磁共振原理及相关技术

磁共振原理及相关技术,影像中心 李传富,安徽省中医院 安徽中医学院第一临床医学院 安徽中医学院第一附属医院,磁共振成像的基本原理和概念,第一节 磁共振成像仪的基本硬件,主磁体 梯度线圈 脉冲线圈 计算机系统 其它辅助设备,主磁体的类型及技术指标,类型 永磁型 电磁型 常导磁体 超导磁体 最重要技术指标 场强 磁场均匀度 主磁体的长度,场强：1T10000G 低场机：2.0T,高场强的主要优势,提高磁化率，增加信噪比 保证信噪比，缩短信号采集时间 增加化学位移，提高MRS的分辨力 增加化学位移，容易实现脂肪饱和技术 磁敏感效应增强，利于BOLD成像,高场强带来的问题,成本增加，价格提高 噪声增加 特殊吸收率（SAR）增大 各种伪影增加 运动伪影 化学位移伪影 磁化率伪影,高磁场均匀度的价值,提高图像信噪比 保证空间定位的准确性 减少伪影，特别是磁化率伪影 有利于大视野扫描 可充分利用脂肪饱和技术抑制脂肪 有效区分MRS的不同代谢产物,磁体长度的影响,为保证磁场均匀度，需要长磁体 短磁体使患者更为舒适，适用于幽闭恐惧症患者的检查 开放式磁共振与介入MR的发展,梯度线圈的主要作用,进行空间定位编码 产生MR回波（梯度回波） 施加扩散加权梯度场 进行流体补偿 进行流动液体相位编码,梯度线圈的主要性能指标,梯度场强 定义：单位长度内磁场强度的差别 目前1.5TMRI：25mt/m;120mT/m.s 切换率 定义：单位时间及单位长度内梯度磁场强度的变化率 梯度线圈性能对MR超快速成像至关重要 梯度磁场的剧烈变化可引起周围神经,梯度场强及切换率示意图12,梯度场强（mT/m）=梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的长度 切换率（mT/m.s）梯度场预定强度/t,脉冲线圈,发射线圈 作用：发射射频脉冲质子发生共振 其能量与其强度和持续时间有关 接收线圈 接收人体内发出的MR信号； 距离检查部位越近，信号越强 线圈内体积越小，噪声越低 发射线圈和接收线圈可为同一个线圈； 表面相控阵线圈由多个子线圈构成，同时需要多个采集通道,计算机系统及辅助设备,计算机系统 MRI仪的大脑，控制 脉冲激发 信号采集 数据运算 图像显示，等 其他辅助设备 检查床、制冷系统等,第二节 磁共振成像的物理基础,原子的结构 自旋和核磁的概念 磁性和非磁性原子核 用于人体磁共振的原子,原子的结构,原子 原子核 质子 中子 电子,2H,4He,自旋和核磁的概念,自旋： 任何原子核总以一定的频率绕着自己的轴进行高速的旋转 核磁： 自旋形成电流环路，从而产生有一定大小和方向的磁化矢量（磁场）,磁性和非磁性原子核,用于人体磁共振的原子,选择1H作为用于人体磁共振成像的原子核的理由： 人体中1H的含量最多，占原子核总数的2/3 1H的磁化率最高,第三节 进入主磁场前后人体内 质子核磁状态的变化,进入主磁场前人体内质子的核磁状态 进入主磁场后人体内质子的核磁状态 进动和进动频率,进入主磁场前人体内质子的核磁状态,每个质子产生一个小磁场 但排列杂乱无章 磁化矢量相互抵消 不产生宏观的磁化矢量,进入主磁场后人体内质子的核磁状态,排列不再杂乱无章规律排列 两种状态： 低能级：与主磁场平行且方向相同 高能级：与主磁场平行且方向相反 低能级略多于高能级 形成与主磁场方向一致的宏观磁化矢量,进入主磁场前后人体内质子核磁状态的变化示意图（3）,进入前：杂乱无章 进入后：排列整齐,进动和进动频率（1）,进动：自旋运动旋转摆动,进动和进动频率（2）,进动频率：也称Larmor频率（） =.B，其中为磁旋比，B为主磁场强度 对于特定原子核为常数，质子的为42.5mHz/T,进动和进动频率（3）,低能级高能级产生宏观的纵向磁化矢量 不同质子相位不同不产生宏观的横向磁化矢量,第四节 核磁共振,共振的概念和核磁共振 90射频脉冲的微观和宏观效应,共振的概念和核磁共振,共振：能量从一个振动的物体传递给另一个物体，后者以前者相同的频率振动 核磁共振：低能级的质子接收与其进动频率相同的射频脉冲的能量，跃升的高能级的质子 射频脉冲能量的大小取决于其脉冲强度和持续时间 90脉冲：使得宏观纵向磁化矢量偏转90，即完全偏转到X、Y平面； 90称为小角度脉冲； 180脉冲则使其方向相反,90射频脉冲的微观和宏观效应,90射频脉冲产生的横向宏观磁化矢量最大 90脉冲的微观效应： 使得(H-L)/2的低能级质子进入高能级状态，纵向宏观磁化矢量等于零 使得质子的横向磁化矢量处于同一相位，产生以上最大的宏观横向磁化矢量 90 脉冲产生的宏观磁化矢量大小与脉冲激发前的宏观纵向磁化矢量大小呈正相关 平衡状态下宏观纵向磁化矢量大小与组织中质子的含量呈正相关,第五节 核磁驰豫,自由感应衰减和横向驰豫 纵向驰豫,自由感应衰减和横向驰豫（1）,90脉冲关闭后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位），失相位的原因有两个： 质子周围磁环境随机波动 主磁场的不均匀 自由感应衰减（FID），也称为T2*驰豫（包括主磁场不均匀和T2 的双重影响） T2驰豫，也称自旋自旋驰豫，剔除了主磁场不均匀的影响，仅由原子核周围的随机运动引起,自由感应衰减和横向驰豫（2）,FID： 