磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)培訓(xùn)課件

1、磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)MR按主磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分類MRI圖像信噪比與主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)成正比低場(chǎng): 小于0.5T中場(chǎng)：0.5T1.0T高場(chǎng): 1.0T2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）超高場(chǎng)強(qiáng)：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)2MR按主磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分類磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)2開(kāi)放式磁共振機(jī)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)3開(kāi)放式磁共振機(jī)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)3線 圈磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)4線 圈磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)4概述1930年美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的I.Rabi發(fā)現(xiàn)，處于磁場(chǎng)中的原子核受到電磁波的作用后，自旋方向會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。1946年美國(guó)斯坦福大學(xué)的F.Bloc

2、h和哈佛大學(xué)的E.Purcell發(fā)現(xiàn)原子核的磁共振躍遷現(xiàn)象。1952年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)諾丁漢大學(xué)P.Mansfield發(fā)展了在穩(wěn)定磁場(chǎng)中使用附加梯度磁場(chǎng)的理論。1973年美國(guó)紐約州立大學(xué)P.Lauterber利用磁共振原理，獲得一幅二維磁共振圖像。為此2003年兩人獲得諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1978年獲得第一幅人體頭部磁共振圖像，隨后獲得胸部、腹部的磁共振圖像。1980年，磁共振成像開(kāi)始應(yīng)用于臨床。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)5概述1930年美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的I.Rabi發(fā)現(xiàn)，處于磁場(chǎng)中 MRI（magnetic resonance imaging）：是利用射頻（radio frequency，

3、RF）電磁波（脈沖序列）對(duì)置于靜磁場(chǎng)B0中的含有自旋不為零的原子核（1H）的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振，用感應(yīng)線圈檢測(cè)技術(shù)獲得組織弛豫信息和質(zhì)子密度信息（采集共振信號(hào)），用梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位、通過(guò)圖像重建，形成磁共振圖像的方法和技術(shù)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)6 MRI（magnetic resonance imagMRI的特點(diǎn) 1具有較高的組織對(duì)比度和組織分辨力：對(duì)腦和軟組織分辨率極佳，能清楚地顯示軟組織、軟骨結(jié)構(gòu)，解剖結(jié)構(gòu)和病變形態(tài)顯示清楚、 逼真； 2多方位成像：能對(duì)被檢查部位進(jìn)行橫斷面 、冠狀面、矢狀面以及任何斜面成像，且不必變動(dòng)病人體位； 3 多參數(shù)成像：獲取T1加權(quán)像（T1WI）；

4、T2加權(quán)像（T2WI）、質(zhì)子密度加權(quán)像（PDWI），在影像上取得組織之間、組織與病變之間在T1、T2、T2*和PD上的信號(hào)對(duì)比，對(duì)顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變敏感；磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)7MRI的特點(diǎn) 1具有較高的組織對(duì)比度和組織分辨力：對(duì)腦和軟 4能進(jìn)行形態(tài)學(xué)、功能、組織化學(xué)和生物化學(xué)方面的研究。 5多種特殊成像：如各種血管影像、水成像、脂肪抑制成像。血管影像可以顯示顱內(nèi)的大多數(shù)血管，可無(wú)創(chuàng)性地作出血管性疾病的診斷。 6以射頻脈沖作為成像的能量源：不使用電離輻射，對(duì)人體安全、無(wú)創(chuàng)； 7 流動(dòng)測(cè)量：可以對(duì)腦脊液和血液的流動(dòng)作定量分析，可以提供一組有關(guān)流動(dòng)的非形態(tài)學(xué)信息。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)8 4能進(jìn)

5、行形態(tài)學(xué)、功能、組織化學(xué)和生物化學(xué)方面的研究。磁共正常顱腦磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)9正常顱腦磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)9主 要 用 途 1用于各種疾病的檢查 ：特別適合于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、頭頸部、肌肉關(guān)節(jié)系統(tǒng)以及心臟大血管系統(tǒng)的檢查，也適于縱隔、腹腔、盆腔實(shí)質(zhì)器官及乳腺的檢查。顱頸交界區(qū)、顱底、后顱窩及椎管內(nèi)病變最佳檢查方式。 對(duì)腦瘤、腦血管病、感染疾病、腦變性疾病和腦白質(zhì)病、顱腦先天發(fā)育異常等均具有極高的敏感性，發(fā)現(xiàn)病變優(yōu)于CT；磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)10主 要 用 途 1用于各種疾病的檢查 ：特別適合于中樞神經(jīng) 2可以評(píng)價(jià)血液和腦脊液的流動(dòng)： MRA（magnetic resonance angio

6、graphy）技術(shù)顯示頭頸部血管狹窄、閉塞、畸形以及顱內(nèi)動(dòng)脈。 3可進(jìn)行彌散成像、灌注成像以及腦皮層活動(dòng)功能成像。 4可進(jìn)行MR波譜成像，分析組織的化學(xué)結(jié)構(gòu)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)11 2可以評(píng)價(jià)血液和腦脊液的流動(dòng)： MRA（magnetic不 足 1. 空間分辨力較低，尤其是與CT等成像手段相比。 2.對(duì)帶有心臟起搏器或體內(nèi)帶有鐵磁性物質(zhì)的病人不能進(jìn)行檢查；危重癥病人不能進(jìn)行檢查； 3.對(duì)鈣化的顯示遠(yuǎn)不如CT，難以對(duì)病理性鈣化為特征的病變作診斷； 4. 常規(guī)掃描信號(hào)采集時(shí)間較長(zhǎng)，使胸、腹檢查受到限制； 5. 對(duì)質(zhì)子密度低的結(jié)構(gòu)，如肺、皮質(zhì)骨顯示不佳； 6 設(shè)備昂貴。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)1

7、2不 足 1. 空間分辨力較低，尤其是與CT等成像手段相比。發(fā)生磁共振現(xiàn)象的基本條件 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)13發(fā)生磁共振現(xiàn)象的基本條件 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)13產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象的基本條件 核磁共振信號(hào)產(chǎn)生三個(gè)基本條件： 1能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核； 2恒定的靜磁場(chǎng)（外磁場(chǎng)、主磁場(chǎng)）； 3產(chǎn)生一定頻率電磁波的交變磁場(chǎng)（射頻磁場(chǎng)RF）。 “核” ：共振躍遷的原子核 “磁” ：主磁場(chǎng)B0和射頻磁場(chǎng)RF “共振” ：當(dāng)射頻磁場(chǎng)的頻率與原子核進(jìn)動(dòng)的頻率一致時(shí)原子核吸收能量，發(fā)生能級(jí)間的共振躍遷。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)14產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象的基本條件 核磁共振信號(hào)產(chǎn)生三個(gè)基本條件：一、原子核的自旋與磁

8、矩 原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成 電子、質(zhì)子、中子有自旋特性 自旋(spin) 原子核具有磁矩的原因。 1自旋：原子核及質(zhì)子圍繞自身軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 由于質(zhì)子帶正電荷，原子核旋轉(zhuǎn)同時(shí)產(chǎn)生電流，這種旋轉(zhuǎn)與圓線圈中的電流類似，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)15一、原子核的自旋與磁矩 原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成 磁共振成磁場(chǎng)帶電原子核的自旋帶電原子核的自旋產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)的方向由環(huán)形電流的法拉第右手螺旋法則確定磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)16磁場(chǎng)帶電原子核的自旋帶電原子核的自旋產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)的方向由環(huán)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)17磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)172、原子核的磁矩磁矩是一個(gè)矢量，有方向和大小。并非所有的原子核均發(fā)

