电子医疗仪器磁共振成像ppt课件

1、 核磁共振成像核磁共振成像Nuclearmagnetic resonance imaging NMRI是一种利用人体是一种利用人体内磁旋核景象，在静态强磁场内对人体辐射一内磁旋核景象，在静态强磁场内对人体辐射一定能量特定频率的射频信号，使体内氢原子核定能量特定频率的射频信号，使体内氢原子核产生磁共振吸收，当射频消逝后，共振吸收的产生磁共振吸收，当射频消逝后，共振吸收的能量又以微弱的无线电信号释放出来驰豫景能量又以微弱的无线电信号释放出来驰豫景象，用两维坐标的方法检测每一点的信号强象，用两维坐标的方法检测每一点的信号强度，以灰阶表示信号强度来显示人体断面影像度，以灰阶表示信号强度来显示人体断面影

2、像的方法。的方法。 MRI的优点：的优点：1、高对比度分辨力图像，类似真实解剖、高对比度分辨力图像，类似真实解剖图；图；2、不运用放射线源；、不运用放射线源；3、可恣意三维重建图像；、可恣意三维重建图像；4、可显示血管影像；、可显示血管影像；5、无创性检查。、无创性检查。 第一节第一节 MRI MRI的开展概略的开展概略 1946年由美国斯坦福和哈佛的两位教年由美国斯坦福和哈佛的两位教授授Bloch、Purcell共同发现核磁共振景共同发现核磁共振景象，并运用于物质化学构造的分析核磁象，并运用于物质化学构造的分析核磁共振波谱仪，这一伟大的发现，他们在共振波谱仪，这一伟大的发现，他们在1952年

3、获得诺贝尔物理奖。年获得诺贝尔物理奖。 核磁共振技术在物质构造磁研讨中发现含核磁共振技术在物质构造磁研讨中发现含液体的物质氢核为主可获强质子共振信号，液体的物质氢核为主可获强质子共振信号，而且不同的含液物质可获得不同的驰豫时间，而且不同的含液物质可获得不同的驰豫时间，许多研讨者很快认识到将许多研讨者很快认识到将MR运用于人体的物质运用于人体的物质构造，直至构造，直至1973年由年由Lanterbur研讨利用梯度磁研讨利用梯度磁场修正主磁场获得空间定位二维场修正主磁场获得空间定位二维MR定位，定位，并获得水模成像，并获得水模成像，1983年运用于人体断面成像年运用于人体断面成像的样机问世，经过十

4、多年的研讨改良，已能显的样机问世，经过十多年的研讨改良，已能显示类似人体解剖非常逼真的重建图像。示类似人体解剖非常逼真的重建图像。 第二节第二节 MRI MRI的根本原理的根本原理 一、原子核及其在磁场内的特征一、原子核及其在磁场内的特征 物质由分子组成分子间有晶格构造，物质由分子组成分子间有晶格构造，分子由原子组成，人体中有大量元素。分子由原子组成，人体中有大量元素。 表表1 与诊断有关的元素与诊断有关的元素MR特征特征 氢核只需一个质子和核外电子，可看氢核只需一个质子和核外电子，可看成球体，表中可看出氢核的旋核比成球体，表中可看出氢核的旋核比特特征参数最高，自然界内相对含量高，相征参数最高

5、，自然界内相对含量高，相对敏感性最高，在人体内对敏感性最高，在人体内70属水份，故属水份，故研讨氢核等于研讨人体，每个氢核就是一研讨氢核等于研讨人体，每个氢核就是一个微观磁体偶极子。个微观磁体偶极子。 许多磁偶极子在有无外加磁场的情况许多磁偶极子在有无外加磁场的情况下陈列不同：无磁场时杂乱无章陈列；有下陈列不同：无磁场时杂乱无章陈列；有磁场时，由于晶格的缘由，有多数磁偶极磁场时，由于晶格的缘由，有多数磁偶极子呈低能态，少数为高能态。子呈低能态，少数为高能态。 氢核在外加磁场下以进动即氢核在外加磁场下以进动即Larmaor进动方式进动方式陈列陈列 0 B0 0：MHz 1 Tesla=10000

