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磁共振技术指南第一章 磁共振硬件知识磁共振成像仪组成：主磁体、梯度系统、脉冲系统、计算机系统、其它辅助设施。第一节 主磁体主磁体：永磁（低场磁共振，磁力线沿上下方向分布，与受检者身体长轴互相垂直，被称为垂直磁场，优点：-结构简单 -开放性，受检者更舒适 -造价相对低廉 -低耗能 -无需使用液氦 -维护费用低 缺点：-场强低，一般0.5T -均匀度较低 -温度变化容易造成磁场漂移，要求1度）电磁 常导（铜）（基本淘汰）超导（超导材料线圈置于接近绝对零度的超低温环境中，电阻消失。磁力线水平，称水平磁场。优点：-高场强 -高稳定性，磁场强度随时间的漂移非常小 -均匀性高 -低耗电能 缺点：-造价高 -定期补充液氦，维护费用高）开放式，封闭式，特殊外形主磁体性能指标：磁场强度，磁场均匀度，稳定性，主磁体的长度和有效检查孔径。MR信噪比与主磁场强度成正比低场2.0T(3.0 4.0 7T)高场强优点：-，提高质子磁化率，提高SNR -高SNR下加快采集速度 -波谱分析物质区分能力增加 -增加化学位移效应，更容易压脂 -增加BOLD效应高场强缺点：-成本、价格增高 -噪音增加 -SAR值增加（射频脉冲能量与场强的平方成正比，SAR值：特异性吸收率，射频脉冲的能量在人体内累积转换成热能，其能量的沉积） -伪影增加（运动、磁敏感、化学位移）1高斯为距离5安培电流直导线1厘米处检测到的磁场强度。赤道0.3高斯 南北极 0.7高斯1T=1万高斯为什么需要高度均匀的磁场：磁场均匀性是指在一定的容积范围内磁场强度的均一性，也即单位面积内通过磁力线数目的一致性。-空间定位需要 -提高信噪比 -减少伪影，特别是磁化率伪影 -大视野扫描，尤其是肩关节等偏中心检查 -频谱分析需要 -脂肪饱和技术，脂肪抑制需要。第二节 梯度系统组成：梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控制器、梯度冷却装置。作用：产生线性变化的梯度磁场。-进行MRI信号的空间定位编码 -产生MR回波，磁共振梯度回波信号是梯度场切换产生的。-施加扩散敏感梯度场，用于DWI -进行流动补偿。 -进行流动液体的流速相位编码等。梯度场强：单位长度内磁场强度的差别mT/m梯度切换率：mT/（m.ms），梯度切换率高，梯度爬升时间越短。梯度线圈性能的提高对于MR快速成像至关重要。切换率越高，爬升时间越短，成像速度越快；梯度场强越高，所需要的作用时间越短，成像速度越快。第三节 射频系统组成：射频发生器、射频放大器、射频线圈正交体线圈安装在主磁体内。正交体线圈和头颅正交线圈既可作为发射线圈又可作为接收线圈。其它线圈只作为接收线圈。接收线圈离检查部位越近，所接收到的信号越强；线圈内体积越小，所接收到的噪声越低。相控阵线圈由多个子线圈单元构成，同时配备多个数据采集通道。4、8通道。16或32通道。利用相控阵线圈可明显提高MR图像信噪比，有助于改善薄层扫描、高分辨扫描和低场机的图像质量。利用相控阵线圈与并行采集技术相配合，可以进一步提高MRI的信号采集速度。地球表面带有电荷并自旋-形成电流环路-产生感应磁场（地磁）。磁性原子核特性：以一定的频率自旋，由于表面带有正电荷，即形成电流回路，从而产生磁化矢量。我们把这种带有正电荷的磁性原子核自旋产生的磁场称为（核磁）。但并非所有原子核均能自旋而产生核磁，即并非所有的原子核都为磁性原子核，条件就是中子数和质子数至少有一项是奇数。一般指的磁共振图像即为1H的磁共振图像。原因是氢质子1、在人体中的摩尔浓度最高，是人体中最多的原子核；2、磁化率最高；3、存在于各种组织中，具有生物代表性。但并非所有的氢质子都能产生MRI信号。常规MRI的信号主要来源于水分子中的氢质子（简称水质子），部分组织的信号也可来源于脂肪中的氢质子（简称脂质子）。人体中的水分子可以分为自由水和结合水。