快 横向驰豫 主磁场不均匀 T2： 慢 横向驰豫 主磁场不均匀,不同组织的T2驰豫差别,T2值：横向磁化矢量降低到最大值37所需的时间,纵向驰豫,定义：射频脉冲关闭后，在主磁场的作用下，宏观纵向磁化矢量将逐渐恢复到平衡状态 规定：宏观纵向磁化矢量恢复到最大值的63所需的时间为T1值 微观：高能级低能级 原因：周围分子的运动频率有关，两者越接近，纵向驰豫就越快；又成为自旋晶格驰豫 T1值受主磁场场强的影响较大：随场强增高，组织的T1值延长,第六节 磁共振加权成像,“加权”的含义 质子密度加权像 T2加权成像 T1加权成像,“加权”的含义,所谓加权(weighted)即“突出重点”的意思 组织的各方面特征（包括质子密度，T1值，T2值）均对MR信号有贡献 不可能得到纯粹反映的某一特征的图像 “加权”就突出某种特征，抑制其它特征 注意：接收线圈不易检测到宏观纵向磁化矢量，只能检测到旋转的宏观横向磁化矢量,质子密度加权像,进入主磁场后，质子含量高较大的宏观纵向磁化矢量 90脉冲较大的宏观横向磁化矢量较高的MR信号,T2加权成像,质子密度相同 90脉冲相同的宏观横向磁化矢量 脉冲后，发生横向驰豫（T2驰豫） T2值大 衰减小信号高,T1加权成像,质子密度相同相同的宏观纵向磁化矢量 90脉冲纵向磁化矢量为零脉冲后，发生纵向驰豫（T1驰豫） T1值小 衰减大恢复的纵向磁化矢量高 再次90脉冲较强的横向磁化矢量较高的MR信号,第七节 磁共振信号的空间定位,层面的选择和层厚的决定 频率编码 相位编码 三维采集的空间编码,层面的选择和层厚的决定（1）,层面和层厚：取决于 层面选择梯度场 射频脉冲 梯度场 不同层面的磁场强度不同质子的共振频率不同。场强越大，质子的进动频率差别越大 射频脉冲频率分布在一定范围（带宽）激发与其频率相同的质子,层面的选择和层厚的决定（2）,梯度场、射频脉冲决定层面位置及层厚 梯度场不变，脉冲频率增加层面向梯度场高侧移动 梯度场不变，脉冲带宽增加层厚增加 脉冲带宽不变，梯度场强增加，层厚变薄,频率编码（1）,三棱镜可将太阳光分解为7种颜色的光线 傅立叶变换可将混合不同频率的信号分解为不同的频率的信号 频率编码方向施加一个梯度场该方向不同位置的质子共振频率不同不同质子产生的MR向量频率不同傅立叶变换分解为不同频率反映不同部位质子的共振差异,频率编码（2）,梯度场 场强差异共振频率差异 MR信号频率差异反映位置差异,相位编码（1）,与频率编码的不同 施加的方向不同，两者相互垂直 施加的时刻不同 频率编码：信号采集同时施加 相位编码：信号采集之前施加 原理：相位编码方向磁场强度不同不同位置质子的进动频率不同相位出现差异MR信号中包括相位差异的信息,相位编码（2）,相位梯度施加前，相位一致施加时，相位不同施加后采集前，梯度消失，相位差异保留,相位编码（3）,傅立叶转换区分频率差别能力强，区分相位差别能力弱，所以相位编码需要多次重复进行 不同次相位编码的梯度方向和梯度差不同,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 三维采集的场面方向也采用相位编码 容积内的层数决定场面方向相位编码的数量,第八节 K空间的基本概念,K空间的基本概念 K空间的基本特征 K空间的填充方式,K空间的基本概念,K空间，也称傅立叶空间 定义：带有空间定位编码信息的MR信号原始数据的填充空间 每幅MR图像都有其对应的K空间数据 K空间数据傅立叶转换MR图像,K空间的基本特征（1）,频率编码方向（ Kx ）：梯度场的大小和方向保持不变 相位编码方向（ Ky ） ：梯度场的的方向和场强在按照一定的步级发生变化,K空间的基本特征（2）,K空间的点阵与图像的点阵不是一一对应的，K空间种的每一个点都包含有扫描层面的全层信息 K空间在Kx和Ky方向上都呈现镜像对称的特征 填充K空间中央区域的相位编码线主要决定图像的对比 填充K空间边缘区域的相位编码线主要决定图像的解剖细节,K空间的填充方式,最常见的填充方式为循序对称填充，决定其图像对比的傅立叶零线采集时间为整个序列采集时间的1/2 填充次序可以改变，可采用K空间中央优先的采集技术 其他采集方式：迂曲轨迹，放射状轨迹，螺旋状轨迹等,第九节 自旋回波序列,180 脉冲剔除主磁场不均匀造成的横向磁化矢量衰减 自旋回波序列的基本构建 自旋回波序列的加权成像 T1加权成像 T2加权成像 质子密度加权成像,180 脉冲剔除主磁场不均匀造成的 横向磁化矢量衰减,90 脉冲质子聚相位；脉冲后失相位，原因有二: (1)真正的T2驰豫； (2) 主磁场的不均匀 180 脉冲剔除主磁场不均匀造成的横向磁化矢量衰减，其前提条件是主磁场的不均匀是恒定的。