磁共振成像技術(shù)-基本原理

1、AcceleratorAcceleratorEXCITE Technology磁共振成像技術(shù)基本原理什么是磁共振成像（什么是磁共振成像（MRIMRI）？）？ 1. 1. 2. 2. 3. 3.磁磁共振共振成像成像MagneticResonanceImaging磁場(chǎng)人體圖像人體富含人體富含H2OH+共振發(fā)生的地方共振發(fā)生的地方采集信號(hào)采集信號(hào)-形成圖像形成圖像磁磁 1. 1.磁場(chǎng)磁場(chǎng)北極北極南極南極NS1.51.5T T超導(dǎo)磁體超導(dǎo)磁體地球地球磁磁地磁、磁鐵、核磁地磁、磁鐵、核磁磁磁磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度磁磁磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度磁磁廣東醫(yī)附院廣東醫(yī)附院1.51.5T T超導(dǎo)磁體超導(dǎo)磁體臨床磁場(chǎng)強(qiáng)度臨床磁場(chǎng)

2、強(qiáng)度: : 0.05 0.053T3T低場(chǎng)低場(chǎng): 0.3: 0.3T T中場(chǎng)中場(chǎng): : 0.30.3T, 1.0TT, 1.0T高場(chǎng)高場(chǎng): : 1 1.0.0T T磁磁GEGE公司公司3 3.0.0T T超導(dǎo)磁體超導(dǎo)磁體0.35T 0.2T 0.7T永磁體永磁體常見(jiàn)常見(jiàn)MRMR機(jī)機(jī)0.5T1.5T1.0T3.0T磁磁2. 2.共振的概念共振的概念G 共振：用一種頻率與進(jìn)動(dòng)頻率相同的射頻脈沖激用一種頻率與進(jìn)動(dòng)頻率相同的射頻脈沖激 發(fā)所檢查的原子核將引起共振。發(fā)所檢查的原子核將引起共振。GCDEFGABCDEFGAB共振共振 共振條件共振條件person in magnetic fieldmagn

3、et質(zhì)子質(zhì)子磁場(chǎng)磁場(chǎng)射頻射頻進(jìn)動(dòng)頻率進(jìn)動(dòng)頻率GG共振共振RFTransceiverperson in magnetic fieldmagnetbefore transmitting RF共振共振person in magnetic fieldRFTransceiverRF Pulsetransmitting RF共振共振person in magnetic fieldRFTransceiverMR Signalafter transmitting RF共振共振Proton質(zhì)子質(zhì)子Electron電子電子1H人體人體MRMR成像的物質(zhì)基礎(chǔ)成像的物質(zhì)基礎(chǔ)- -原子核（原子核（1 1HH）Billi

4、ons of Hydrogen Atoms in the body人體由大量氫原子構(gòu)成共振共振什么是進(jìn)動(dòng)頻率？什么是進(jìn)動(dòng)頻率？原子核的磁性原子核的磁性 含有單數(shù)質(zhì)子、單數(shù)中子或兩者均為單數(shù)的原含有單數(shù)質(zhì)子、單數(shù)中子或兩者均為單數(shù)的原子核，其自旋可產(chǎn)生磁場(chǎng)，其方向的強(qiáng)度稱為子核，其自旋可產(chǎn)生磁場(chǎng)，其方向的強(qiáng)度稱為磁矩磁矩。 生物體內(nèi)含生物體內(nèi)含1 1H H、1313C C、1919F F、2323NaNa、3131P P等有磁性的元等有磁性的元素，其中以素，其中以1 1H H的研究和使用最多。的研究和使用最多。共振共振 在主磁場(chǎng)中，在主磁場(chǎng)中， 1 1H H 原子核在繞自身原子核在繞自身軸旋轉(zhuǎn)時(shí)

5、，又沿主磁場(chǎng)方向做圓周運(yùn)動(dòng)，將質(zhì)子軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，又沿主磁場(chǎng)方向做圓周運(yùn)動(dòng)，將質(zhì)子磁矩的這種運(yùn)動(dòng)稱為磁矩的這種運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)動(dòng)或旋進(jìn)進(jìn)動(dòng)或旋進(jìn)。 宏觀磁矩也做進(jìn)動(dòng)，其頻率宏觀磁矩也做進(jìn)動(dòng)，其頻率 ，可用，可用LarmorLarmor公式表示：公式表示： B B0 0 為主磁場(chǎng)強(qiáng)度，為主磁場(chǎng)強(qiáng)度，r r 為為磁旋比磁旋比 42.542.5兆赫兆赫/T/T共振共振進(jìn)動(dòng)頻率進(jìn)動(dòng)頻率陀螺陀螺共振共振陀螺進(jìn)動(dòng)陀螺進(jìn)動(dòng)質(zhì)子進(jìn)動(dòng)質(zhì)子進(jìn)動(dòng)Z X Y 質(zhì)子在磁場(chǎng)中：進(jìn)動(dòng)速度非?？欤缭趫?chǎng)強(qiáng)質(zhì)子在磁場(chǎng)中：進(jìn)動(dòng)速度非?？?，例如在場(chǎng)強(qiáng)1.0T1.0T的的磁場(chǎng)中，質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率為磁場(chǎng)中，質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率為42.5MHz42.5M