9、生磁共振現(xiàn)象，只有具備磁矩的原子核才能在一定條件下發(fā)生磁共振現(xiàn)象。每個(gè)原子核都具有特定的能級(jí)，它與自旋量子數(shù)S的特性有關(guān)。氫原子核具有兩個(gè)能態(tài)，兩個(gè)能態(tài)方向相反。任何存在奇數(shù)質(zhì)子、中子或質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和為奇數(shù)的原子核均存在磁矩。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)182、原子核的磁矩磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)18磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向自旋方向質(zhì)子的自旋方向決定磁場(chǎng)方向配對(duì)質(zhì)子自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)凈磁場(chǎng)為零奇數(shù)質(zhì)子產(chǎn)生凈磁場(chǎng)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)19磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向自旋方向質(zhì)子的自旋方向決定磁場(chǎng)方向配對(duì)質(zhì)子自二、靜磁場(chǎng) （一）靜磁場(chǎng)中的作用 自然狀態(tài)下質(zhì)子的排列處于無(wú)序狀態(tài)，其磁矩的軸也是以隨機(jī)方式排列，彼此之間的磁場(chǎng)互相

10、抵消，物質(zhì)不顯示磁性。無(wú)靜磁場(chǎng)時(shí)質(zhì)子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生凈磁場(chǎng)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)20二、靜磁場(chǎng) （一）靜磁場(chǎng)中的作用 無(wú)靜磁場(chǎng)時(shí)質(zhì)子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)人體如果置于一個(gè)強(qiáng)大的靜磁場(chǎng)（B0）會(huì)出現(xiàn)：質(zhì)子沿B0的方向排列，產(chǎn)生凈磁化矢量質(zhì)子在自旋的同時(shí)，以B0的磁力線為軸進(jìn)行“進(jìn)動(dòng)”或稱“自旋”。B0B0磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)21人體如果置于一個(gè)強(qiáng)大的靜磁場(chǎng)（B0）會(huì)出現(xiàn)：B0B0磁共振成 把物質(zhì)置入一強(qiáng)大的外磁場(chǎng)B0內(nèi)時(shí)，質(zhì)子的自身磁場(chǎng)被強(qiáng)大的B0規(guī)范，質(zhì)子的南、北極向?qū)⒈黄妊谺0方向排列。 一部分低能態(tài)質(zhì)子的磁矩與B0方向一致，另一部分高能態(tài)質(zhì)子的與B0方向相反，而且與B0同向排列的質(zhì)子數(shù)略多于反向質(zhì)子

11、數(shù)。 物質(zhì)在B0作用下，在磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生磁性的過(guò)程稱磁化，其大小稱為磁化強(qiáng)度。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)22 把物質(zhì)置入一強(qiáng)大的外磁場(chǎng)B0內(nèi)時(shí)，質(zhì)子的自身磁場(chǎng)被強(qiáng)大的B磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)23磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)23B0NSM0凈磁化矢量1234567tB0作用下形成凈磁場(chǎng)凈磁化矢量隨時(shí)間變化的曲線以指數(shù)曲線的形式進(jìn)行增長(zhǎng)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)24B0NSM0凈磁化矢量1234567tB0作用下形成凈磁場(chǎng)凈質(zhì)子在靜磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng) 自旋核有一定的自旋角動(dòng)量P和磁矩，在B0作用下，將如旋轉(zhuǎn)陀螺在地球引力場(chǎng)中旋進(jìn)一樣運(yùn)動(dòng)，稱自旋核的進(jìn)動(dòng)。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)25質(zhì)子在靜磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng) 自旋核有一定的

12、自旋角動(dòng)量P和磁矩，在 取Z軸沿著B(niǎo)0方向，設(shè)與B0間的夾角為，的各坐標(biāo)分量如圖所示。 Z為常數(shù)，說(shuō)明在Z軸上的投影是不變的。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)26 取Z軸沿著B(niǎo)0方向，設(shè)與B0間的夾角為，的各坐標(biāo)分量 質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)過(guò)程，Z軸代表B0磁力線方向，箭頭代表某一方向的自旋質(zhì)子的矢量即質(zhì)子的 ，其長(zhǎng)短代表的大小。 質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的頻率非常快，每秒進(jìn)動(dòng)的次數(shù)稱“進(jìn)動(dòng)頻率”（precession frequency）。 進(jìn)動(dòng)頻率不是一個(gè)常數(shù)，是與所在B0的場(chǎng)強(qiáng)相關(guān)，即B0越強(qiáng)進(jìn)動(dòng)頻率越快，用拉莫方程表示： 1.0Tesla場(chǎng)強(qiáng)中1H的進(jìn)動(dòng)頻率為42.5MHz。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)27 質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)過(guò)程，

13、Z軸代表B0磁力線方向，箭頭代表某一方向的磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)28磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)28 所有置于B0內(nèi)的質(zhì)子，絕大多數(shù)沿與B0平行方向或反平行方向排列，其磁力互相抵消，僅處于低能級(jí)的數(shù)目略多于處于高能級(jí)的那一小部份質(zhì)子，其磁力沒(méi)有抵消而得以保持。 這些質(zhì)子排列方向相同，其矢量疊加，形成一個(gè)相應(yīng)的凈宏觀磁化矢量M0，該磁化矢量與B0方向（Z軸）相同，稱“縱向磁化矢量”MZ（longitudinal magnetization）。 MZ可被用于磁共振成像。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)29 所有置于B0內(nèi)的質(zhì)子，絕大多數(shù)沿與B0平行方向或反平行方向磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)30磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)

14、30磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)31磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)31靜磁場(chǎng)的類型外加靜磁場(chǎng)B0是由一個(gè)龐大的磁體產(chǎn)生的，磁場(chǎng)強(qiáng)度以tesla（T）表示。 根據(jù)磁體的設(shè)計(jì)分類：超導(dǎo)型 永磁型 常導(dǎo)型根據(jù)磁體的場(chǎng)強(qiáng)分類：超高場(chǎng)（4.0-7.0T） 高場(chǎng)（1.5-3.0T） 中場(chǎng)（0.5-1.4T） 低場(chǎng)（0.2-0.4T） 超低場(chǎng)（0.2T）磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)32靜磁場(chǎng)的類型外加靜磁場(chǎng)B0是由一個(gè)龐大的磁體產(chǎn)生的，磁場(chǎng)強(qiáng)度超導(dǎo)型磁體 由導(dǎo)線纏繞成圓桶狀線圈，通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)磁力線方向與磁體圓桶的軸平行，與檢查病人的長(zhǎng)軸平行。 磁體的導(dǎo)線是由超導(dǎo)材料制成的，沒(méi)有電阻，不消耗電能。為了保持其超導(dǎo)狀態(tài)，導(dǎo)線

15、必須浸泡在液氦中（溫度為4.2K，即269）。 優(yōu)點(diǎn)：磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)較高，達(dá)0.357.0T，臨床一般使用0.5T3.0T；磁場(chǎng)的均勻度好，穩(wěn)定性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：不斷地消耗液氦等冷卻劑，日常維護(hù)價(jià)格較高。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)33超導(dǎo)型磁體 由導(dǎo)線纏繞成圓桶狀線圈，通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)磁力永磁型磁體 由鐵磁性物質(zhì)組成，制造時(shí)通過(guò)勵(lì)磁誘發(fā)出較強(qiáng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)磁力線方向與磁體孔垂直，與檢查病人的長(zhǎng)軸垂直。 優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用低，不消耗電能，不需要補(bǔ)充冷卻劑；磁力線垂直，可使用螺線管射頻線圈，有利于提高圖像的信噪比；容易制成開(kāi)放式磁體，減少了病人幽閉恐懼癥的發(fā)生，并且有利于關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)檢查和MR導(dǎo)引下的介入治療