,自旋回波序列的基本构建,90 脉冲最大的横向磁化矢量驰豫失相位 180 脉冲聚相位信号采集 TE：回波时间； TR：重复时间,T1加权成像,前一次90 脉冲短TR 下一次90 脉冲前，不同组织发生不同程度的纵向驰豫（T1驰豫） Mz不同90 脉冲后产生的Mxy不同很快采集（短TE）的信号不同，反映T1值的不同（TR：200600ms；TE：820ms）,T2加权成像,长的TR (15002500ms) 后组织的Mz已经恢复到平衡状态，消除前一次激发的影响 长的TE (50150ms) 消除T1驰豫的影响,质子密度加权成像,长TR (15002500ms) 后组织的Mz已经恢复到平衡状态，消除前一次激发的影响 短TE 基本消除T2驰豫的影响 但所谓的加权成像只能突出组织某项特征，实际上组织的其他特征仍然影响图像的对比 所有加权像均受到质子密度的影响 短TE尽量减少T2驰豫的影响，但影响仍然存在,第十节 影响MR信号强度的因素,质子密度N(H)越大，组织信号越强 T1值越短，组织信号越强 T2值越长，组织信号越强 TE越短，组织信号越强 TR越长，组织信号越强 TET1，则1-e(-TR/T1) 1，剔除了T1的影响 如果TET1， 则信号既不受T1影响，也不受T2影响,第十一节 血流的MR信号特点,常见的血流形式 表现为低信号的血流 表现为高信号的血流,常见的血流形式,层流：血流质点的运动方向均与血管长轴平行 湍流：除了与血管平行外，还有其他方向的运动，形成大小不一的漩涡,表现为低信号的血流,流空效应：血流方向垂直或接近垂直扫描层面 扫描层面内质子群位置移动造成的信号衰减：位置变化主磁场环境变化 180 脉冲无法纠正这种失相位 层流流速差别造成的失相位：一个体素内的质子群流速不等失相位 层流引起分子旋转造成的失相位 湍流：无规律的运动，造成质子群失相位,表现为高信号的血流（1）,流入性增强：血流上游方向第一层内血流的流入效应最强，信号最高 舒张期假门控现象：TR刚好与心动周期吻合，激发和采集刚好落在舒张中后期 流速非常缓慢的血流：T2WI为高信号 偶回波效应：质子群沿着相位编码方向移动，偶数次梯度场变化可使已经离散的质子群发生相位重聚,表现为高信号的血流（2）,梯度回波序列：梯度回波序列是利用梯度场的切换产生，切换产生回波 利用超短TR和TE的稳态进动梯度回波序列：速度太快，血液流动对图像影响很小，表现出血液T2*较长的特点 利用对比剂和超短TR和TE的梯度回波T1WI序列：对比剂显著缩短T1，同时由于激发采集时间超短，流动影响很小,MRI脉冲序列及其临床应用,第一节 脉冲序列的基本 概念和分类,成分理解各种脉冲序列的基本构建和特点是保证MR图像技术质量和提高诊断准确率的前提 脉冲序列的基本概念 脉冲序列的基本构建 MRI脉冲序列的分类,脉冲序列的基本概念,定义：把射频脉冲、梯度场和信号采集时刻等相关参数的设置及其在时序上的排列称为MRI的脉冲序列 影响磁共振信号强度的因素多种多样，包括质子密度、T1值、T2值、化学位移、液体流动、水分子扩散等 脉冲序列目的是突出组织上述特征的一种,脉冲序列的基本构建（1）,不同序列只是上述5个部分选择的参数以及时序不统,脉冲序列的基本构建（2）,脉冲序列的基本构建还可简化两个部分： 自旋准备 回波产生,MRI脉冲序列的分类,按照成像速度： 普通序列 快速成像序列 按照采集信号类型： FID类序列：采集的MR信号是FID信号 自旋回波序列：利用180 复相脉冲产生 梯度回波序列：利用读出梯度场切换产生 杂合序列：采集到的MR信号有两种以上的回波,第二节 MRI脉冲序列相关的概念,时间相关概念：TR，TE，有效TE，ETL，ES，TI，NEX/NSA/NA，TA 空间分辨率相关概念：层厚，层间距，矩阵，FOV，矩形FOV 偏转角度：射频脉冲作用下，宏观磁化矢量偏离B0方向的角度 取决于脉冲的强度和持续时间 偏转角度小，所需能量小，驰豫时间短,时间相关概念（1）,TR（重复时间）：脉冲序列执行一次所需的时间 TE （回波时间）：产生Mxy的脉冲中点到回波中点的时间间隔 有效TE （有效回波时间）：用于FSE/TSE和EPI（一次激发，多个回波）填充K空间中央那个回波的回波时间 ETL （回波链长度）：用于FSE/TSE和EPI，一次激发后所产生和采集的回波数目 ES （回波间隙）：回波链中两个相邻回波中点的间隙 TI （反转时间）：见于反转恢复序列，180 反转脉冲到90 脉冲的时间间隔,时间相关概念（2）,NEX/NSA/NA （激励次数/信号平均次数/信号采集次数）：相当于每个体素采集了几次信号 TA （采集时间）：即每个序列的扫描时间 对于二维序列 TATRnNEX 其中n相位编码数/ETL 对于三维序列 TATRnNEXS 其中，S为容积范围的分层数,空间分辨率相关概念（1）,层厚：由层面选择梯度场强和射频脉冲的带宽决定 矩阵：频率编码和相位编码方向上像素的数目。前者不影响TA，后者影响TA FOV（视野）：MR成像的实际范围 矩形FOV：减少相位编码级数，空间分辨率保持不变 层间距（slice gap）：不同于CT的层距（slice interval）,空间分辨率相关概念（2）,受到梯度场线性、射频脉冲的频率特征的影响，扫描层面附近的质子也会受到激励 造成层面之间信号相互影响，即层间干扰或层间污染,第三节 自由感应衰减类序列,采集到的信号为FID信号，包括饱和恢复序列（SR），也称部分饱和序列和采集FID的反转恢复序列 目前临床上几乎不再采用,第四节 自旋回波 和快速自旋回波序列,自旋回波序列（SE） 快速自旋回波序列（FSE） FSE序列的改进,自旋回波序列（SE）,自旋回波序列的构建，MRI的经典序列,自旋回波序列的优点和缺点,优点： 序列简单，容易解释 信噪比良好 组织对比良好 对磁场不均匀不敏感 T1WI时间不长,缺点： T2WI时间太长 时间长，易产生伪影 时间长，难以动态增强 伪影多，增加NEX，进一步增加采集时间,目前很少利用SE序列进行T2WI和PD，多用于T1WI,快速自旋回波序列（FSE）,FSE序列的原理 FSE序列的特点 FSE序列的临床应用,FSE序列的原理,一次激发，多次采集；ES：回波间隙；ETL：回波链长度，也称时间因子；有效TE 每次回波的相位编码不同，填充在K空间不同位置,FSE序列的特点（1）,快速成像：TA为相应SE序列的1/ETL，但TR往往比SE长 回波链中每个回波信号的TE不同：填充K空间中心的回波主要决定图像的对比，但实际上各个位置的回波信号均不同程度地影响图像对比。