6、Hz，即每秒圍繞，即每秒圍繞Z Z軸軸進(jìn)動(dòng)四千二百多萬(wàn)次。進(jìn)動(dòng)四千二百多萬(wàn)次。 共振共振質(zhì)子磁矩質(zhì)子磁矩NS質(zhì)子帶正電荷，具有自旋性（就像旋轉(zhuǎn)中的地球），質(zhì)子帶正電荷，具有自旋性（就像旋轉(zhuǎn)中的地球），并有自己的磁場(chǎng)，自然狀態(tài)下，各個(gè)質(zhì)子的磁場(chǎng)方向并有自己的磁場(chǎng)，自然狀態(tài)下，各個(gè)質(zhì)子的磁場(chǎng)方向（自旋軸方向）處于雜亂無(wú)章的排列狀態(tài)，宏觀磁矩（自旋軸方向）處于雜亂無(wú)章的排列狀態(tài)，宏觀磁矩M=0M=0。 共振共振宏觀磁矩宏觀磁矩NS當(dāng)質(zhì)子進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)子將重新排列，大多數(shù)質(zhì)子當(dāng)質(zhì)子進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)子將重新排列，大多數(shù)質(zhì)子（低能態(tài)）自旋軸方向平行于磁場(chǎng)方向，少數(shù)質(zhì)子（低能態(tài)）自旋軸方向平行于磁場(chǎng)方向，少數(shù)

7、質(zhì)子（高能態(tài)）反向，宏觀磁矩為（高能態(tài)）反向，宏觀磁矩為MzMz。 共振共振宏觀磁矩宏觀磁矩射頻脈沖射頻脈沖9090RFRF的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：MxyMxy衰減快，信號(hào)難以采集衰減快，信號(hào)難以采集，自由感應(yīng)衰減（，自由感應(yīng)衰減（FIDFID）MxyMz共振共振180180RFRF的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：1 1、MxyMxy重聚焦，信號(hào)得以采集，重聚焦，信號(hào)得以采集， 2 2、在、在TE/2TE/2激發(fā)激發(fā) 3 3、MxyMxy的衰減，是由于質(zhì)子失相位的衰減，是由于質(zhì)子失相位MxyMz去相位去相位復(fù)相位復(fù)相位共振共振 核核 磁磁 馳馳 豫豫 射頻脈沖符合頻率，被激勵(lì)的質(zhì)子群發(fā)射頻脈沖符合頻率，被激勵(lì)的質(zhì)子群

8、發(fā)生共振，宏觀磁化矢量（生共振，宏觀磁化矢量（M M）離開(kāi)平衡狀態(tài)，）離開(kāi)平衡狀態(tài)，當(dāng)脈沖停止后，宏觀磁化矢量又自發(fā)地回復(fù)當(dāng)脈沖停止后，宏觀磁化矢量又自發(fā)地回復(fù)平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)， 這個(gè)過(guò)程稱為這個(gè)過(guò)程稱為“核磁馳豫核磁馳豫”。 馳豫過(guò)程可用兩個(gè)值描述：馳豫過(guò)程可用兩個(gè)值描述： 縱向馳豫時(shí)間縱向馳豫時(shí)間（T1T1） 橫向馳豫時(shí)間橫向馳豫時(shí)間（T2T2）共振共振MzT1T1（縱向弛豫時(shí)間）：（縱向弛豫時(shí)間）：9090脈沖停止后，脈沖停止后，MzMz達(dá)到其最終平達(dá)到其最終平衡狀態(tài)衡狀態(tài)63%63%的時(shí)間。的時(shí)間。T2T2（橫向弛豫時(shí)間）：（橫向弛豫時(shí)間）： 9090脈沖停止后，脈沖停止后，MxyM

9、xy衰減到原來(lái)值衰減到原來(lái)值的的37%37%的時(shí)間。的時(shí)間。MxyMz T1 63 T2 37 核磁弛豫核磁弛豫Mz，MxyMXY 共振共振弛豫時(shí)間（弛豫時(shí)間（T1T1、T2T2）與）與MRIMRI成像成像 不同組織間的不同組織間的T1T1、T2T2值有差別，又相對(duì)值有差別，又相對(duì)固定，這是固定，這是MRMR的成像基礎(chǔ)，用不同的灰的成像基礎(chǔ)，用不同的灰度表示。度表示。 MRIMRI圖像主要反映組織間的圖像主要反映組織間的T1T1的差別，為的差別，為T1T1加權(quán)（加權(quán)（T1 weighted imaging, T1WI)T1 weighted imaging, T1WI)。 主要反映組織間的主要反映組織間的T2T2的差別，為的差別，為T2T2加權(quán)加權(quán)（T1 weighted imaging, T2WI)T1 weighted imaging, T2WI)。共振共振 3. 3.成像成像人體人體受到射頻脈沖受到射頻脈沖產(chǎn)生共振、產(chǎn)生共振、弛豫弛