16、。 缺點(diǎn)：磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)較低，臨床使用的多為0.20.35T；磁場(chǎng)的均勻度較差，穩(wěn)定性低。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)34永磁型磁體 由鐵磁性物質(zhì)組成，制造時(shí)通過(guò)勵(lì)磁誘發(fā)出較強(qiáng)的磁場(chǎng)常導(dǎo)型磁體 與超導(dǎo)型一樣也是由導(dǎo)線纏繞成圓桶狀線圈，通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)磁力線方向與磁體圓桶軸平行，與檢查病人的長(zhǎng)軸平行，也有與之垂直者。 磁體的導(dǎo)線不是由超導(dǎo)材料制成的，有明顯的電阻，消耗電能。 優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)較低，不需要補(bǔ)充冷卻劑；可隨時(shí)切斷電源，關(guān)閉磁場(chǎng)。 缺點(diǎn)：需要消耗大量的電能，而且產(chǎn)熱量大；磁場(chǎng)只能達(dá)到中、低場(chǎng)強(qiáng)，臨床使用的多為0.20.5T，磁場(chǎng)的均勻度較低。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)35常導(dǎo)型磁體 與超導(dǎo)型一樣也是

17、由導(dǎo)線纏繞成圓桶狀線圈，通電后產(chǎn)三、射頻脈沖 RF脈沖是一種電磁波，MRI中僅作短促的發(fā)射。 MRI中的射頻脈沖必須具備條件：射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的旋進(jìn)頻率相同。 已知B0及1H的值，可根據(jù)拉莫爾方程計(jì)算出使B0中的1H產(chǎn)生共振所需要的RF脈沖頻率。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)36三、射頻脈沖 RF脈沖是一種電磁波，MRI中僅作短促的發(fā)射。RF脈沖作用 翻轉(zhuǎn)縱向磁化矢量90翻轉(zhuǎn)180翻轉(zhuǎn)部分翻轉(zhuǎn) 形成橫向磁化矢量磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)37RF脈沖作用 翻轉(zhuǎn)縱向磁化矢量磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)37RF脈沖作用 向B0內(nèi)的1H施加有拉莫爾頻率的RF脈沖，發(fā)生MR后產(chǎn)生兩個(gè)作用：（1）低能級(jí)質(zhì)子吸收RF脈沖

18、能量后躍遷到高能級(jí)，使在B0中排列方向由同向變?yōu)榉聪颍窒嗤瑪?shù)目低能級(jí)質(zhì)子的磁力， MZ變??；（2）受RF脈沖的磁化作用，旋進(jìn)質(zhì)子趨向于射頻磁場(chǎng)方向變?yōu)橥?、同速運(yùn)動(dòng)，即處于“同相”（inphase）。在XY平面上疊加起來(lái)，形成橫向磁化（transverse magnetization）矢量MXY， MXY繼續(xù)繞Z軸旋進(jìn)。新的M0偏離了Z軸。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)38RF脈沖作用 向B0內(nèi)的1H施加有拉莫爾頻率的RF脈沖，發(fā)生磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)39磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)39磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)40磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)40 射頻脈沖是一個(gè)在XY平面的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1，磁場(chǎng)方向垂直于Z軸，沿

19、XY平面以拉莫爾頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。 在B1的作用下，M開(kāi)始繞B1軸旋進(jìn)，結(jié)果由Z軸逐漸向XY平面靠近； 在B0的作用下，M還要繞B0軸旋進(jìn)。 在B0和B1的雙重作用下，M運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線形，該運(yùn)動(dòng)方式稱為“章動(dòng)”。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)41 射頻脈沖是一個(gè)在XY平面的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1，磁場(chǎng)方向垂直于Z軸磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)42磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)42 RF脈沖發(fā)射結(jié)束時(shí)章動(dòng)后的M與Z軸之間有一個(gè)夾角，稱為翻轉(zhuǎn)角（flip angle）。 的大小與RF脈沖的強(qiáng)度及其持續(xù)時(shí)間t成正比。 使M翻轉(zhuǎn)到XY平面的RF脈沖稱90脈沖； 使M翻轉(zhuǎn)到B0反方向上的RF脈沖稱180脈沖。 使M偏離B0 角的RF脈沖稱角

20、脈沖。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)43 RF脈沖發(fā)射結(jié)束時(shí)章動(dòng)后的M與Z軸之間有一個(gè)夾角，稱為磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)44磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)44磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)45磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)45射頻脈沖的特征頻率：使進(jìn)動(dòng)頻率與RF脈沖頻率相同的質(zhì)子發(fā)生磁共振帶寬：頻率的范圍，決定掃描時(shí)的層面厚度和預(yù)飽和。強(qiáng)度和作用時(shí)間：決定Mz翻轉(zhuǎn)角度。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)46射頻脈沖的特征頻率：使進(jìn)動(dòng)頻率與RF脈沖頻率相同的質(zhì)子發(fā)生磁磁共振圖像的信號(hào) 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)47磁共振圖像的信號(hào) 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)47一、相位概念 1相位：平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的矢量與某一參照軸的夾角稱為相位。 同相位（in-pha

21、se）：多個(gè)矢量在空間的方向一致； 離相位（out of phase）：相位不一致； 聚相位（re-phase）：由不同相位達(dá)到同相位的過(guò)程； 失相位（de-phase）：由同相位變成不同相位的過(guò)程。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)48一、相位概念 1相位：平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的矢量與某一參照軸的夾角稱磁場(chǎng)中自旋之間的相位 旋進(jìn)過(guò)程中Z軸的矢量方向不變，相位一致的磁矢量疊加成宏觀縱向磁化矢量MZ； XY平面的矢量因?yàn)槔@Z軸旋轉(zhuǎn)使其方向不斷發(fā)生變化。磁場(chǎng)中進(jìn)動(dòng)在XY平面分量的相位不斷變化，沒(méi)有外界能量介入時(shí)自旋系統(tǒng)的M在XY平面內(nèi)相互抵消，不能形成宏觀磁化矢量MXY。 RF脈沖激發(fā)后，使處于激發(fā)態(tài)并在XY平面繼續(xù)繞

22、Z軸進(jìn)動(dòng)的自旋的相位趨于一致，疊加形成橫向磁化矢量MXY，此時(shí)M的方向發(fā)生變化，離開(kāi)平衡態(tài)位置。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)49磁場(chǎng)中自旋之間的相位 旋進(jìn)過(guò)程中Z軸的矢量方向不變，相位一致磁場(chǎng)中自旋之間的相位磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)50磁場(chǎng)中自旋之間的相位磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)50二、自旋質(zhì)子弛豫 （一）弛豫概念 當(dāng)向置于B0中的人體發(fā)射RF脈沖后激發(fā)1H群，改變1H群的進(jìn)動(dòng)狀態(tài)，MZ逐漸變小，同時(shí)在XY平面產(chǎn)生MXY，產(chǎn)生MR信號(hào)。 平衡態(tài)：人體進(jìn)入B0后形成并保持穩(wěn)定的MZ的狀態(tài)。但是一種動(dòng)態(tài)平衡，處于高、低兩種能級(jí)的質(zhì)子之間不斷地交換。 激發(fā)態(tài)：系統(tǒng)吸收射頻能量后的不穩(wěn)定狀態(tài)。 磁共振成像主題醫(yī)