6、 Gess B0 为外磁感强度为外磁感强度 一切氢核磁化量的总和为平衡磁化量一切氢核磁化量的总和为平衡磁化量0Z方方向，也就是纵向磁化矢量。向，也就是纵向磁化矢量。 二、磁共振产生原理及驰豫时间二、磁共振产生原理及驰豫时间 合成磁化矢量的氢核其共振频率与外合成磁化矢量的氢核其共振频率与外加磁场强度有关，当磁场强度为加磁场强度有关，当磁场强度为 1 Tesla 时：时： 根据根据Larmor方程，方程，0B042.58MHz 一当对这些磁化失量的氢核施加一当对这些磁化失量的氢核施加42.58MHz射频脉冲射频脉冲RF时，即发生时，即发生磁共振吸收能量磁共振吸收能量 纵向磁化共振吸收纵向磁化共振吸

7、收 氢核由低能态磁力线方向射向氢核由低能态磁力线方向射向高能态反磁力线方向高能态反磁力线方向 纵向磁化共振吸收到一定限制纵向磁化共振吸收到一定限制时，又合成一个新的共振吸收，横向磁时，又合成一个新的共振吸收，横向磁化共振吸收即不同相位的氢核聚拢，合化共振吸收即不同相位的氢核聚拢，合成横向磁化矢量即抵消相互排斥力聚成横向磁化矢量即抵消相互排斥力聚拢同步行进。拢同步行进。 二当中断二当中断RF脉冲后，即发生驰豫景象脉冲后，即发生驰豫景象释放能量，以一样频率的无线电信释放能量，以一样频率的无线电信号发射，经过接纳线圈接纳。号发射，经过接纳线圈接纳。 1、纵向驰豫时间、纵向驰豫时间T1 高能态氢核反方

8、向磁力线逐渐高能态氢核反方向磁力线逐渐倒回到低能态所需时间，也称自旋晶倒回到低能态所需时间，也称自旋晶格驰豫时间抑制晶格阻挠有热能损格驰豫时间抑制晶格阻挠有热能损耗，耗，T1时间长。时间长。 2、横向驰豫时间、横向驰豫时间T2 在纵向驰豫的同时，跟随着横向驰在纵向驰豫的同时，跟随着横向驰豫时间豫时间T2，即在，即在Y平面方向聚拢同步行平面方向聚拢同步行进的氢核要散开，失去同相所需时间，进的氢核要散开，失去同相所需时间，也称自旋自旋驰豫时间无损耗，信也称自旋自旋驰豫时间无损耗，信号强，号强，T2时间短。时间短。T1与与T2合成曲线图合成曲线图长长T1短短T2 控制控制RF脉冲的强度与时间，可得到

9、脉冲的强度与时间，可得到90或或180的脉冲，可使氢核磁化矢量偏转的脉冲，可使氢核磁化矢量偏转90或或180。 人体内不同物质有不同的人体内不同物质有不同的T1、T2时间时间 偏转偏转180后要回复原位时，要抑制晶格后要回复原位时，要抑制晶格阻力，以热能量方式转化，无信号产生，只阻力，以热能量方式转化，无信号产生，只需偏转需偏转90，才有信号产生。，才有信号产生。 纵向与横向磁化矢量的变纵向与横向磁化矢量的变化过程犹如一个螺旋方式总矢化过程犹如一个螺旋方式总矢量变化过程。量变化过程。 这个总矢量变化大小，就是接纳线圈上收这个总矢量变化大小，就是接纳线圈上收到的信号大小，接纳到的到的信号大小，接

10、纳到的MR 信号在信号在 90RF 忽然消逝后最强，这就是自在感应衰减回波信忽然消逝后最强，这就是自在感应衰减回波信号号FID； 三、自在感应衰减三、自在感应衰减 由于由于90脉冲一次激发只能产生一个很脉冲一次激发只能产生一个很短的快速衰减信号，接纳线圈在梯度场的短的快速衰减信号，接纳线圈在梯度场的时间内很难获取空间定位信号，要获得时间内很难获取空间定位信号，要获得MR有用的信号，需运用几个延续有用的信号，需运用几个延续180的的RF 脉脉冲，即获得如以下图的自在衰减回波信号冲，即获得如以下图的自在衰减回波信号自旋回波信号好像回音壁或山谷中听自旋回波信号好像回音壁或山谷中听到的一样。到的一样。

11、 四、影响四、影响T1、T2的物理要素的物理要素 1、温度不重要、温度不重要 2、大分子、大分子 水化层水化层 自在水自在水 惰性惰性 高信号高信号 过度活过度活泼泼 3、顺磁性物质高信号、顺磁性物质高信号 由于人体是恒温动物，故对由于人体是恒温动物，故对T1、T2的的影响小，人体内存在许多大分子化合物，影响小，人体内存在许多大分子化合物，它们与水分子都有一定程度的络合，这些它们与水分子都有一定程度的络合，这些分子的水化层与共振频率相近，可得到不分子的水化层与共振频率相近，可得到不同的短同的短T1即加权像，有利于被区分。即加权像，有利于被区分。 含铁顺磁水物质的产生与病变区的病理生含铁顺磁水物

