成像原理3ppt课件

磁共振成像原理,永州职业技术学院影像系 欧阳光,第五部分,磁共振空间定位和重建,一、梯度磁场的概念： 指由梯度线圈所产生的具有空间依赖特征的额外磁场。 MR信号的空间定位包括层面和层厚的选择、频率编码、相位编码。 MR信号的空间定位编码是由梯度场来完成的。,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，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，一个线圈产生的磁场使B0增加一定的强度，而另一个线圈则使B0减小同样的程度。,梯度磁场,注：梯度线圈产生的磁场总是平行或反平行于主磁场,如何选择一个受检层面？ Z方向加梯度磁场。不同位置拉莫尔频率不同，激励磁共振的RF频率不同。选择相应的RF频率，就可激励相应层面,1.5T 63.9MZ 1.6T 68.1MZ 1.4T 59.6MZ,A,B,图a示梯度场强造成的质子进动频率差别1 MHZ/cm，射频脉冲的频率范围为63.4-64.5 MHZ，则层中心在梯度场中点（G0），层厚1 cm； 图b示梯度场保持不变，射频脉冲的频率范围为64.5-65.5 MHZ，则层厚保持1 cm，层中心向足侧移1 cm；,选片梯度,在RF脉冲施加的同时施加选片梯度来激发一定厚度的体积。 选片越薄，施加的选片梯度越大。 f是RF脉冲的带宽,对射频脉冲的频率及带宽和Z轴梯度场作不同的调整，层面和层厚将发生如下变化： （1）梯度场不变，射频脉冲的频率改成64.565.5MHZ，则层厚保持不变，层面中心向足侧移动1cm； （2）梯度场不变，射频脉冲的频率范围（带宽）变成63.7564.25MHZ，则层面中心不变，层厚变薄为0.5cm； （3）射频脉冲仍保持63.564.5MHZ，梯度场强增加使质子进动频率差达到2MHZ/cm，则层面中心保持不变，层厚变薄为0.5cm,空间编码,为了能在选定的层面内确定信号来源的空间位置。进行层面的图像重建，还需要知道扫描矩阵内每个体素所产生的信号的位置和大小。解决的方法，就是对信号进行空间编码，包括： 频率编码； 相位编码。,频率编码,一般以前后方向为频率编码方向，我们在MR信号采集的时刻在前后方向上施加一个前高后低的梯度场，这样在前后方向上质子所感受到的磁场强度就不同，其进动频率即存在差别，前部的质子进动频率高，而后部的质子进动频率低。这样采集的MR信号中就包含有不同频率的空间信息，经傅里叶转换后不同频率的MR信号就被区分出来，分配到前后方向各自的位置上。,由于梯度磁场的作用： 磁场在右边一列有最大值，自旋质子有较快的进动频率； 磁场在左边一列有最小值，自旋质子有较慢的进动频率； 中间一列磁场无变化，检测到的信号为自旋质子按照原来的频率进动。,频率编码梯度使沿X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。这种编码方式称为频率编码。因为频率编码梯度也用于读取信号，所以也叫做读出梯度。,相位编码,在前后方向上施加了频率编码梯度场后，经傅里叶转换的MR信号仅完成了前后方向的空间信息编码，而左右方向上的空间定位编码并未能实现。必须对左右方向的空间信息进行相位编码，才能完成层面内的二维定位。,与频率编码梯度场不同的是： （1）梯度场施加方向不同，应该施加在频率编码的垂直方向上即前后方向，则相位编码梯度场施加在左右方向上。 （2）施加的时刻不同，频率编码必须在MR信号采集的同时施加，而相位编码梯度场必须在信号采集前施加，,由于进动频率的不同，各个位置上的质子进动的相位将出现差别。关闭相位编码梯度场，左右方向的磁场强度的差别消失，各个位置的质子进动频率也恢复一致，但质子进动的相位差别被保留下来，这时采集到的MR信号中就带有相位编码信息，通过傅里叶转换可区分出不同相位的MR信号，而不同的相位则代表左右方向上的不同位置。,64MHZ,二维傅里叶转换法,用MR信号的频率为成像断面空间的一维地址信息，用MR信号的相位为成像断面空间的另一维地址信息。对采集的MR信号进行2D-FT后可得幅度、地址信号。2D-FT也是磁共振成像特有的图像重建的方法。,三维采集的空间编码,三维MRI的激发和采集不是针对层面，而是针对整个成像容积进行的。由于脉冲的激发和采集是针对整个容积范围进行的，为了获得薄层的图像，必须在层面方向上进行空间定位编码。,磁共振图像重建,启动梯度磁场，通过层面选择、频率编码、相位编码，把整个层面体素一一进行标定，用RF脉冲对各体素进行激励，测量感应信号采集数据信息，对所采集的信号进行2D-FT处理，得到具有相位、频率特征的磁共振信号，根据各层面体素编码的对应关系，将体素信号大小用灰度等级表现出来形成图像的过程。,信号平均和扫描时间,磁共振成像中，要求有多次相位编码及测量采集数据来完成多次数据采集，以便对多次数据采集或激发中所测量的信号数据进行平均即信号平均。信号平均可提高图像信噪比（SNR）。