23、學(xué)知識(shí)51二、自旋質(zhì)子弛豫 （一）弛豫概念 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)51弛豫概念 實(shí)際成像中RF對(duì)自旋系統(tǒng)的激發(fā)作用是瞬間即逝，一旦RF脈沖停止，質(zhì)子即迅速由激發(fā)態(tài)向原來(lái)的平衡狀態(tài)恢復(fù)， “弛豫”（relaxation）：系統(tǒng)由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至平衡狀態(tài)的過(guò)程。 弛豫過(guò)程中同步發(fā)生： 縱向弛豫（longitudinal relaxation）：縱向磁化矢量MZ逐步恢復(fù)的過(guò)程； 橫向弛豫（transverse relaxation）：橫向磁化矢量MXY逐步消失的過(guò)程。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)52弛豫概念 實(shí)際成像中RF對(duì)自旋系統(tǒng)的激發(fā)作用是瞬間即逝，一旦 縱向弛豫過(guò)程中，吸收了RF脈沖能量躍遷到高能級(jí)的質(zhì)

24、子把能量傳遞給周圍的晶格，重新成為低能級(jí)的質(zhì)子，低能級(jí)的質(zhì)子數(shù)量增多而疊加產(chǎn)生MZ 。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)53 縱向弛豫過(guò)程中，吸收了RF脈沖能量躍遷到高能級(jí)的質(zhì)子把能量磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)54磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)54M的弛豫過(guò)程磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)55M的弛豫過(guò)程磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)55縱向弛豫 縱向弛豫：RF脈沖停止后，MZ由最小恢復(fù)到原來(lái)大小的過(guò)程稱（自旋-晶格弛豫spin-lattice relaxation或T1弛豫）。 1縱向弛豫時(shí)間T1 ：T1=縱向磁化矢量從最小值恢復(fù)到平衡態(tài)磁化矢量63%的時(shí)間 。 縱向弛豫過(guò)程： MZ為t時(shí)刻的縱向磁化矢量值，M0為平衡態(tài)的縱向磁化

25、矢量值，t為弛豫時(shí)間。 當(dāng)t=T1時(shí)，MZ=M0(1e-1)= M0 63% 。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)56縱向弛豫 縱向弛豫：RF脈沖停止后，MZ由最小恢復(fù)到原來(lái)大小縱向弛豫時(shí)間T1磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)57縱向弛豫時(shí)間T1磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)57影響T1因素 （1）縱向弛豫時(shí)間T1具有場(chǎng)強(qiáng)依賴性。 在較強(qiáng)磁場(chǎng)中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率較快，同種組織，B0的場(chǎng)強(qiáng)越高， T1就越長(zhǎng)；反之則短。 （2） T1與組織分子的大小有關(guān)。 中等大小的分子（脂肪分子）弛豫較快， T1較短； 大分子（蛋白質(zhì)）的熱運(yùn)動(dòng)頻率較慢， 水和蛋白的弛豫較慢，T1較長(zhǎng)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)58影響T1因素 （1）縱向弛豫時(shí)間

26、T1具有場(chǎng)強(qiáng)依賴性。磁共振成“飽和”的概念 射頻脈沖激發(fā)后，縱向磁化矢量MZ被翻轉(zhuǎn)，然后MZ會(huì)慢慢恢復(fù)，但如果射頻脈沖之間的時(shí)間 t 間隔過(guò)短，則MZ僅有部分恢復(fù)，稱作部分飽和，組織信號(hào)有所降低； 若縱向磁化MZ沒(méi)有恢復(fù)，稱作完全飽和，組織信號(hào)為零。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)59“飽和”的概念 射頻脈沖激發(fā)后，縱向磁化矢量MZ被翻轉(zhuǎn)，然后橫向弛豫 1橫向弛豫概念：RF脈沖停止后，MXY由最大逐步消失的過(guò)程（自旋-自旋弛豫spin-spin relaxation或T2弛豫）。 橫向弛豫過(guò)程沒(méi)有能量交換，是不同質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)失去同步、同速，即失去相位一致性。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)60橫向弛豫 1橫向弛

27、豫概念：RF脈沖停止后，MXY由最大逐2橫向弛豫時(shí)間T2 T2=橫向磁化矢量減少到最大值的37%的時(shí)間。 T2過(guò)程公式： t為弛豫時(shí)間。 t=T2時(shí)， ，即MXY衰減至最大值的37%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間等于T2值。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)612橫向弛豫時(shí)間T2 T2=橫向磁化矢量減少到最大值的37%影響T2因素 （1）組織的成份和結(jié)構(gòu)：大小不同，自旋-自旋作用的強(qiáng)度和時(shí)間不同，T2弛豫的速度也不同。小分子（如純水）的分子運(yùn)動(dòng)很快，質(zhì)子維持處于同相的狀態(tài)的時(shí)間可較長(zhǎng)，T2值較長(zhǎng)；大分子物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)較慢，質(zhì)子處于同相狀態(tài)維持時(shí)間較短，T2值即較短。 （2）T2值的大小與B0場(chǎng)強(qiáng)大小無(wú)關(guān)。 磁共振成像主題醫(yī)

28、學(xué)知識(shí)62影響T2因素 （1）組織的成份和結(jié)構(gòu)：大小不同，自旋-自旋T2*弛豫 T2*稱為準(zhǔn)T2或有效橫向弛豫時(shí)間。 討論橫向弛豫時(shí)間時(shí)，假設(shè)B0是絕對(duì)均勻的，但是任何磁體產(chǎn)生的B0都不可能是絕對(duì)均勻的。 B0不均勻的影響要比組織本身小磁矩產(chǎn)生的影響大，由于B0不均勻引起的MXY衰減的速度要比單純由于組織內(nèi)部磁場(chǎng)不均勻引起的橫向磁化衰減速度快得多。這種情況下測(cè)得的橫向磁化弛豫時(shí)間叫做T2* ，比T2短得多。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)63T2*弛豫 T2*稱為準(zhǔn)T2或有效橫向弛豫時(shí)間。磁共振成像4T2*弛豫磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)644T2*弛豫磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)64（四）T1值和T2值比較 縱

29、向弛豫和橫向弛豫是同時(shí)發(fā)生的，T2值比T1值短，短多少依賴于組織的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)。 純水中，T2值接近于T1值； 在多數(shù)組織中， T2值比T1值短得多。 組 織T1T2質(zhì)子密度（%）0.2T1.0T1.5T脂 肪白 質(zhì)灰 質(zhì)腦脊液肌 肉2403904901400370-6208102500730-7189983000860607691140509.610.610.610.89.3磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)65（四）T1值和T2值比較 縱向弛豫和橫向弛豫是同時(shí)發(fā)生的，三、自由感應(yīng)衰減信號(hào) 由于MXY的進(jìn)動(dòng)和弛豫，在線圈兩端就會(huì)感應(yīng)出交流電勢(shì)，線圈接收到的電勢(shì)V的大小與MXY的大小有關(guān)：VMXYcos