12、质的产生与病变区的病理生理生化的改动有关，可使理生化的改动有关，可使T1缩短得到高信缩短得到高信号，如血红蛋白的号，如血红蛋白的 Fe3+, 而人为注入的顺磁性而人为注入的顺磁性造影剂造影剂 Gd钆容易使小血管或组织内的钆容易使小血管或组织内的T1、T2缩短，得到缩短，得到T1加强或加强或T2加强即类似加强即类似CT加加强。强。 第三节第三节 MRI MRI成像技术成像技术 一、空间编码与梯度磁场一、空间编码与梯度磁场 人体的任一断面中的每一个点，都包含共人体的任一断面中的每一个点，都包含共振的氢原子核，如何对一个二维的层面将其分振的氢原子核，如何对一个二维的层面将其分解为假设干体素，并测出每

13、一个体素不同的解为假设干体素，并测出每一个体素不同的T1、T2值，好像值，好像 CT层一样将矩阵的每一个体像层一样将矩阵的每一个体像素的素的 CT吸收值计算出来一样，需求对该层面吸收值计算出来一样，需求对该层面的体素信号强度进展空间编码测定。的体素信号强度进展空间编码测定。 运用三个相互垂直的梯度场线圈运用三个相互垂直的梯度场线圈Gx、Gy、Gz修正静态的主磁场，即修正静态的主磁场，即可实现空间编码，梯度场的可实现空间编码，梯度场的Z轴与人体长轴与人体长轴一致，轴一致，X及及Y轴相当于人体轴位断面的轴相当于人体轴位断面的两个坐标。两个坐标。 一层面的选择：好像CT的轴位断面选层一样，可在 Z

14、轴上的梯度场线圈加上具有梯度变化的不同磁场强度普通只需主磁场强度的千分之一，从而修正了从头到脚的主磁场强度，共振频率那么发生相应变化。 二层厚的选择：层面厚度的选择与RF的带宽成正比，如带宽一样，那么与在一样间隔时梯度场的变化范围成反比。 三频率编码及相位编码：三频率编码及相位编码： 好像好像CTCT轴位断面，轴位断面，X X 轴与轴与Y Y轴上有两轴上有两个梯度场线圈，同样有两个梯度变化的磁个梯度场线圈，同样有两个梯度变化的磁场来修正场来修正X X轴与轴与Y Y轴上的主磁场来接纳不同轴上的主磁场来接纳不同频率和不同相位的坐标点上信号强度。频率和不同相位的坐标点上信号强度。 频率编码与相位编码

15、统称空间编码频率编码与相位编码统称空间编码 四灵敏运用3个梯度场线圈，可随便地得到轴位、冠状、矢状面的断层图像，其射频脉冲Gz、 Gy 、Gx的时序关系见图表。 二、脉冲序列与扫描参数二、脉冲序列与扫描参数 单个单个RF脉冲所产生的信号只能表示脉冲所产生的信号只能表示体内质子的分布，对诊断意义不大，由体内质子的分布，对诊断意义不大，由于人体内正常的不同组织构造及异常的于人体内正常的不同组织构造及异常的病变组织都有不同的病变组织都有不同的T1、T2，必需实施，必需实施所谓的脉冲序列。所谓的脉冲序列。 即：即： 1 1、不同强度、不同强度9090与与180180脉冲的搭脉冲的搭配，组合及间隔时间长

16、短；配，组合及间隔时间长短； 2 2、两个脉冲序列之间的间隔时、两个脉冲序列之间的间隔时间间TRTRTime of repextitionTime of repextition 改动上述各参数即为扫描参数，改改动上述各参数即为扫描参数，改动扫描参数就可改动组织的动扫描参数就可改动组织的T1T1、T2T2驰豫驰豫时间或质子密度，即信号强度，最终显时间或质子密度，即信号强度，最终显示出组织的不同对比度差别。示出组织的不同对比度差别。 下面引见临床常见几种脉冲系列：下面引见临床常见几种脉冲系列： 一部份饱合饱合恢复脉冲序列一部份饱合饱合恢复脉冲序列 Partial saturation, PS 短短