因此，ETL越长，T2对比降低越明显 FSE序列图像的模糊效应：TE延长，回波信号逐渐衰减。回波信号强度差别越大，图像越模糊。ES减小可减小图像模糊,FSE序列的特点（1）,脂肪组织信号强度增高： SE序列的脂肪信号为中等偏高信号。连续的180 脉冲打断J-耦连，脂肪组织的质子失相位减慢，延长脂肪组织的T2值 对磁场不均匀性不敏感：磁化率敏感伪影不明显，但不利于检出如出血等病变 能量沉积增加： 180 脉冲能量很大，连续激发，增加特殊吸收率（SAR）,FSE序列的临床应用,FSE T1WI序列：TR：300500ms，TE：815ms；ETL：24 短回波链（ETL）的FSE T2WI序列：最常用的序列，ETL：210 中回波链（ETL）的FSE T2WI序列：ETL：1020 长回波链（ETL）的FSE T2WI序列：ETL：2032,FSE序列的改进,提高射频功率，缩短回波间隙 对复相脉冲角度进行调整，减少回波链中各个回波间的信号差异 快速恢复FSE序列 单次激发FSE序列 半傅立叶采集单次激发FSE序列,提高射频功率，缩短回波间隙,ES缩短的好处 信号强度差别缩小，减少图像模糊 TE差别变小，提高T2对比 采集速度加快，提高整体信噪比 采集速度加快，缩短TR缩短TA 可适当延长ETL ES缩短的缺点 180 脉冲更密集，SAR提高 脂肪信号强度进一步增强,对复相脉冲角度进行调整，减少回波链 中各个回波间的信号差异,回波链的第一回波施加的复相脉冲角度最小，逐步加大，直至180 各回波幅度接近，大大减少图像模糊,快速恢复FSE序列,加快了T1值很长的组织（水）的纵向磁化矢量恢复，从而可选用较短的TR进行T2WI,单次激发FSE序列,一次脉冲激发后，利用连续的180脉冲采集填充K空间所需的所有回波信号 ETL很长，ES很短 不存在TR的概念，实际上TR为无穷大，不能进行T1WI，而仅用于 T2WI ETL太长，模糊效应明显，T2对比降低 ETL很长，ES很短，脂肪信号很高 SAR明显升高 成像速度很快，没有呼吸运动伪影 ETL很长， T2WI的权重也很重,半傅立叶采集单次激发FSE序列,K空间相位编码方向镜像对称，采集一半多一点的数据填充K空间，TA为原来的一半多一点；分辨率不变；信噪比稍降低；SAR减少；脂肪信号高和T2对比差问题依然存在,第五节反转恢复及快速反选恢复序列,反转恢复的原理 反转恢复序列 快速反转恢复序列,反转恢复的原理,宏观磁化矢量偏转的角度与射频脉冲的能量有关 反转角度越大，被激发的组织的纵向驰豫所需的时间越长 具有180 反转恢复预脉冲的序列通称为反转恢复类序列,反转恢复序列的特点,组织间的纵向驰豫差别增大，T1对比增加 180 反转脉冲与90 脉冲之间的时间间隔为反转时间（TI），可选择性抑制某种组织,快速反转恢复序列（1）,180 反转脉冲90 脉冲 180 复相脉冲信号采集,快速反转恢复序列（2）,快速反转恢复序列（IR）中的对比和权重不是由TR决定的，而是由TI决定的 IR序列的特点： T1对比最佳 扫描时间很长 主要用于增加脑灰白质的对比,快速反转恢复序列,FIR/TIR 180 反转脉冲FSE/TSE,FIR的特点,与IR相比，速度加快 与IR相比，T1WI 对比稍差 与FSE相比，模糊效应相同 与FSE的T1WI相比， T1对比提高 选择不同的TI可选择性抑制不同T1值组织的信号，TI一半取值为该组织的T1值的69（通常按70计算）,FIR的临床应用,FIR T1WI：主要用于脑实质的T1WI，灰白质对比由于SE T1WI或FSE T1WI；TI750ms STIR序列：短反转时间反转恢复序列；TI140175ms；脂肪信号被抑制 FLAIR序列：液体抑制反转恢复序列； TI210028005ms；液体信号被抑制 反转恢复单次激发FSE：IR-SS-FSE,第六节 梯度回波（GRE）,SE序列利用180 复相脉冲产生MR信号 GRE利用梯度场切换产生MR信号,梯度回波的原理,脉冲激发频率编码方向施加离相位梯度场加快质子失相位Mxy0 聚相位梯度场 经过相同时间 Mxy最大 Mxy0,梯度回波序列的特点,小角度激发，加快成像速度 T2*驰豫 GRE序列的固有信噪比较低 GRE序列对磁场的不均匀性敏感 GRE序列中血流常呈高信号,小角度激发，加快成像速度,小角度脉冲脉冲（常称为脉冲）需要较短的时间完成纵向驰豫，TA缩短 脉冲能量小，SAR降低 产生Mxy的效率高,离相位梯度场后，质子的失相位原因有三： (1)T2驰豫 (2) 主磁场不均匀(3)离相位梯度场造成的主磁场不均匀 