30、t V與MXY成正比，以拉莫頻率振蕩變化。 自由感應(yīng)衰減（free induction decay，F(xiàn)ID）： 90脈沖后弛豫過(guò)程中，由于T2弛豫的影響，MXY隨時(shí)間衰減，磁共振信號(hào)呈指數(shù)曲線形式衰減的這個(gè)信號(hào)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)66三、自由感應(yīng)衰減信號(hào) 由于MXY的進(jìn)動(dòng)和弛豫，在線圈兩端就三、自由感應(yīng)衰減信號(hào) FID信號(hào)的強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減，強(qiáng)度的大小與T1、T2以及組織的有關(guān)，F(xiàn)ID是MRI系統(tǒng)的信號(hào)源。 MR信號(hào)除FID，還有：自旋回波信號(hào)、梯度回波信號(hào)、刺激回波信號(hào)等，這些信號(hào)需要使用特定的射頻脈沖和梯度脈沖。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)67三、自由感應(yīng)衰減信號(hào) FID信號(hào)的強(qiáng)度按指

31、數(shù)規(guī)律衰減，強(qiáng)度的四、磁共振圖像的對(duì)比 （一）影響磁共振圖像對(duì)比的主要因素 不同組織之間信號(hào)強(qiáng)度的差異形成組織間對(duì)比，對(duì)比度的主要決定因素是： T1的固有差別，即組織間T1值的差別； T2的固有差別，即組織間T2值的差別； 組織氫質(zhì)子密度的差別； 流動(dòng)效應(yīng)引起的差別。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)68四、磁共振圖像的對(duì)比 （一）影響磁共振圖像對(duì)比的主要因素 （一）影響MR圖像對(duì)比主要因素 MR圖像 組織T1值越短，信號(hào)越高， T1值越長(zhǎng)，信號(hào)越低； 組織T2值越長(zhǎng)，信號(hào)越高， T2值越短，信號(hào)越低； 組織質(zhì)子密度越高，信號(hào)越高； 骨皮質(zhì)與空氣（氣腔）質(zhì)子密度值很低， 在所有成像序列中均無(wú)信號(hào)，呈黑色。

32、磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)69（一）影響MR圖像對(duì)比主要因素 MR圖像磁共振成像主題醫(yī)學(xué)流動(dòng)效應(yīng)（flow effect） 主要來(lái)自血流復(fù)雜的流動(dòng)方式，血液的一些特性產(chǎn)生了血管影像的不同表現(xiàn)。 最重要的特性： 在T1WI上，血流方式影響信號(hào)強(qiáng)度； 在T2和T2*WI上，血液的氧化狀態(tài)影響信號(hào)強(qiáng)度。 血液含水量多，血液具有較高的質(zhì)子密度和較長(zhǎng)的T1值（依賴于血球的含量）； 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)70流動(dòng)效應(yīng)（flow effect） 主要來(lái)自血流復(fù)雜的流動(dòng) T2值則依賴于血液的氧化狀態(tài)，因脫氧血紅蛋白具有強(qiáng)順磁性，在1.5T磁場(chǎng)中，當(dāng)氧飽和度由30%96%變化時(shí)，T2值則由30250ms變化， 動(dòng)脈

33、血具有較長(zhǎng)的T2值， 靜脈血具有較短的T2值， 腦功能成像是利用血液的這一特性。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)71 T2值則依賴于血液的氧化狀態(tài)，因脫氧血紅蛋白具有強(qiáng)順磁性， 血液的信號(hào)強(qiáng)度不完全依賴于質(zhì)子密度、T1值和T2值，更多地依賴于其流動(dòng)方式和采用的成像技術(shù)（脈沖序列等）。流動(dòng)導(dǎo)致血液信號(hào)的提高和降低。 導(dǎo)致血液信號(hào)降低的流動(dòng)現(xiàn)象： 體素內(nèi)失相位，即流動(dòng)使體素內(nèi)質(zhì)子運(yùn)動(dòng)速度分散，導(dǎo)致MXY的相位分散； 流空效應(yīng)，使用自旋回波序列時(shí)，若血流在一個(gè)層面內(nèi)接受了90脈沖而還沒(méi)有接受180，RF脈沖就流出層面，或者流入層面時(shí)只接受180RF脈沖，沒(méi)接受90脈沖就流出層面，這時(shí)血液信號(hào)極低。磁共振成像主

34、題醫(yī)學(xué)知識(shí)72 血液的信號(hào)強(qiáng)度不完全依賴于質(zhì)子密度、T1值和T2值，更多地 流空效應(yīng)的大小決定于：流速、回波時(shí)間（TE）、層厚。血流快、薄層、長(zhǎng)TE時(shí)流空效應(yīng)明顯。 一般情況下，快速流動(dòng)的血液因流空效應(yīng)喪失信號(hào)，呈黑色； 緩慢流動(dòng)的血液不產(chǎn)生明顯的流空效應(yīng)，與周圍實(shí)質(zhì)性組織的信號(hào)類似； 中等流速的血液其信號(hào)強(qiáng)度難以預(yù)料。 流空效應(yīng)是指SE圖像上的現(xiàn)象，在梯度回波序列圖像上血管多顯示為高信號(hào)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)73 流空效應(yīng)的大小決定于：流速、回波時(shí)間（TE）、層厚。血流快（二）磁共振加權(quán)對(duì)比圖像 為突出顯示組織間的對(duì)比，可通過(guò)脈沖序列的設(shè)計(jì)得到與各主要因素有關(guān)的圖像。 但至今無(wú)一種成像序

35、列能夠產(chǎn)生單純的T1、T2或質(zhì)子密度圖像。 1T1加權(quán)像：圖像對(duì)比主要具有T1值依賴性，反映組織間T1值的差異。 2T2加權(quán)像：圖像對(duì)比主要具有T2值依賴性，反映組織間T2值的差異。 3質(zhì)子密度加權(quán)像：圖像對(duì)比主要具有質(zhì)子密度依賴性，反映組織間質(zhì)子密度的差異。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)74（二）磁共振加權(quán)對(duì)比圖像 為突出顯示組織間的對(duì)比，可通過(guò)脈（三）影響MR圖像對(duì)比的其它因素 1磁敏感效應(yīng) 磁敏感度（magnetic susceptibility）：表示物質(zhì)改變其所處B0的能力（被磁化的能力）。處于B0中誘發(fā)的組織的M0正比于B0 ： M0=B0為組織磁敏感度大小，不同組織磁敏感性能不同。 抗磁

36、性物質(zhì)：有些物質(zhì)具有對(duì)抗B0的作用，降低B0在其內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)； 順磁性物質(zhì)：有些物質(zhì)處于B0中，其電子沿磁場(chǎng)方向排列，在其內(nèi)部產(chǎn)生額外磁場(chǎng)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)75（三）影響MR圖像對(duì)比的其它因素 1磁敏感效應(yīng)磁共振成像主 多數(shù)蛋白物質(zhì)有一定程度的抗磁性， 脫氧血紅蛋白是強(qiáng)順磁性的。 在一個(gè)體素內(nèi)，如果具有不同的磁敏感度，如氣體和骨骼交界處，局部磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生不均勻性，從而產(chǎn)生失相位，導(dǎo)致T2*加權(quán)像上的信號(hào)丟失，即信號(hào)降低，并且產(chǎn)生偽影。 但是磁敏感效應(yīng)對(duì)于某些病變的顯示有幫助，例如血腫和骨化。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)76 多數(shù)蛋白物質(zhì)有一定程度的抗磁性，磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)762對(duì)比

