磁共振成像原理

1、.MRI，王进军负责155303296842。磁共振成像，磁共振信号，MRI，主要内容： 1，核磁共振原理2，松弛过程，特征容量T1，T2的含义3，MRI空间位置编码4，磁共振信号5，脉冲序列6，图像重建7，GE 1.5T MRI，GE 2.0T OPEN MRI，磁共振成像，MRI。磁共振成像，磁共振成像，MRI。t1加权切片，T2加权切片，磁共振成像，MRI。原子核及其磁特性，原子核的一般特性同位素：由质子数相同，中子数不同的原子核组成的元素h，有三个同位素。只有质子，没有中子的临床核磁共振的主要核。自旋(spin)MRI的基本自旋角动量大小-原子核、质子、中子的

2、方向-自旋轴、自旋磁矩核的自旋运动产生的微磁场-磁旋转比，磁矩和角动量的比-普朗克常数减小，净自旋仅在奇数质子或奇数中子的原子核中产生的自旋磁矩泡腾原理：原子核中质子或中子的自旋对相互抵消，以及。第一节：磁共振现象，第一，旋转：角动量由沿圆周旋转的动量向量的垂直力矩作用。是洗车运动的角速度(反映旋转轴旋转的快速速度)，t是力矩，l是角动量(反映旋转的快速速度)。磁场中的自旋运动1。洗车运动，1，原子核的自旋磁矩，磁场对磁铁的作用，磁矩可以理解为由于电荷旋转而形成的小磁铁的磁强，显然与电荷旋转的角动量有关，与电荷大小同时。2，从磁场到自旋质子的旋转，量子力学表明质子在磁场中形成一定状态时，有图中

3、所示的两种状态。这两种状态的能量不同。这被称为在外部磁场中自旋原子能级的分裂。没有额外磁场时自旋的运动，磁化：在磁场中，样品由外部磁场的作用在磁场方向产生磁力的过程。大小以磁化m表示磁化率。也就是说，在磁场中磁化，产生磁化的样品能力。(磁灵敏度)磁化来源：核自旋磁矩核外电子分布*，自旋核磁矩将能量从外部磁场。自旋核的能量水平，自旋核的能量水平，量子化自旋系统是在外部磁场的作用下，朝向磁场方向的两种能量状态：向上旋转-平行于磁场方向的核磁矩低能状态E(1/2)向下旋转-反转磁场方向的核磁矩高能状态E(-1/2)，磁场对自旋的量子化效应，the effect of irradiation to t

4、he spin system、lower、higher、basic quantum mechanics theory，Spin system after irradiation，basic quantum mechanics theory of Mr .两种能量状态自旋粒子分布是玻尔兹曼公式H :向下旋转状态，上，两个能量状态自旋粒子分布，两个能量状态自旋粒子分布，两个能量状态自旋粒子分布，两个能量状态自旋粒子分布，两个能量状态自旋粒子分布，核系的静态磁，核系的静态磁，核系的静态磁，剩余自旋和净磁化剩余自旋：平衡磁场中向上旋转的核磁矩和向下旋转的核磁矩之间的差值净磁化：平行于磁场方向的剩余磁旋

5、转产生的磁化矢量(宏观磁化矢量)，净磁化生成，影响净磁化矢量的因素净磁化矢量m:自旋的量化分布导致平衡状态样本在磁力线方向形成的稳定磁化矢量。M=b0n/t-常数B0-磁场强度n-单位体积相似体质(组织质子密度)t-绝对温度，核磁矩在净磁场0中产生力矩=0核磁矩的时间变化率，在净磁场0处，核磁矩的运动磁矩在z轴，X-Y平面矢量旋转过程中，z轴矢量方向保持不变。X-Y平面矢量拓扑在z轴方向上不断变化。X-Y平面矢量拓扑不形成宏观磁化矢量。移动时核磁矩的每个分量的运动，在静态磁场中，核磁矩围绕零运动。锥形洗车运动的特征频率拉莫频率0=0拉莫洗车运动核磁矩的洗车0是核种类加上磁场强度，然后。2，磁共

