成成