37、劑 臨床上使用的對(duì)比劑是通過(guò)改變組織的弛豫時(shí)間而改變對(duì)比。 使用的對(duì)比劑多數(shù)為順磁性物質(zhì)，已應(yīng)用于臨床的有釓、鐵、錳等，其中應(yīng)用最廣泛也最安全的是釓。（1）非選擇特異性對(duì)比劑：對(duì)增強(qiáng)的器官或組織沒(méi)有選擇性。 （2）選擇特異性對(duì)比劑：對(duì)增強(qiáng)的器官或組織有選擇性，具有器官特異性或組織特異性。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)772對(duì)比劑 臨床上使用的對(duì)比劑是通過(guò)改變組織的弛豫時(shí)間而改3化學(xué)位移 原子核的共振頻率與B0成正比，但位于不同化學(xué)鍵上的核產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，即局部化學(xué)環(huán)境會(huì)影響質(zhì)子的共振頻率。 如甲醇CH3OH中的CH3的H和OH的H共振頻率不相同，這是由于原子核被帶磁性的電子云所包圍，使其所處的電

38、子環(huán)境不同。圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)的電子不同程度地削弱了B0強(qiáng)度， 若B0大小固定：周圍電子云較薄的核經(jīng)受的局部磁場(chǎng)強(qiáng)度較高，共振頻率較高； 周圍電子云較厚的核局部磁場(chǎng)強(qiáng)度較低，共振頻率也較低。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)783化學(xué)位移 原子核的共振頻率與B0成正比，但位于不同化學(xué) “化學(xué)位移” （chemical shift）：因電子環(huán)境（即核外電子結(jié)構(gòu)）不同引起的共振頻率的差異。 化學(xué)位移是磁共振波譜的基礎(chǔ)，用于檢測(cè)組織細(xì)胞內(nèi)的代謝物質(zhì)； 化學(xué)位移飽和成像可用來(lái)突出或抑制某種組織的信號(hào)； 化學(xué)位移特性還會(huì)誘發(fā)化學(xué)位移偽影。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)79 “化學(xué)位移” （chemical shift）：

39、因電子環(huán)境4彌散（diffusion） 生物水有一個(gè)特性是布朗運(yùn)動(dòng)（分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)）（彌散運(yùn)動(dòng)）。 從質(zhì)子的弛豫機(jī)制分析，分子的彌散運(yùn)動(dòng)會(huì)影響組織的T1和T2值。 彌散運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致失相位，使信號(hào)有一定的降低。 如急性血腫中，水質(zhì)子在由順磁性鐵引起的不均勻磁場(chǎng)中的彌散運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致失相位，使在SE序列T2加權(quán)像上呈現(xiàn)低信號(hào)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)804彌散（diffusion） 生物水有一個(gè)特性是布朗運(yùn)動(dòng)5磁化傳遞對(duì)比 生物體中含有游離態(tài)的和結(jié)合態(tài)（與蛋白等大分子結(jié)合）的水質(zhì)子，MR信號(hào)主要來(lái)自于游離態(tài)的水質(zhì)子，結(jié)合態(tài)的水質(zhì)子影響MR信號(hào)。 游離態(tài)的水質(zhì)子T2較長(zhǎng)，產(chǎn)生MR的頻率范圍較??； 結(jié)合

40、態(tài)的水質(zhì)子T2較短，產(chǎn)生MR的頻率范圍較大。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)815磁化傳遞對(duì)比 生物體中含有游離態(tài)的和結(jié)合態(tài)（與蛋白等大 磁化傳遞對(duì)比（magnetization transfer contrast，MTC）技術(shù)應(yīng)用： MRA，降低血管周圍背景組織的信號(hào)，不影響血管的信號(hào)，提高血管和背景間的對(duì)比； MR增強(qiáng)檢查，降低腫瘤周圍組織的信號(hào)，而不影響富含釓對(duì)比劑的腫瘤的信號(hào)，提高腫瘤和背景之間的對(duì)比； 多發(fā)性硬化病變的檢查，因磁化傳遞的程度與組織的物理和化學(xué)狀態(tài)有關(guān)，可以顯示硬化斑的脫髓鞘程度。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)82 磁化傳遞對(duì)比（magnetization transfer6組織方向

41、 MRI中組織的方向（即組織與B0間的夾角）對(duì)信號(hào)強(qiáng)度有一定影響，典型的是組織本身具有方向性的纖維結(jié)構(gòu)。 最重要的兩個(gè)效應(yīng)是T2和彌散運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的信號(hào)降低具有角度依賴性。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)836組織方向 MRI中組織的方向（即組織與B0間的夾角）對(duì)磁共振圖像空間定位和重建技術(shù)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)84磁共振圖像空間定位和重建技術(shù)磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)84一、梯度磁場(chǎng)（一）MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系 按B0方向，MRI磁體分縱向磁場(chǎng)磁體和橫向磁場(chǎng)磁體，超導(dǎo)磁體都采用縱向磁場(chǎng)。 縱向磁場(chǎng)系統(tǒng)，Z軸定義為磁體的軸向，Z軸與被檢者體軸平行。 X軸、Y軸及其正向通過(guò)右手規(guī)則定義，即以右手握住Z軸，當(dāng)右手的四

42、個(gè)手指從正向X軸以90轉(zhuǎn)向正向Y軸時(shí)，大拇指的指向是Z軸正向。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)85一、梯度磁場(chǎng)（一）MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)8MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)86MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)86（二） 梯度磁場(chǎng) 梯度磁場(chǎng)是一個(gè)很弱的磁場(chǎng)，其峰值一般在1025mT/m（新型的高檔機(jī)要高些），梯度磁場(chǎng)是由置于磁體內(nèi)的額外的梯度線圈產(chǎn)生的。 與高度均勻的B0不同的是，梯度磁場(chǎng)具有空間位置依賴性，即在一定方向上梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度隨空間位置的變化而不同。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)87（二） 梯度磁場(chǎng) 梯度磁場(chǎng)是一個(gè)很弱的磁場(chǎng)，其峰值一般在10 位于磁場(chǎng)內(nèi)的梯度線圈一般為

43、成對(duì)線圈，每對(duì)線圈內(nèi)的電流大小相等，極性相反。一對(duì)線圈在一個(gè)方向上產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度呈線性變化的梯度磁場(chǎng)，一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使B0增加一定的強(qiáng)度，而另一個(gè)線圈則使B0減小同樣的程度。 梯度磁場(chǎng)的作用：使沿梯度方向的自旋質(zhì)子具有不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，因而有不同的共振頻率。 某一位置的磁場(chǎng)是梯度磁場(chǎng)與B0疊加的結(jié)果。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)88 位于磁場(chǎng)內(nèi)的梯度線圈一般為成對(duì)線圈，每對(duì)線圈內(nèi)的電流大小相磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)89磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)89 在FT成像中使用三個(gè)正交方向的梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位： 一個(gè)方向的梯度用于RF脈沖選擇性的激 發(fā)一個(gè)層面內(nèi)質(zhì)子的自旋； 第二個(gè)梯度對(duì)沿層面內(nèi)一個(gè)方向的MR 信號(hào)