6、振现象，分子，原子或核能水平在外部磁场中分裂后，外部电磁场(电磁波)的频率适当(光子能量适当时)，根据低能量状态的分子，原子或原子核等吸收电磁波的能量转移最高的能量状态来决定，这种现象称为磁共振现象。核磁共振NMR的条件核在洗车运动中吸收外部能量，产生能量准位转移现象的外部能量短RF脉冲激发源RF磁场RF自旋磁矩在主磁场中振荡。核磁共振NMR的条件RF脉冲频率必须与磁场中自旋磁矩的旋转频率相同，宏磁化m的固有频率必须与质子的拉莫频率相同。RF在自旋系统中工作，可以在系统中增加，在RF激发下，宏磁化矢量产生共振NMR。3，磁共振的宏观解释，1，磁化现象：作为宏观物体，包含大量自旋磁矩，即大量的小

7、磁体，但一般物体不对外显示自己，是因为这种小磁铁的混乱排列，磁性相互抵消，对外不显示自己。由于外部磁场的作用，这个磁矩倾向于沿着外部磁场排列，对外显示磁力仪是我们所熟知的磁化现象。RF磁场对激励-自旋系统的作用过程核磁共振核自旋系统吸收相同频率的RF磁场能量，从平衡状态变为激励状态的过程系统激发后的特征：MZ v2洗车频率v1洗车频率，相位编码数学原理，3，不同相位编码渐变周期ty时间后每个复体的进动相位y=ytv=(B0 ygy) TV相位差y=yg ytv=y TV，gy对拓朴的影响，4，t=ty时间，相位编码梯度截止角体被放回相同的外部磁场。洗车频率恢复Gy预作用值Gy推导的洗车相位差保

8、存-相位存储器，相位编码数学原理，3，频率编码：在相位编码接合速度后，在x轴方向添加倾斜磁场GX，以使自旋磁矩相对于其他x坐标的进动频率发生变化，从而根据此进动频率的差值确定x坐标。称为频率编码。通过空间编码后，在MR信号频率、相位、相位变化率不同的每个体素(体素)上，根据这些信息和信号强度正确地重建图像。沿x轴方向应用x倾斜GX。与y轴平行的每个体素复单元进动频率x是x=(B0 xx) x的函数，其中x确定其他进动频率允许的信号已经包含复单元空间位置信息。频率编码数学原理，频率编码数学原理，频率编码阶梯通常仅在出现NMR信号时应用，因此也称为读数或测量阶梯。每个测量周期的频率编码脉冲是相同的

9、。频率编码基本特性，频率编码信号特性，频率编码信号特性，3，磁共振成像系统，1，磁场系统：(1)静态磁场：核心键，大磁场强度要求1T，高均匀性要求，一般高超导电磁生成，维护成本高。也是磁共振系统的关键。(2)倾斜磁场(3):比静态磁场小很多，约1%的空间编码磁场。2，发射频率系统：由RF发生器、RF接收器、控制系统组成。3，图像重建系统：核心是计算机处理系统。，静态磁场的成像对象，z轴方向的倾斜磁场选择级别，x轴方向的倾斜磁场频率编码，y轴方向的倾斜磁场相位编码，信号采集，信号处理，获取数字图像，维图像显示，磁共振成像过程框图。磁共振成像过程，1，倾斜周期和成像定时，1，t=0小时Gz开；由G

10、z确定的特定平面限制的90 RF脉冲激励同时生成；刺激水平宏磁化矢量m反向xoy面2，t=t1瞬时Gz关闭；添加相位编码渐变Gy t1至t2 Gz周期；相位编码渐变脉宽ty=t2-t1出现FID信号，但暂时不检测ty，这称为准备周期。3，t=t2小时，Gy关闭，Gz重新打开限制180重聚焦脉冲仅在指定级别操作4，t=t3小时，频率编码渐变Gx显示t3至t5 Gx持续时间；样品从回波信号的峰值开始测试期间。GX的脉冲宽度tx=t5- t3，5，t5t6延迟时间等待宏磁化矢量Mz恢复到正常状态值M0。为下一次扫描准备t0至T6-每个扫描周期t0至T4-回显时间TE，2、MRI图像重建过程、2、MR