聚相位梯度场只能剔除离相位梯度场造成的失相位，不能剔除主磁场不均的失相位，因而只能获得T2*信息,T2*驰豫,GRE序列的固有信噪比较低,T2*驰豫很快，GRE得到的回波信号低于SE序列 小角度激发产生的Mxy本来就低于SE序列的90 脉冲,GRE序列对磁场的不均匀性敏感,SE序列的180 能够提出主磁场不均匀造成的失相位 GRE序列的梯度场切换不能剔除主磁场不均匀造成的失相位,GRE序列中血流常呈高信号,梯度回波的产生不需要进行层面选择，尽管血液流走，只要不离开读出梯度场和采集线圈的有效范围，仍然可以产生回波,第七节 常规梯度回波序列和 扰相梯度回波序列,常规GRE序列的结构 扰相GRE序列 常规GRE和扰相GRE序列的加权成像 常规GRE和扰相GRE序列的临床应用,常规GRE序列的结构,(1)射频脉冲激发角度小于90 (2)回波的产生依靠读出梯度场（即频率编码梯度场）的切换,扰相GRE序列（1）,TR小于组织的T2值，下一次脉冲前，前一次的Mxy尚未完全衰减 为了加快质子的失相位，可采用： 施加扰相梯度场 施加扰相射频脉冲 不同公司名称不同 GE：SPGR SIEMENS: FLASH FHILIPS: FFE,扰相GRE序列（2）,常规GRE和扰相GRE序列的加权成像（1）,GRE序列也可以进行加权成像 与SE序列的不同 T1成分受TR和激发角度的双重调节 采用小角度激发，可选用较短的TR T2成分也由TE决定，但只能进行T2*WI，得不到T2WI,常规GRE和扰相GRE序列的加权成像（2）,T1WI T1WI权重取决于TR和激发角度 TR不变，激发角度越大， T1权重越重 激发角度不变， TR越短， T1权重越重 =5080；TR=100200 T2*WI 小角度激发和相对短的TR 相对短的TE =1030；TR=200500；TE =1540,常规GRE和扰相GRE序列的临床应用,临床更多采用扰相GRE序列 扰相GRE T1WI序列 扰相GRE腹部屏气二维T1WI 扰相GRE腹部屏气三维T1WI 利用扰相GRE序列进行流动相关的MRA 对比剂增强MRA 扰相GRE T1WI序列用于心脏成像 扰相GRE T1WI用于关节软骨成像 其他应用：快速T1WI或动态增强扫描 扰相GRE T2*WI序列：主要用于(1) 大关节病变，特别是半月板(2) 脊柱特别是退行性病变(3)出血病变,第八节 稳态进动成像序列,利用残留的横向磁化矢量 GRE序列中的稳态概念 稳态进动成像序列 FISP序列 True FISP（真稳态进动快速成像序列）,利用残留的横向磁化矢量,扰相GRE序列利用扰相梯度场或扰相射频脉冲消除前一个回波采集后残留的横向磁化矢量； 这种残留磁化矢量可以不去除，反而加以利用 不仅频率编码方向，层面编码，相位编码方向的梯度都可以造成质子失相位；这三个方向上施加方向相反的梯度可以剔除这种失相位，产生相位重聚,GRE序列中的稳态概念,纵向稳态 梯度回波序列中经过数个射频脉冲激发后，在以后的各个射频脉冲前，组织的Mz保持稳定状态的现象 横向稳态 梯度回波序列中经过数个射频脉冲激发后，在以后的各个射频脉冲前，组织的Mxy保持稳定状态的现象,稳态进动成像序列,FISP序列：聚相位梯度场仅施加在相位编码方向 True FISP（真稳态进动快速成像序列）：聚相位梯度场施加层面选择，相位编码及频率编码三个方向,True FISP,西门子：True FISP；GE：FIESTA；飞利浦：B-FFE 很短的TR，很短的TE，组织信号取决于T2*/T1 特点： (1)成像速度快 (2)血液呈高信号 (3) 长T2*液体呈高信号 (4)软组织对比差 (5)对磁场不均匀敏感 应用：(1) 心脏成像 (2) 冠脉成像 (3)大血管成像 (4)水成像 (5) 胆道梗阻、门静脉血栓检出 (5)胃肠道占位性病变检查,第九节 其他梯度回波序列,常用序列： 常规GRE序列 扰相GRE序列 True FISP 其他序列复杂，少用,第十节 平面回波成像序列,平面回波成像（EPI）技术依赖于高性能的梯度线圈，是目前最快的MR信号采集方式 EPI技术：采集到的MR信号属于梯度回波；可理解为“一次射频脉冲激发采集多个梯度回波”。需要相位编码和读出梯度相互配合 EPI序列的分类 EPI序列的临床应用,EPI技术,EPI回波由读出梯度场的连续正反方向切换产生；产生的信号在K空间迂曲轨迹填充,EPI序列的分类,按激发次数分类 多次激发EPI（MS-EPI）：类似于FSE；但在回波产生、K空间填充方式以及所需时间几个方面均有不同 单次激发EPI（SS-EPI）：类似于SS-FSE；目前最快的扫描序列 按EPI准备脉冲分类 梯度回波EPI序列 自旋回波EPI序列 反转恢复EPI序列,梯度回波EPI序列（GRE-EPI）,最基本的EPI序列；一般用作T2*WI序列,自旋回波EPI序列(SE-EPI),一般用于T2WI或水分子扩散加权成像（DWI）,反转恢复EPI序列(IR-EPI),分为两种： (1) 在GRE-EPI前施加180度反转恢复预脉冲，如上图；(2)在SE-EPI前施加180度反转恢复预脉冲,EPI序列的临床应用,单次激发GRE-EPI：用于灌注成像（PWI），血氧水平依赖成像（BOLD） 多次激发SE-EPI T2WI序列：少用 单次激发SE-EPI