所谓结合水是指蛋白质大分子周围水化层中的水分子，这些水分子粘附于蛋白质大分子部分基团上，与蛋白质大分子不同程度的结合在一起，因此被称为结合水，其自由运动将受到限制。自由水和结合水在人体组织中可以互换，处于动态平衡。由于化学位移效应，不同分子中的氢质子进动频率存在差别，蛋白质大分子中氢质子的进动频率大多偏离MRI的中心频率（自由水的进动频率），一般情况下不能被射频脉冲激发，因此不能产生信号。由于自由运动受到限制，蛋白质和结合水的T2值都很短，一般肝脏，肾脏髓质肾脏皮质。T1WI：T1值越短，信号越高。水样结构如脑脊液、胆汁、尿液等T1值最大，其信号低；脂肪的T1值最短，因此信号最高；灰质信号低于白质；脾肝；肾脏髓质白质脾肝肾髓质皮质脂肪较高T1WI脑脊液、胆汁、尿液低灰质白质脾肝肾髓质2，而快速序列特别是屏气的序列NEX多为1，甚至小于1（部分空间次数）。采集时间（TA acquisition time）：也叫扫描时间，单次激发EPI：几十毫秒；SE T2WI数十分钟。二维MRI的采集时间TA=TR*n*NEX （n为NEX=1时TR需要重复的次数）对于没有回波链的序列如SE或GRE，n就是相位编码的步级数，对于具有回波链的序列如FSE或EPI，n为相位编码的步级数除以ELT。三维是容积采集，需要增加层面方向的相位编码，容积内需要分为几层则需要进行同样步级的相位编码，因此其采集时间TA=TR*n*NEX*S （S为容积范围的分层数）层厚决定因素：层面选择梯度场强、射频脉冲的带宽。在二维图像中，层厚即被激发层面的厚度。越薄，空间分辨率越高，但信噪比降低。层间距：CT：相邻的两个层面厚度中心的间距，如层厚=1，层间距=1，则相当于没有间隔。但是MRI不同：层厚=1，层间距=0.5，则相当于两层之间0.5cm的组织没有图像。受梯度磁场线性、射频脉冲的频率特性的影响，实际上会有层间干扰，往往需要一定的层间距。矩阵：也就是频率编码和相位编码方向上的像素数目，频率编码方向上像素的多少不直接影响图像采集时间；而相位编码方向的像素数目决定于相位编码的步级数，因而数目越大，需要时间越长。第三章（脉冲序列）第3-4节（FID和SE）自由感应衰减类序列：饱和恢复序列和采集FID的反转恢复序列。自旋回波序列：组织的T1弛豫与T2弛豫存在着一定的内在联系，但又是相对独立的两个不同过程，其发生的机制、表现形式及速度均有明显的差别。（同时发生但相对独立，是两回事，不要一起想）T1弛豫需要把质子群内部的能量传递到质子外的其它分子，所需要的时间较长。而横向弛豫的能量传递发生与质子群内部，即质子与质子之间，所需要的时间较短。因此所有组织的T1值都比其T2值要长很多，一般组织的T1值为数百到数千毫秒，而T2值仅为数十到一百多毫秒，少数可达数百毫秒。一般随主磁场强度的增高，T1值延长，T2值缩短。临床工作中，我们根据需要可以在一定范围内选择SE序列的TR和TE。TE实际上是90度射频脉冲激发后到自旋回波产生的等待时间。TE很短，横向弛豫还没来得及发生，则采集到的信号不带有T2信息；如果TE很长，则横向弛豫都已经完成，采集到的信号也不带有T2信息；选择合适长的TE则使组织的T2弛豫对图像的对比产生影响。TR实际是一次90度脉冲激发到下一次90度脉冲激发的等待时间，在这个等待过程中回波信号已经采集完毕，还需要再等待一段时间才施加下一个90度脉冲，（可以理解为等待即是T1弛豫过程，因为T1弛豫需要的时间长）如果等待时间很长（选择很长的TR），下一个90度脉冲激发时，宏观纵向磁化矢量已经完全恢复，再给90度脉冲激发时产生的宏观横向磁化矢量就不带有不同组织T1弛豫差别的信息，那么组织的T1弛豫对图像对比就不会产生影响，也就是说很长的TR可以剔除T1弛豫对图像对比的影响。如果TR很短，所有组织还没来得及发生T1弛豫，那么下一次90度脉冲激发时就没有足够的宏观纵向磁化矢量，90度脉冲激发后就不会产生宏观横向磁化矢量，线圈也就探测不到回波信号。