但多次相位编码需要有多次RF的激发、多次信号采集，因此信号平均会使磁共振成像检查的扫描时间延长。,如图像的矩阵为128128，容积内分为20层，则层面内的相位编码步级为128级，每一级又需要进行20个步级的层面方向的相位编码，实际上总的相位编码步级为2560（12820）。,二维傅里叶扫描时间（t）可以表示为：,三维傅里叶扫描时间（t）可以表示为：,TR 为重复时间；NY 为相位编码步数；NEX 为激发次数（或平均次数）。,NY 为Y 方向上相位编码步数；NZ 为Z 方向上相位编码步数；,TR：4000ms、 NY：256、 NEX ：2 t=？,K空间的基本概念,K空间也称傅里叶空间，是带有空间定位编码信息的MR信号原始数据的填充空间。 每一幅MR图像都有其相应的K空间数据。对K空间的数据进行傅里叶转换，就能对原始数据中的空间定位编码信息进行解码，得到MR的图像数据，即把不同信号强度的MR信息分配到相应的空间位置上（即分配到各自的像素中），即可重建出MR图像了。,空间频率K指空间一定方向上单位距离内波动的周期数。 习惯上以空间相互垂直的三个分矢量Kx、Ky、Kz来描绘空间频率K。,K2=Kx2Ky2Kz2,由Kx、Ky、Kz来表示一个频率空间，称为三维K空间,如果仅以Kx、Ky来表示一个平面频率空间，称为二维K空间,共轭对称性 以SE系列为例，重复采集N次（相位编码数），每次只是相位编码不同，它由最大负值到最大正值，其余信号相同。相位编码间隔相同，最大正负值绝对值又相等。所以数值一一对应，只是方向相反，称K空间呈现共轭对称性。,K空间的特性主要表现为： （1）K空间中的点阵与图像的点阵不是一一对应的，K空间中每一点包含有扫描层面的全层信息； （2）K空间在Kx和Ky方向上都呈现镜像对称的特性； （3）填充K空间中央区域的MR信号（K空间线）主要决定图像的对比，填充K空间周边区域的MR信号（K空间线）主要决定图像的解剖细节。,K-空间大小对图像的影响,空间较小，K值较低，编码数少，图像不清晰。,逐行同向式填充,辐射式填充,K-空间填充方式,相位编码,相位编码,频率编码,频率编码,K-空间填充方式,迂回填充,螺旋桨填充,磁共振图像的对比,信号强度的大小主要与以下因素有关：一、生物组织本身的因素，包括 纵向弛豫时间T1； 横向弛豫时间T2； 质子密度等。 二、脉冲序列的形式。同时流动效应也起一定作用（血流显像时）。,图像对比的主要参数,MRI中产生组织间对比差异的主要参数有： 纵向弛豫时间的固有差别，即组织间T1值的固有差别； 横向弛豫时间的固有差别，即组织间T2值的固有差别； 组织氢质子密度的固有差别。,磁共振图像对比,“加权”的含义： 所谓加权即“突出重点”的意思，也即重点突出某方面特性。 影响因素：质子密度、T1值、T2值 ； T1加权成像（T1WI）是指这种成像方法重点突出组织纵向弛豫差别，而尽量减少组织其他特性如横向弛豫等对图像的影响；T2加权成像（T2WI）重点突出组织的横向弛豫差别；质子密度（PD）图像则主要反映组织的质子含量差别。,影响MR信号强度的因素,归纳起来主要有两个方向。一方面是组织本身的特性，包括质子密度、T1值、T2值等；另一方面是设备和成像技术参数，包括主磁场场强、所用的序列、成像参数（如TR、TE、激发角度）等。,SI = K.N(H).e (-TE/T2).1- e (-TR/T1),从式中可以看出： 质子密度越大，组织的信号越强； T1值越短，组织的信号越强； T2值越长，组织的信号越强； TE越短，组织的信号越强； TR越长，组织的信号越强；,TR为重复时间，即两个激励脉冲的间隔时间；TR的长短决定着能否显示组织间的T1的差别。 TR500ms为短TR； TR1500ms为长TR。 TE 为回波时间: 即90脉冲与 产生回波之间的时间。TE30ms为短TE; TE80ms为长TE。,如何获得不同的MR图像，这要取决于所获得的层面中各种组织的T1、T2或Pd的差别。 由T1差别形成的图像为T1加权像。T1信号及图像由TR决定。 T1WI选用短TR（500ms）；短TE（ 2000ms ）长TE（ 50ms ）。 PdWI: 由质子密度差别形成的图像为质子密度加权像。质子密度信号及图像由TR决定。PdWI选用长TR（ 2000ms ）；短TE（ 20ms ）。,短TR（200-500ms）、短TE（20ms）,长TR（2000ms）、长TE（50ms）,长TR （2000ms） 、短TE（20ms）,T1WI,T2WI,PD,T1WI,T2WI,PD,影响磁共振图像对比的其他因素,1流动效应： 其重要特性包括： 在T1加权像上，血流方式影响信号强度； 在T2WI和T2*WI加权像上，血液的氧化状态影响信号强度。,血流的MR信号特点,血流的信号比较复杂，与周围静止组织相比，血流可表现为高信号、等信号或低信号，取决于血流形式、血流方向、血流速度、脉冲序列及其成像参数等。,常见的血流形式,血流有两