11、I图像重建过程、frequency and phase are key parameter in Mr imaging，The spatial information of The proton pools contributing Mr signal is determined by The selection，Gradient Magnetic Field，Gradient coils generate spatially varying Magnetic Field so that spins at different location precess at frequens、x gra

12、dient y gradient z gradient、x、y、z、x、x、y，A simple example of spatial encoding，spatial decoding of the Mr sigal、frequency decomposion、使用专用图像处理计算机(图像处理器)进行图像重建的2DFT成像方法，图像重建主要是快速傅立叶变换(FFT，the fast Fourier transform)。FFT包含行和列两个方向，以及很多运算。FFT的快速速度基本上决定了图像重建的速度。3，重建图像，每个图像对应两个原始数据矩阵。信号的实际矩阵，信号的虚拟矩阵。傅立叶转换器恢

13、复实际和虚拟矩阵、行和列、具有位置信息的实际和虚拟图像矩阵、图像处理器对两个矩阵的相应点建模以导出新矩阵(模式矩阵，行和列数分别为l和c)，模式矩阵中的元素值大小可以用作亮度所需的图像，与每个体素NMR信号强度成正比，iii:磁共振成像的质量控制，1，信噪比：准确信号和噪声信号的比例。影响因素主要包括能级分裂间隔(根据磁场大小确定)、体素大小、自旋芯密度、T2、接收线圈形状、样品和线圈温度等。增加v将提高信噪比，但降低空间分辨率。增加磁场强度会提高信噪比，提高对磁场的要求，同时提高RF能量，提高人体剂量。2，均匀性：主要由静态磁场B0的均匀性决定。因为人体内磁环境的差异很小，静态磁场的微小不均

14、匀性掩盖了这种差异。静态磁场的不均匀性要求数百万分之一。第三，线性度：取决于梯度磁场的线性度。第四，空间分辨率：表示个别元素的大小，主要由传感器对三个倾斜磁场的倾斜和静态磁场和频率差的分辨能力决定。五、对比。Mri图像有三种权重图像，可以根据情况选择相应的权重图像。例如，以氢原子核为例，除了骨头以外，人体内其他组织的水分含量差异不大。也就是说，虽然加权图像的对比度不大，但病变组织和正常组织T1、T2的差异很大，因此可以使用T1或T2加权图像。如果需要，可以使用造影剂提高对比度。讨论：磁共振成像的优缺点。优点：多参数成像，诊断信息丰富；无电离辐射，安全；强大的组织分辨率；很容易观察心脏和血管系统

15、(不需要造影剂)；扫描(切片)很灵活。缺点：扫描时间长，空间分辨率不理想。iv:由脉冲序列组成，磁共振成像的脉冲序列是各种参数测量技术的总称。质子密度、T1、T2缓解时间和流动效果是组织的固有参数，从而可以了解组织结构和功能状态。在MR中，参数测量通过90或180 RF脉冲和倾斜脉冲的适当排列进行。脉冲幅度、宽度、间隔时间、应用顺序直接影响信号生成和空间编码。MRI信号强度取决于多个参数，多个参数对信号的贡献可以由RF脉冲的大小(形状)、倾斜脉冲的幅度和宽度、数据收集时间等控制。设定脉冲序列，RF脉冲，设定倾斜脉冲序列，脉冲参数，设定计时，特定带宽、特定范围的RF脉冲和倾斜脉冲的有机组合典型的MRI序列包括自旋准备和信号生成两个功能单元，1，脉冲序列配置，2、脉冲序列分类、进料信号的顺序按检测信号类型