如果合适TR，由于各组织T1弛豫速度不同，在下一次90度脉冲激发时不同组织已经恢复的宏观纵向磁化矢量就不同，90度脉冲激发后不同组织产生的宏观横向磁化矢量就不同，所采集的MR信号就带有组织的T1弛豫信息。T1加权像就不考虑T2弛豫了，就一直是T1。T1.T1.T1.T1T1加权和T2加权分别独立，互不干扰，T1就是T1，T2就是T2。通过对SE序列的TR和TE调整，可以决定在MR图像中所含的T1弛豫和T2弛豫成分，获得不同的加权图像。T1加权：在SE序列中，选择合适短的TR，这样在下一个90度脉冲激发前，由于组织的T1弛豫速度不同，已经恢复的宏观纵向磁化矢量就不同，那么，下一个90度脉冲激发后产生的宏观横向磁化矢量就不同，这时马上利用180度脉冲聚焦脉冲产生回波，即选择很短的TE，来记录宏观横向磁化矢量差别，实际上这个宏观横向磁化矢量的差别是90度脉冲激发前纵向磁化矢量的差别，而不同组织间的这种纵向宏观磁化矢量的差别是由于前一次90度脉冲激发并关闭后不同组织之间的T1弛豫差别造成的。因此一次90度脉冲后利用180度聚焦脉冲采集的自旋回波信号实际记录的是前一次90度脉冲后组织纵向磁化矢量的差别（T1值不同），所以是T1WI。因此T1WI必须很短的TE和合适短的TR。T1WI一般TE为820ms，TR为200600ms，在一定范围内，TR越短T1权越重。但不是T1权重越重越好，临床中根据需要选择，一般如果要最大程度的区分两种组织的T1弛豫差别，SE序列的TR选择在两种组织T1值的平均值附近最好，T1对比最好。T1WI上T1值越短，其信号强度越高。T1WI TE：820msTR：200600ms合适短的TR，使T1弛豫出现差别，随即用最短的TE来记录就是T1WI，TR越短，T1权越重。短TE剔除T2差别。T2加权：长TR，剔除T1差别。合适TE，T2WI，TE越长，T2越重。TR一般20002500ms，TE一般50150ms。（TE选择两种组织T2值的平均值时T2对比最好）T2值越长，信号越强。在体现T2值很长的液体与软组织的T2差别例如水成像，TE一般数百到1000ms以上。质子密度加权成像（PDWI）：先给90度，然后选择很长TR，T1弛豫完毕，则剔除T1影响，此时宏观纵向磁化矢量恢复正常，也就是不同组织的质子密度差别，然后再给90度，此时马上180度聚焦产生回波，即短TE得到的就是质子密度差别，即PDWI。长TR同T2的TR，短TE同T1的TE。T1WI：合适的TR200600ms最短TE 820ms，T1越短，信号越高。TR越短，T1越重。T2WI：最长TR20002500ms合适的TE 50150ms，T2越长，信号越高。TE越长，T2越重。PDWI：最长TR20002500ms最短TE 820ms，质子密度越大，信号越强。TRTE信号越强权重越重T1WI500200050T2值越长TE越长PDWI200020）1、FSE T1WI 选用较短的ELT，因为ELT越长，填充K空间的回波中TE长的回波信号越多，因而将增加T2弛豫对图像的污染，降低T1对比。对于FSE T1WI来说，应该把回波链中第一回波信号填充在K空间的中心（选择最短有效TE），以尽量减少T2弛豫对图像对比的影响。通常的FSE T1WI：TR 200600ms 有效TE 815ms ELT 25优点：快，甚至可以屏气扫描，如ELT=4 TR=300ms 相位编码步级=160 NEX=2，则扫描时间TA=300*160*2/4=24s缺点：受T2弛豫污染，图像的T1对比不如SE T1WI；模糊效应；速度还是比梯度回波慢，需要屏气扫描时，一次屏气能够扫描的层数有限。用途：对T1对比要求较低，以显示结构为主的部位，如脊柱、大关节、骨与软组织、盆腔、心脏等；患者耐受能力较差，要求加快扫描速度；垂体动态增强扫描；体部屏气扫描。当对T1对比要求较高时，如进行脑组织及腹部脏器T1WI，一般不用FSE T1WI，而用SE T1WI。