44、進(jìn)行頻率空間編碼； 第三個(gè)梯度對(duì)沿層面內(nèi)另一個(gè)方向的 MR信號(hào)進(jìn)行相位空間編碼。 一般層面選擇方向?yàn)閆，頻率編碼方向?yàn)閄，相位編碼方向?yàn)閅。對(duì)于不同方向的層面，X、Y、Z的取向是不同的。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)90 在FT成像中使用三個(gè)正交方向的梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位：磁共振 二、層面選擇梯度 應(yīng)用層面選擇（slice selection）梯度后，組織質(zhì)子的共振頻率與沿Z軸方向的位置成線性相關(guān)。特定的共振頻率對(duì)應(yīng)于特定平面的質(zhì)子，這些平面垂直于Z軸。 如果在使用平面選擇梯度G的同時(shí)發(fā)射特定頻率的RF脈沖，則只有對(duì)應(yīng)于那個(gè)頻率的平面內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振。 被激發(fā)的質(zhì)子的位置依賴于RF脈沖的頻率，通過(guò)增

45、加或減少RF脈沖的頻率可以移動(dòng)被激發(fā)平面的位置。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)91 二、層面選擇梯度 應(yīng)用層面選擇（slice selec 短時(shí)發(fā)射的RF脈沖是由一定范圍的頻率構(gòu)成的，這個(gè)頻率范圍稱作脈沖的帶寬。 一個(gè)RF脈沖可以激發(fā)共振頻率處于RF脈沖帶寬范圍內(nèi)的所有自旋質(zhì)子。結(jié)果是在層面選擇梯度G存在的情況下，RF脈沖激發(fā)一個(gè)具有有限厚度的組織層面。 層厚依賴于： 層面選擇梯度的大?。ㄐ甭剩?； 射頻脈沖的帶寬。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)92 短時(shí)發(fā)射的RF脈沖是由一定范圍的頻率構(gòu)成的，這個(gè)頻率范圍稱 層面選擇梯度G的大小是調(diào)整層面厚度的主要方法。 當(dāng)層面選擇梯度G增大時(shí)，跨越給定距離頻率范圍增加了

46、，使具有固定帶寬的一個(gè)RF脈沖僅能激發(fā)較少的自旋質(zhì)子，層厚較小。 使用較小的層面選擇梯度G和同樣的RF脈沖可以激發(fā)一個(gè)較厚層面。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)93 層面選擇梯度G的大小是調(diào)整層面厚度的主要方法。磁共振成像主層面選擇方法 層面選擇是通過(guò)三個(gè)梯度的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果是任意斜面成像，層面的確定要兩個(gè)或三個(gè)梯度的共同作用。 層面選擇應(yīng)用選擇性激勵(lì)（selective excitation）原理，用一個(gè)有限頻寬（窄帶）的RF脈沖僅對(duì)共振頻率在該頻帶范圍的質(zhì)子進(jìn)行共振激發(fā)的技術(shù)。 例：橫軸位成像，GZ作為選層梯度。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)94層面選擇方法 層面選擇是通過(guò)三個(gè)梯度的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)

47、的。如果層面選擇方法磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)95層面選擇方法磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)95層面選擇方法磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)96層面選擇方法磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)96空間編碼 1相位編碼phase encoding：先利用相位編碼梯度場(chǎng)GY造成質(zhì)子有規(guī)律的旋進(jìn)相位差，然后用此相位差來(lái)標(biāo)定體素空間位置的方法。 RF脈沖終止后，每個(gè)體素內(nèi)的質(zhì)子均發(fā)生橫向磁化，M倒向XY平面旋進(jìn)（90RF脈沖），旋進(jìn)的相位與M所處的場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)。 加入GY使各體素Mi的相位發(fā)生規(guī)律性的變化，利用這種相位特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)體素位置的識(shí)別。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)97空間編碼 1相位編碼phase encoding：先利用相相位編碼磁共振成

48、像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)98相位編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)98 1相位編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)99 1相位編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)99 1相位編碼圖7-47磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)100 1相位編碼圖7-47磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)100相位編碼 原理：v1、v2、v3相位編碼方向上三行相鄰的體素。設(shè)開(kāi)始時(shí)所有體素的M1、M2、M3同相位，以相同頻率旋進(jìn)。某時(shí)刻GY開(kāi)啟。在GY作用下，相位編碼方向上各行體素將處于不同的磁場(chǎng)中，行方向上Mi以不同頻率Y旋進(jìn)： Y=(B0+YGY) Mi的旋進(jìn)頻率Y為Y的函數(shù)，Y坐標(biāo)越大，質(zhì)子的旋進(jìn)速度越快。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)101相位編碼 原理：v1、v2、v3相位編

49、碼方向上三行相鄰的體素 Y不同導(dǎo)致旋進(jìn)相位不同，設(shè)相位編碼梯度的持續(xù)時(shí)間tY，tY時(shí)間后相位編碼方向上各體素的旋進(jìn)相位Y： Y=YtY=(B0+YGY) tY 1、2、3表示相位編碼梯度結(jié)束時(shí)Ml、M2和M3的旋進(jìn)相位。產(chǎn)生的相位差Y： Y=Y GYtY=YYtY Y是相位編碼坐標(biāo)Y，即GY的函數(shù)。 在GY作用下信號(hào)中包含了沿Y方向的位置信息。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)102 Y不同導(dǎo)致旋進(jìn)相位不同，設(shè)相位編碼梯度的持續(xù)時(shí)間tY，t 在ttY時(shí)刻GY關(guān)斷，這時(shí)各體素再次置于相同的B0中，Y均恢復(fù)至GY作用前的同頻率。 GY所誘發(fā)的旋進(jìn)相位差保留下來(lái)，這是相位編碼的“相位記憶”功能。 相位編碼就是通

50、過(guò)梯度磁場(chǎng)G對(duì)選中層面內(nèi)各行間的體素進(jìn)行相位標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)行與行間體素位置識(shí)別的技術(shù)。 作用：確定層面內(nèi)一維方向的體素。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)103 在ttY時(shí)刻GY關(guān)斷，這時(shí)各體素再次置于相同的B0中， 在每個(gè)數(shù)據(jù)采集周期中，相位編碼梯度只是瞬間接通，總是工作于脈沖狀態(tài)。 有多少個(gè)數(shù)據(jù)采集周期，該梯度就接通多少次，梯度脈沖的幅度變化多少次。 相位編碼梯度的一次變化稱一個(gè)相位編碼步(phase encoding step)。 128128的圖像需要128個(gè)相位編碼步才能完成。 梯度值是逐次等刻度遞增的。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)104 在每個(gè)數(shù)據(jù)采集周期中，相位編碼梯度只是瞬間接通，總是工作于 在G

51、Y作用期間，體素所發(fā)出的MR信號(hào)并不利用。相位編碼梯度又叫準(zhǔn)備梯度Gpe。 Gpe的波形如圖所示（設(shè)nY9），圖中用多個(gè)不同幅度的梯度脈沖表明幅值不斷變化，也表示序列中一個(gè)周期要多次重復(fù)才能完成。 圖像在相位編碼方向上的步數(shù)直接關(guān)系到掃描時(shí)間的長(zhǎng)短。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)105 在GY作用期間，體素所發(fā)出的MR信號(hào)并不利用。相位編碼梯度相位編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)106相位編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)106 2頻率編碼 頻率編碼（frequency encoding）：利用梯度磁場(chǎng)造成相關(guān)方向上各Mi旋進(jìn)頻率的不同，并以此來(lái)標(biāo)記體素空間位置的編碼方法。 GX使成像層面中頻率編碼方向上的體素列位