T2WI序列：脑部超快速T2WI，腹部屏气T2WI，DWI 多次激发IR-EPI T1WI序列：少用 单次激发反转恢复SE-EPI序列：少用,MRI常规成像技术和新技术,第三章 MRI常规成像技术和新技术,MRI脂肪抑制技术 MRI化学位移成像技术 MR水成像技术 MR血管成像技术 MR扩散加权成像技术 MR灌注加权成像技术 MR波谱 磁化转移技术,第二节 MRI脂肪抑制技术,MRI检查使用脂肪抑制技术的意义 与脂肪抑制技术相关的脂肪组织特性 MRI常用的脂肪抑制技术 频率选择饱和技术 STIR技术 频率选择反转恢复脂肪抑制技术 Dixon技术 预饱和带技术,脂肪组织信号特征及其对图像的影响,脂肪质子密度高，T1短，T2长，高信号 可能影响MR图像的质量 引起运动伪影；信号越高，伪影越重 化学位移伪影 降低图像对比；如骨髓内病变 降低增强扫描的效果,脂肪抑制的意义,减少运动伪影、化学位移和其他伪影 抑制脂肪信号，增加图像对比 增加增强扫描效果 鉴别病灶内是否有脂肪,与脂肪抑制技术相关的 脂肪组织特性,脂肪和水的化学位移 相同的原子在不同的分子中，进动频率存在差别，即化学位移效应 水分子和脂肪分子中H质子的进动频率相差约3.5PPM，1.5T磁共振相差220HZ 脂肪和其他组织的纵向驰豫差别 正常组织中，脂肪组织的纵向驰豫最快，T1最短；1.5T磁共振T1值约为250ms,频率选择饱和技术,利用脂肪与水的化学位移效应 优点：高选择性；可用于多种序列；简便易行；中高场强效果很好 缺点：场强依赖性大；磁场均匀度要求高；大FOV效果差；增加SAR；减少扫描层数或增加扫描时间,STIR技术,基于脂肪组织短T1特性 选择短TI可有效抑制脂肪信号，1.5T扫描机中，TI140175ms 优点：场强依赖性低；磁场均匀度要求低；大FOV也能取得良好效果 缺点：信号抑制选择性低；扫描时间长；一般不能应用于增强扫描,频率选择反转恢复脂肪抑制技术,既考虑了化学位移，又利用短T1特性 真正激发脉冲前，对三维容积内使用略大于90的预脉冲激发 优点：扫描时间增加少；一次激发，三维采集；SAR增加很少 缺点：要求高场强机型；磁场均匀度要求高；一般用于三维快速GRE序列,Dixon技术,水质分离成像技术 通过调整SE序列的TE，获得 水质相位一致（同相位）图像 水质相位相反（反相位）图像 两组图像信息相加或相减可得水质子图像和脂肪质子图像,预饱和带技术,在腹壁上添加饱和带可抑制其造成的运动伪影 不是真正的脂肪抑制技术，该区域的所有质子信号都。将受到抑制,第三节 MRI化学位移成像技术,化学位移成像的原理 化学位移成像技术的实现 化学位移成像技术的临床应用,化学位移成像的原理(1),水分子和脂肪分子中的质子进动频率差别约3.5PPM，即147Hz/T 某一场强下，水分子和脂肪中的质子进动频率差别是恒定的,化学位移成像的原理(2),脉冲激发 聚相位效应 相位一致化学位移效应 相位差别逐渐增大 两种质子相位相差180 MR信号为两种组织的差别（反相位图像） 再过相同时间 相位又完全重叠 MR信号为两种组织的叠加（同相位图像）,化学位移成像技术的实现,多采用扰相GRE序列 选择不同的TE可得到反相位和同相位图像，关键在于如何选择合适的TE 同相位TE=1000ms147Hz场强(T) 反相位TE =同相位TE 2 1.5T机器分别为4.5ms和2.2ms,反相位图像的特点及其应用,水质混合组织信号明显衰减 纯脂肪组织信号没有明显衰减 勾边效应：周围富有脂肪组织的脏器边缘会出现一条黑线，因为此处体素内同时夹杂脂肪和水分的质子 主要用途：肾上腺病变的鉴别诊断；脂肪肝的诊断和鉴别诊断；肝脏局灶性病灶内是否存在脂肪。,第四节 MR水成像技术,水成像原理 水成像技术常用的序列 水成像的后处理技术及分析水成像时的注意事项 水成像技术的临床应用,水成像原理,原理非常简单，主要利用水的长T2特性 采用T2权重很重的T2WI序列，即选择很长的TE（500ms以上），其他组织的Mxy几乎完全衰减 图像的信号主要来自于水样结构,水成像技术常用的序列,FSE T2WI：主要用于腹部水成像；包括MRCP，MRU 单次激发FSE T2WI：主要屏气扫描或采用呼吸触发技术 三维True FISP序列：主要用于内耳水成像或MRM,水成像的后处理技术及 分析水成像时的注意事项,水成像一般不作为单独检查 重视原始图像的观察：重建后图像可能会遗漏管腔内的小病灶 注意一些假病灶的出现：水成像容易出现伪影造成假病灶；如MRCP由于胆汁流动或血管压迫可能出现的假的充盈缺损,水成像技术的临床应用,MR胰胆管成像（MRCP） MR尿路成像（MRU） MR脊髓成像（MRM） MR涎腺管造影 MR内耳水成像,第五节 MR血管成像技术,具有无创、简便、费用低、一般无需对比剂的优点 常见的血管成像方法 时间飞跃法（TOF） 相位对比法（PC） 对比增强MRA（CE-MRA）,TOF法MRA,该技术基于血流的流入性增强 短TR，静止组织驰豫不完全，饱和现象，信号衰减；血流流动，未激发质子流入，出现高信号 临床上可采用下述两种类型 二维TOF MRA 三维TOF MRA,二维TOF MRA,一般采用扰相GRE T1WI序列，进行连续的薄层扫描 优点 较短的TR和较大反转角，背景抑制较好 有利于慢血流的显示 