17、TR或或T1加权像加权像二反转恢复脉冲系列二反转恢复脉冲系列 inversion recovery, IR 选择适当的选择适当的T1，使某些特定，使某些特定的组织在的组织在MRI上上无信号，那么可无信号，那么可突出该组织内有突出该组织内有信号的病变，获信号的病变，获得的得的T1加权像比加权像比PS方式强。方式强。三自旋回波脉冲系列三自旋回波脉冲系列Spin Echo,SE 选择短选择短长长TR或或TE与与T1或或T2加权加权有关，普通长有关，普通长TR是短是短TR的的三倍，长三倍，长TE是短是短TE的三的三倍。倍。TR1500 msec为长为长TRTE30msec为短为短TETE80msec为

18、长为长TE四快速成像序列四快速成像序列 以上成像的质量如多次激发成像以上成像的质量如多次激发成像所需时间长所需时间长2030分钟，为缩短扫描分钟，为缩短扫描又开发出多种回波序列。又开发出多种回波序列。 如：如：1、快速小角度激发成像、快速小角度激发成像Flash2、稳定态梯度回波采集成像、稳定态梯度回波采集成像GRASS3、梯度回波成像、梯度回波成像Gradient echo4、平面回波成像、平面回波成像EPI第四节第四节 MRI图像的特点图像的特点 一、组织的一、组织的MR特性特性 决议决议MR图像的组织参数有质子密度、图像的组织参数有质子密度、T1及及T2 驰豫时间，是构成图像解剖构驰豫时

19、间，是构成图像解剖构造与病变组织差别的重要要素。造与病变组织差别的重要要素。 IKM0F1T1F2T2 信号信号I的强度与的强度与M0 、T1、T2三者有亲三者有亲密关系密关系一质子密度一质子密度 质子密度像的信号强度除组织固有质子密度像的信号强度除组织固有的特性外，还与磁场强度的特性外，还与磁场强度M0有关，为了有关，为了获得较好的质子密度像，采用部分饱和获得较好的质子密度像，采用部分饱和脉冲序列脉冲序列PS，其中，其中T2无影响，无影响，T1影影响小。质子密度像反映了组织内含氢核响小。质子密度像反映了组织内含氢核的数量多少。的数量多少。 二二T1驰豫时间驰豫时间 人体中各种组织的人体中各种

20、组织的T1驰豫时间的长短驰豫时间的长短主要取决于大分子及其水化层中氢核的相主要取决于大分子及其水化层中氢核的相互作用，也就是含水量及其分子周围的晶互作用，也就是含水量及其分子周围的晶格构造不同。如：格构造不同。如： 1、水、水H2O：全为氢核，分子活泼，：全为氢核，分子活泼，质子旋振频率高于共振频率，质子旋振频率高于共振频率， T1为为 3000 msec，呈低信号，图像呈黑色。，呈低信号，图像呈黑色。2、脑脊液：、脑脊液： 有少量其它分子，主要是水，也是黑有少量其它分子，主要是水，也是黑色；色；3、脂肪：、脂肪： 因含有许多氢质子侧链，晶格规那因含有许多氢质子侧链，晶格规那么，非游离氢质子整

21、体共振频率类似，么，非游离氢质子整体共振频率类似，T1短，短，150 250 msce可获得高信号，图可获得高信号，图像呈白色。像呈白色。4、固体：、固体： 如颅骨含水量少，氢核被束缚程如颅骨含水量少，氢核被束缚程度大，共振频率低，呈低信号，图像呈黑度大，共振频率低，呈低信号，图像呈黑色。色。三三T2驰豫时间驰豫时间 人体中人体中T2驰豫时间的长短取决于横驰豫时间的长短取决于横向磁化强度衰减的快慢，导致信号强弱，向磁化强度衰减的快慢，导致信号强弱，规律如下：规律如下： T2长长 衰减慢衰减慢 信号强信号强 T2短短 衰减快衰减快 信号弱信号弱 由于回波信号只来自横向驰豫，所以由于回波信号只来自

22、横向驰豫，所以T2的长短构成过程中与的长短构成过程中与T1、质子密度都、质子密度都有关系，与有关系，与TR及及TE也有关系。也有关系。T1加权像加权像PD密度图像密度图像T2加权像加权像 二、流动效应流空效应二、流动效应流空效应 1、流动着的血液、流动着的血液10cm/s不能不能产生或产生很低的信号。这种景象有利于产生或产生很低的信号。这种景象有利于垫托血管内腔的轨迹，反之可显示血管，垫托血管内腔的轨迹，反之可显示血管，有造影的效果，主要以大血管为主。有造影的效果，主要以大血管为主。 2、流动着的血液速度、流动着的血液速度1cm/s可可产生反常加强的高信号，类似液体，主要产生反常加强的高信号，