2、短ELT的FSE T2WI序列 ELT为210，实际工作中ELT通常为510。通常用作PDWI和T2WI。优点：与SE比较，速度快，TA一般27minELT短，T2对比较好，接近于SE T2WI对磁场不均匀性不敏感，无明显的磁敏感伪影。缺点是扫描速度不够快，体部成像时有运动伪影。3、中等ELT的FSE T2WI序列 ELT为1020 特点：速度更快，15min；T2对比稍差。新型MRI仪中等ELT 的FSE序列已经基本取代短ELT 的FSE成为最常用的T2WI序列，广泛应用。一般就用这个。4、长ELT的FSE T2WI序列 ELT20 特点：速度更快，TA为20s到3min，可以屏气扫描；由于ELT长，图像更模糊，T2对比差；屏气不好有运动伪影。用途：体部屏气T2WI，用于呼吸节律不能很好控制导致呼吸触发短或中等ELT的FSE T2WI失败的病例；腹部水成像配用呼吸触发技术。在肝脏用于囊性、实性病变的鉴别。（真正的富水病变还是含水偏多的实性病变。）鉴别小肝癌还是血管瘤。TE延长，ELT延长，可以屏气T2WI鉴别。第三章(脉冲序列)第5节(FSE衍生序列)90度射频脉冲产生最大的宏观横向磁化矢量，得到的图像具有最好的信噪比。1、 FRFSE（快速恢复快FSE）：利用一般的组织T1值长其T2值也长的特点，把回波链采集后残留的较大横向磁化矢量快速反转到B0方向，加快了T1值很长的组织的纵向磁化矢量恢复（主要是接近于纯水的成分如脑脊液等），从而可以选用较短的TR进行T2WI。主要用于短ELT的FSE T2WI。技术：最后一个180度聚焦脉冲不采集回波，而是给一个负向90度脉冲，把最后一个180度脉冲产生的横向磁化矢量反转到B0方向，加快T1值很长的组织恢复纵向弛豫。脑白质的T1值约450ms，脑灰质的T1值约500ms，实际上当TR为2000ms时，对于脑白质和脑灰质来说，纵向弛豫基本完成，基本剔除纵向弛豫对图像对比的影响，也就是说TR已经足够长，但脑脊液的T1值约3500ms，当TR为2000ms时，其宏观纵向磁化矢量还没有恢复到平衡状态时的一半，因此脑脊液信号将不表现为高信号而仅为中等高信号，如果把TR延长到4000ms，则脑脊液信号很高，但是TA加倍。只能用于PDWI和T2WI，不能用于T1WI。该技术相当于在短TR时达到长TR的效果，对于短ELT序列可以通过缩短TR而缩短采集时间，当ELT和TR都较长时，则与普通FSE序列相仿。目前广泛使用-颅脑-脊柱脊髓-骨关节-腹部及盆腔。差不多常规序列。！2、单次激发RARE序列（RARE技术就是领用多个180度聚焦脉冲采集多个回波）（SS-FSE）特点：一次90度脉冲，连续180度聚焦脉冲填充K空间所需要的所有回波信号。ES很短，1.5T一般45ms。由于是单次激发，所以不存在TR的概念，也就没有T1弛豫对图像的污染，所以不能进行T1WI。ELT长，模糊效应明显，T2对比受影响。由于ELT长，ES短，所以脂肪信号高。SAR高，所以采用小于180度的聚焦脉冲。成像速度快。没有TR概念，如果矩阵256*160（即ELT=160），ES=4ms，则单层图像的TA=640ms，因此是亚秒级的速度，由于TA短，体部成像即使不能屏气也没有呼吸运动伪影。由于ELT很长，所以大部分回波的TE较长，因此SS-FSE一般的T2WI权重比较重。用途：只能用于T2WI。颅脑超快速T2WI（仅用于不能配合的患者）腹部脏器屏气超快速T2WI。主要用于屏气或呼吸触发水成像。（MRU、MRCP、MRM）所谓的TR是层间延迟。不是真正的TR。3、半傅里叶采集单次激发RARE序列。就是SS-FSE加上半K空间采集技术。GE机器：是在SS-FSE基础上在用户控制变量（user control variables）界面中的“Fractional NEX Optimization”选项中选择“off”即可。与SS-FSE相比，其特点：由于只需要采集填充略多于一半K空间的回波信号，TA只需要原来的一半多一点，速度更快。