扫描速度快 缺点 空间分辨率相对较低 后处理效果不如三维成像,三维TOF MRA,也采用扰相GRE序列，TE 6.9ms，相当于反相位图像，尽量减少脂肪的信号 优点： 空降分辨率高； 受湍流影响相对较小； 后处理质量较好 缺点 ： 不利于慢血流的显示 背景抑制较差； 时间相对较长,PC法MRA,基于沿梯度场流动的血液中质子发生的相位变化 需要3个基本步骤：成像信息的采集、减影和图像的显示 PC法MRA原理 PC法MRA特点 PC法MRA临床应用,PC法MRA原理,需要施加称为流速编码（VENC）梯度的双极梯度场 先施加一个正向梯度场出现相位的差别 反向梯度场静止质子不存在相位差别，流动质子相位差别得以保留 流动质子的相位编码与其流速有关，流动越快则相位编码变化越明显 PC法反映最大的相位变化是180，因而关键在于如何选择编码的流速,PC法MRA特点,图像可分为速度图像和流动图像 速度图像的信号强度与流速有关 流动图像也称为相位图像，信号不仅与流速有关，还具有血流方向信息 采用减影技术后，背景组织信号消除 只能反映流速编码梯度场的相位变化，因而需要从不同方向施加VENC,PC法MRA的优缺点,优点： 背景抑制效果好，有利于小血管显示 有利于慢血流显示，适合静脉检查 有利于血管狭窄和动脉瘤的显示 可进行血流的定量分析 缺点： 成像时间长于TOF法 图像处理复杂 需要事先确定流速编码,PC法MRA临床应用,脑动脉瘤的显示 心脏血流分析 静脉病变检查 门静脉血流分析 肾动脉病变检查,CE-MRA,CE-MRA的原理和序列 CE-MRA的技术要点 CE-MRA优缺点 CE-MRA的临床应用,CE-MRA的原理和序列,原理简单，即利用对比剂使血液的T1值明显缩短，然后利用超快速且权重很重的T1WI序列来记录这种T1驰豫差别 多采用三维扰相GRE T1WI序列，该序列采用很短的TR和较大的激发角，因此T1权重很重 还采用很短的TE：可减少T2*的影响，减小流动失相位的影响,CE-MRA的技术要点,对比剂应用：包括对比剂的入路，剂量和速度 参数调整：TE应该选择最小值 扫描时机的原则：在目标血管中对比剂最高时刻采集填充K空间中心区域的MR信号 关键参数包括：循环时间；扫描采集时间（TA）以及扫描序列的K空间填充方式 主要3种方法：循环时间计算法；透视触发技术；智能自动触发技术 后处理技术：包括MIP和MPR等 抑制脂肪组织的信号：可采用频率选择反转脉冲脂肪抑制技术；或采用减影技术,CE-MRA优缺点,优点： 血管腔显示优于常规MRA 血管狭窄假象减少，狭窄程度更真实 一次注射可完成多部位动脉和静脉的显示 动脉瘤不易遗漏 缺点： 需要注射对比剂 不能提供血流流动信息,CE-MRA的临床应用,脑部或颈部血管：作为MRA的补充 肺动脉：肺动脉栓塞和肺动静脉瘘 主动脉：主动脉瘤、夹层、畸形等 肾动脉：肾动脉狭窄 肠系膜血管和门静脉：狭窄、侧枝循环 四肢血管：狭窄、动脉瘤、血栓性脉管炎及血管畸形等,第六节 MR扩散加权成像技术,DWI是目前唯一能够检测活体组织内水分子扩散的无创性方法 扩散的基本概念 DWI的基本原理 DWI的技术要点 常用的DWI序列 DWI的临床应用,扩散的基本概念,扩散是指分子热能激发的一种微观运动，又称为分子的热运动或布朗运动 DWI技术实际上检测的是人体组织的水分子运动 扩散运动分为 自由扩散运动 限制性扩散 各向同性扩散 各向异性扩散,DWI的基本原理,图像上的像素实际上代表的是受检组织的体素 射频脉冲使相位一致后，T2驰豫，主磁场不均匀可以导致质子群失相位；认为施加梯度场也可导致其失相位 在SE-EPI序列180复相脉冲两侧各施加一个强度、时间和方向完全相同的梯度场，即扩散敏感梯度场对于没有移动的质子，相当于不变的主磁场不均匀，不会失去相位；对于移动的质子，则可导致失相位，MR信号降低 扩散越自由，信号衰减越明显；反之，信号衰减越明显，水分子在梯度场方向的扩散越自由,DWI的技术要点,DWI上组织信号衰减的影响因素 b值及其对DWI的影响 DWI的方向性 扩散系数和表观扩散系数,DWI上组织信号衰减的影响因素,扩散敏感梯度场强度，强度越大，衰减越明显 扩散敏感梯度场持续的时间，时间越长，衰减越明显 两个扩散敏感梯度场的间隔时间，时间越长，衰减越明显 组织中水分子的扩散自由度，扩散越自由，衰减越明显,b值及其对DWI的影响,施加的扩散敏感梯度场参数称为b值，或称扩散敏感系数 b值=2G22(-/3)，其中代表磁旋比；G代表梯度场强度；梯度场持续时间；代表两个梯度场间隔时间 b值越高，对水分子扩散运动越敏感，但信噪比降低，TE延长，对周围神经刺激增大；因而，b值不宜太高,DWI的方向性,只有在施加扩散敏感梯度场方向上的运动才有相位的变化，因而DWI反映的分子扩散运动具有方向性 为了全面了解各个方向上水分子扩散情况，需要多个方向上施加扩散敏感梯度场 在多个方向（6个以上）上施加扩散敏感梯度场，可准确检测水分子扩散的各向异性，这种技术称为扩散张量成像（DWI）,扩散系数和表观扩散系数,通过对施加扩散敏感梯度场前后的信号强度检测，在得知b值的情况下，可以计算出组织的弥散系数 DWI上造成组织信号衰减不仅仅是水分子的扩散运动，其他各种形式的运动也可导致组织信号的衰减 