23、类似液体，主要以微血管、病理血管为主，但不能分辨微以微血管、病理血管为主，但不能分辨微血管形状构造。血管形状构造。 上述两种表现是构成流动效应的主要缘上述两种表现是构成流动效应的主要缘由。其它缘由为辅，即：由。其它缘由为辅，即： 流动效应低信号：流动效应低信号： 高速运转高速运转 涡流涡流 奇数回波失相位奇数回波失相位 流动效应高信号：流动效应高信号： 流动反常加强流动反常加强 偶数回波相位重聚偶数回波相位重聚 舒张期假门控景象。舒张期假门控景象。 三、三维立体变换成像三、三维立体变换成像 此法成像与前述的空间编码成像系统此法成像与前述的空间编码成像系统的不同点采用宽频带脉冲鼓励所扫部位的的不

24、同点采用宽频带脉冲鼓励所扫部位的全部体素，同样采用相位编码和频率编码全部体素，同样采用相位编码和频率编码进展信号的采集与重建。进展信号的采集与重建。 四、运动器官的成像处置四、运动器官的成像处置 MRI 好像好像CT成像一样，检查时不能成像一样，检查时不能挪动，对于人体的运动器官和挪动的信号挪动，对于人体的运动器官和挪动的信号搜集，可采用心电门控和呼吸门控，随运搜集，可采用心电门控和呼吸门控，随运动的周期变化有规律地采集信号来提高图动的周期变化有规律地采集信号来提高图像的质量。像的质量。 五、伪影五、伪影 1、人体内要素构成的伪影、人体内要素构成的伪影 运动伪影运动伪影 2、人体外要素构成的伪

25、影、人体外要素构成的伪影 金属物体、静电金属物体、静电 3、MRI系统引起的伪影系统引起的伪影 化学位移，折叠伪影、低信号伪影化学位移，折叠伪影、低信号伪影 六、六、MR波谱波谱 MR波谱必需在波谱必需在1.5T以上的高磁场下，以上的高磁场下，让其它核子用不同射频频率也产生共振吸让其它核子用不同射频频率也产生共振吸收及驰豫，经过波谱特征，在病变定性上收及驰豫，经过波谱特征，在病变定性上起一定作用。起一定作用。 七、七、MRI对比剂对比剂 利用某些物质的高顺磁性特征，缩利用某些物质的高顺磁性特征，缩短短T1、T2 时间的才干，由于时间的才干，由于 T1缩短，缩短，能鉴别信号差别小的组织，能鉴别信

26、号差别小的组织， 同时可得到同时可得到高信号。高信号。T2缩短只能获低信号，故缩短只能获低信号，故MR的的对比剂钆对比剂钆Gd也可看做是也可看做是T1加强对比加强对比剂。剂。常用：常用：Magnevist 马根维显马根维显Omniscan 欧乃影欧乃影 这些造影剂很少有并发症。这些造影剂很少有并发症。第五节第五节 MRI设备设备 MRI主要主要包括磁体、梯包括磁体、梯度系统、射频度系统、射频系统；计算机系统；计算机系统。系统。 一、磁体一、磁体一类型：常导、永磁和超导型一类型：常导、永磁和超导型二磁场强度二磁场强度 400 Goss15000Goss 0.04T1.5T1 Tesla=1000

27、0Goss 0.150.35T 低场常导或永磁低场常导或永磁 0.51.0T 中场超导中场超导 1.5T 以上以上 高场超导高场超导 三磁体是静态磁化的重要部件三磁体是静态磁化的重要部件 二、梯度系统二、梯度系统 前述三个相互垂直前述三个相互垂直X、Y、Z修正主修正主磁场的线圈，用于定位丈量人体空间信磁场的线圈，用于定位丈量人体空间信号，即：号，即：对共振矩阵点进对共振矩阵点进展频率编码及相展频率编码及相位编码以及层面位编码以及层面选择。选择。三、射频系统三、射频系统 1、射频发射机、射频发射机 2、射频接纳机、射频接纳机 3、射频线圈、射频线圈四、计算机硬件与软件四、计算机硬件与软件五、射频屏蔽和磁屏蔽五、射频屏蔽和磁屏蔽第六节第六节 MRI的临床运用的临床运用 对中枢神经系统、脊柱、心血管系对中枢神经系统、脊柱、心血管系统、关节等有很大的价值，临床开发运统、关节等有很大的价值，临床开发运用不断扩展。用不断扩展。 M