理论上空间分辨率保持不变。由于采集的回波信号只有原来的一半，理论上信噪比有所降低，相当于原来的70%左右。人体内能量沉积减少。脂肪组织信号偏高和软组织的T2对比比较差的问题依然存在。用途神经系统超快速T2WI，用于不能配合的患者腹部超快速T2WI，主要用于不能均匀呼吸又不能屏气的患者MRCP等。SS-FSE+0.5NEX HF-SS-FSE第三章(脉冲序列)第6节(反转恢复及快速反转恢复序列)目前，无论是反转恢复（IR）还是快速反转恢复（FIR）一般采用的是自旋回波。（Inversion Recovery）一、 反转恢复的原理：先用180度激发，即反转脉冲。使纵向弛豫过程延长，T1WI对比增加。180度反转脉冲后，在弛豫过程中，其纵向磁化矢量从反向到0再到最大，当某组织的纵向磁化矢量到0的时刻给予90度脉冲，由于没有宏观纵向磁化矢量，因此没有横向磁化矢量的产生，该组织就不产生信号，利用这一点可以选择性抑制一定T1值的组织信号。二、 反转恢复序列：就是SE之前加上一个180度反转预脉冲，是个T1WI序列。先给180度反转预脉冲，在适当时刻，加90度脉冲激发，之后马上施加180度聚焦脉冲，采集一个回波。180度反转脉冲到90度脉冲中点的时间叫反转时间TI。90度到180度时间叫TE，把相邻的两个180度反转预脉冲的间隔时间叫TR。为了保证每次180度反转预脉冲前各组织的纵向磁化矢量都能基本回到平衡状态，要求TR足够长（TR-TI5T1），至少相当于SE T2WI或FSE T2WI的TR长度。因此，IR序列中T1对比和权重不是由TR决定，而是由TI来决定的。选用的TI接近于组织的T1值可获得更好的T1对比。特点：T1对比最佳，明显高于SE T1WI。一次反转仅采集一个回波，且TR较长，因此TA长，TA相当于T2WI。临床上一般T1WI，应用不广泛，主要用于增加脑灰白质之间的T1对比，对于儿童髓鞘发育研究有较高价值。IR序列也可用于脂肪抑制（STIR,不宜用于增强扫描）或水抑制（Flair），但由于时间长，现在多用快速反转恢复序列完成。三、 快速反转恢复序列（FIR）：就是一个180度预脉冲+FSE（可以T1WI，可以T2WI，可以PDWI）特点：有ELT，速度快。有ETL存在，受T2污染，T1对比下降。有ELT，有模糊效应。与FSE T1WI相比，由于施加180度反转预脉冲，FIR T1WI的T1对比有所提高。选择不同的TI可以选择性抑制不同T1值组织的信号，在保证TR足够长的情况下（TR5T1），抑制某种组织信号的TI值等于该组织T1值的69%，一般按70%计算。用途：1、STIR（short TI inversion recovery） FIR 序列 短反转时间FIR序列 主要用于T2WI的脂肪抑制（低场用的多，因为低场MRI中水和脂肪的频率差别比较小，用频率饱和法压脂效果不好）（高场中STIR压脂用于偏中心部位和形态不规则的部位如颈部软组织）。脂肪T1值很短，1.5T，脂肪T1值200250ms，在TR足够长的前提下，180度反转脉冲后，脂肪组织的宏观纵向磁化矢量从反向到0所需要的时间为其T1值的70%，即140175ms，这时如果施加90度脉冲（即TI=140175ms），由于没有宏观纵向磁化矢量，就没有宏观横向磁化矢量的产生，就没有信号，脂肪的信号就被抑制，采用很短的TI是该序列名称的由来。1.5T，STIR FIR 一般TI选择150ms左右，TR大于2000ms。STIR技术进行压脂适合低场机器。实际上，STIR技术也可用于梯度回波、EPI等进行压脂。2、FLAIR序列（Fliud attenuated inversion recoverry）液体抑制反转恢复（黑水序列）在脑部或脊髓T2WI上，当病变相对较小且靠近脑脊液时（如大脑皮质病变、脑室旁病变），呈现略高信号或高信号的病灶，常被更高信号的脑脊液掩盖而不能显示清楚，如果在T2WI上能把脑脊液的信号抑