故此，只能把检测到的扩散系数称为表观弥散系数（ADC） ADC=ln(SI低/SI高)/(b高-b低)，因此计算ADC至少需要2个不同的b值,常用的DWI序列,单次激发SE-EPI DWI序列 该序列如果不施加扩散敏感梯度场，得到的将是T2WI 可在层面方向施加，也可在3个方向上都施加 SE线扫描DWI序列 主要用于低场强的MRI设备 线扫描没有相位编码,DWI的临床应用,主要用于超急性脑梗死的诊断和鉴别诊断 需要注意的是，其他病变也可在DWI上表现为高信号，如多发性硬化，部分肿瘤，血肿、脓肿等 除脑部外，其他脏器如肝脏、肾脏、骨髓等也可进DWI,第七节 MR灌注加权成像技术,能功能成像的一种，反映组织中微观血流动力学信息 主要有两种方法 对比剂首次通过法：需要对比剂 动脉自旋标记法（ASL）：不需要对比剂；利用动脉血液中的质子作为内源性对比剂,对比剂首次通过法PWI的基本原理,增强扫描时，在一定浓度范围内，血液T1值和T2*值的变化率于血液中的对比剂浓度呈线性关系 通过检测对比剂首次流经组织时引起组织的信号强度变化计算出T1和T2*驰豫率的变化代表组织中对比剂的浓度变化 代表血流动力学变化合适的数学模型 计算出组织血流灌注的半定量信息 脑组织常用GRE-EPI T2*WI序列（血脑屏障），其他器官采用快速T1WI序列,顺磁性对比剂首次通过法PWI的 临床应用,脑组织的PWI 心肌灌注 肾脏血流灌注 肝脏血流灌注,第八节 MR波谱,目前能够进行活体组织内化学物资无创性检测的唯一方法； 代谢改变早于形态改变，有助于病变的早期诊断； MRS原理 MRS采用技术 MRS的临床应用简介,MRS原理,化学位移现象 由于所处的分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象 MRS简要原理 宽带脉冲来源于多种代谢产物的MR信号 不同物质中质子的进动频率差异，通过傅立叶转换得到不同物质中质子的进动频率； 通常用PPM表示，表示代谢物中质子的进动频率与标准五中质子进动频率的差别,MRS的特点,得到的是代谢产物的信息，而非解剖图像 通常用数值或谱线来表示 对磁场均匀度要求较高 高场强有助于提高MRS质量 信号较弱，常需多次平均，因而时间较长 代谢物的含量是相对的，通常需要通过两种或两种以上代谢产物含量来反映组织的代谢变化 可对不同磁性原子核的代谢产物进行MRS 需要选择一种比较稳定的物质作为参照标准物,MRS采用技术,激励回波采集模式（STEAM） 采用三个90 脉冲；简单直接，TE较短；但信噪比较低 点解析波谱（PRESS） 采用一个90 和两个180 脉冲；信噪比较高，但TE相对较长 MRS成像（MRSI）：三维MRS采集，标记到MRI图像上,MRS的临床应用简介,临床应用 脑肿瘤；代谢性疾病；脑肿瘤治疗后复发与肉芽肿的鉴别；脑缺血疾病；前列腺癌；弥漫性肝病；肾脏功能分析和肾脏移植排斥反应 主要代谢产物 NAA，2.02PPM神经元内标物，降低表示神经元受损 肌酸(Cr)：3.03PPM能量代谢产物，1H MRS的内参物 胆碱(Cho)：3.22PPM，反映细胞膜代谢 乳酸(Lac)：1.32PPM，糖酵解的终产物 脂质(Lip)：TE很短，一般检测不到,第九节 磁化转移技术,通过物理方法增加图像对比度或制造一种新的对比 磁化转移技术的基本原理 MT技术的临床应用,磁化转移技术的基本原理,结合水与自由水的进动频率不同 一般MR成像都以自由水的质子进动频率为中心频率 施加一个偏离中心频率的饱和脉冲 结合水获得能量传递给自由水（磁化转移） 未被饱和的自由水才能受到激发 各种组织中结合水含量不同，MT效应造成的信号衰减程度也存在差别，这种对比称为磁化转移对比（MTC）,MT技术的临床应用,用于TOF MRA：静止组织的信号被抑制多，血液抑制少，增加两者之间的对比 用于增强扫描：增强的短T1效应与MT技术无关；MT抑制未增强组织，增加两者对比。增强前平扫最好也使用MT技术，以便对比 磁化转移率的应用：多用于研究MS和AD MTR=（SISIMT）/SI,磁共振脑功能成像 与脑皮层功能定位,fMRI概念和基本原理 fMRI技术的应用范围 fMRI研究相关内容 脑皮层功能定位,fMRI的概念及原理,随着检查设备和检查技术的飞速发展，医学影像学正在从以往的单纯解剖成像逐渐发展成为解剖与功能相结合； 广义的磁共振脑功能成像可能包括： 弥散成像（DWI）； 弥散张量成像（DTI） 灌注成像（PWI）； 波谱分析（MRS）； 波谱成像（MRSI）； 血氧依赖成像（BOLD）等。,弥散成像（DWI）,b=0,b=500,b=1000,ADC,弥散张量成像（DTI）,灌注成像（PWI）,TTP,rMTT,rCBV,rCBF,波谱分析（MRS）,波谱成像（MRSI）,血氧依赖成像（BOLD）,fMRI的概念及原理,概念：狭义的磁共振脑功能成像(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)，一般特指血氧水平依赖成像，即BOLD。 原理：神经元活动导致脑局部血流动力学改变 局部脑血流量和血容量增加； 含氧血红蛋白（顺磁性）增加 磁场均匀度增加，BOLD信号增强 fMRI的与PET比较 优势：无创、无辐射、可重复、易推广 不足：信噪比差-需要多次