52、于不同的場(chǎng)強(qiáng)中，這時(shí)與Y軸平行的各列體素的旋進(jìn)頻率：X=(B0+XGX) X為X坐標(biāo)的函數(shù)，即不同的X決定了不同的旋進(jìn)頻率（RF信號(hào)中編碼了X坐標(biāo)的位置信息） 。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)107 2頻率編碼 頻率編碼（frequency encod 2頻率編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)108 2頻率編碼磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)108 相位編碼形成的是一行行與GY相垂直的等自旋線（相位編碼線） ， 頻率編碼的結(jié)果出現(xiàn)一列列與GX垂直的等自旋線（頻率編碼線）。 等自旋線上所有體素Mi的旋進(jìn)頻率均相同。 頻率編碼梯度每個(gè)周期的頻率編碼脈沖均相同，即頻率編碼梯度以相同的幅度周期性重復(fù)出現(xiàn)。 頻率編碼梯度一般只

53、在MR信號(hào)出現(xiàn)時(shí)施加，又叫讀出梯度或測(cè)量梯度，簡(jiǎn)寫為Gro。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)109 相位編碼形成的是一行行與GY相垂直的等自旋線（相位編碼線）四、圖像重建技術(shù) 傅里葉變換： 測(cè)量的MR信號(hào)代表一個(gè)層面內(nèi)的無(wú)數(shù)個(gè)原子核發(fā)出的信號(hào)的總和，這個(gè)復(fù)合信號(hào)的大小是時(shí)間的函數(shù)，但是原子核的位置信息已經(jīng)以頻率和相位方式被編碼到信號(hào)中。如何從以時(shí)間變化的信號(hào)（時(shí)間域）中提取出特定的頻率成分（頻率域），采用FT方法。 FT中計(jì)算機(jī)進(jìn)行解碼運(yùn)算，解碼過(guò)程類似于人的耳朵能夠分辨出不同頻率的聲音。FT分解出在讀出期間每個(gè)頻率的信號(hào)。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)110四、圖像重建技術(shù) 傅里葉變換：磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知

54、識(shí)110 FT應(yīng)用于每個(gè)頻率編碼列的數(shù)據(jù)，提取出信號(hào)的頻率成分，確定沿X軸的不同位置的信號(hào)強(qiáng)度。再將信號(hào)強(qiáng)度以灰度值表示出來(lái)形成圖像。 如果僅使用頻率編碼梯度，只能區(qū)分1D的空間位置，這種方法稱為1D FT圖像重建。 MRI中，經(jīng)RF脈沖激發(fā)和梯度磁場(chǎng)空間編碼后獲得復(fù)合圖像，然后還需由計(jì)算機(jī)將采集到的復(fù)合信號(hào)經(jīng)一系列過(guò)程轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，復(fù)合信號(hào)轉(zhuǎn)換成MR圖像的方法稱為圖像重建。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)111 FT應(yīng)用于每個(gè)頻率編碼列的數(shù)據(jù)，提取出信號(hào)的頻率成分，確定 相位編碼識(shí)別Y方向不同行的像素的位置，并將相位編碼方向進(jìn)行FT，計(jì)算相應(yīng)行的信號(hào)強(qiáng)度。但是MR對(duì)相應(yīng)的識(shí)別有限，每次只識(shí)別一種相

55、位，所以要完成多行的數(shù)據(jù)采集，必須重復(fù)多次相位編碼及測(cè)量，得到每行每列體素的信號(hào)強(qiáng)度，以及相應(yīng)的灰度值（即MR圖像），這是2D FT。 MRI中要求有多次的相位編碼，每次使用的相位編碼梯度的大小和持續(xù)時(shí)間都有一定改變。這些額外的相位編碼通常要求額外的RF脈沖激發(fā)，這些多次激發(fā)使MRI需要較長(zhǎng)時(shí)間。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)112 相位編碼識(shí)別Y方向不同行的像素的位置，并將相位編碼方向進(jìn)行五、K-空間的概念 -空間：傅里葉頻率空間，是一個(gè)抽象的頻率空間，是一個(gè)以空間頻率為單位的空間坐標(biāo)系所對(duì)應(yīng)的頻率空間。 如果僅位于一個(gè)平面內(nèi)，則K-空間為一個(gè)二維空間，用Kx和Ky代表兩個(gè)互相垂直方向的空間頻率。

56、如果位于三軸方向，則K-空間為一個(gè)三維空間，用Kx、Ky和Kz代表三個(gè)互相垂直方向的空間頻率。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)113五、K-空間的概念 -空間：傅里葉頻率空間，是一個(gè)抽象的 K-空間的每一點(diǎn)代表具有相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小代表信號(hào)強(qiáng)度。 FID信號(hào)是以單一拉莫頻率振動(dòng)的信號(hào)，不具備空間位置信息，也就不具備信息。但使用了梯度場(chǎng)后，MR信號(hào)具備了空間位置信息，同時(shí)具備信息。 MR信號(hào)具有不同的 ，可放入K-空間不同位置的點(diǎn)上，K-空間每一點(diǎn)的灰度值代表具有一定的MR回波信號(hào)的強(qiáng)度，每個(gè)信號(hào)均來(lái)自于整個(gè)激發(fā)層面。MR信號(hào)填充到K-空間的位置（Kx和Ky值）由梯度GX和GY的大小及其作用時(shí)間決定。

57、根據(jù)K-空間中每一點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及其所在位置，最終重建成一幅MR圖像。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)114 K-空間的每一點(diǎn)代表具有相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小代表信號(hào)強(qiáng)度 K-空間每一點(diǎn)的信號(hào)對(duì)圖像的貢獻(xiàn)不一樣，K-空間中心部的信號(hào)具有較低的 ，主要決定圖像的對(duì)比；K-空間邊緣部分的信號(hào)具有較高的 ，主要決定圖像的分辨力。 K-空間中各點(diǎn)的數(shù)據(jù)是沿一定軌跡的順序填充的，這種按某種順序填充數(shù)據(jù)的方式稱為K-空間的軌跡（傅里葉線），K-空間的填充軌跡代表了成像中MR信號(hào)的采集過(guò)程。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)115 K-空間每一點(diǎn)的信號(hào)對(duì)圖像的貢獻(xiàn)不一樣，K-空間中心部的信 常規(guī)MRI大多使用2D FT的方法進(jìn)行空

58、間編碼， 多采用直線填充軌跡，一個(gè)相位編碼周期填充一行，直到將K-空間中各點(diǎn)的數(shù)據(jù)填滿，所以K-空間的行數(shù)與相位編碼步數(shù)相同。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)116 常規(guī)MRI大多使用2D FT的方法進(jìn)行空間編碼，磁共振成像磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)117磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)117第五節(jié) 磁共振成像序列磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)118第五節(jié) 磁共振成像序列磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)118磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)119磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)119磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)120磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)120（一）脈沖序列 MR圖像對(duì)比度很大程度上取決于RF脈沖的發(fā)射方式和FID的讀取方式，與發(fā)射的射頻脈沖的形式和間隔，與選

59、擇的梯度磁場(chǎng)的引入方式，與選擇的空間分辨力等因素有關(guān)。 脈沖序列：為了不同成像目的而設(shè)計(jì)的一系列射頻脈沖和梯度脈沖。一、脈沖序列的基本概念磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)121（一）脈沖序列一、脈沖序列的基本概念磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)1（二）脈沖序列的主要成像參數(shù) 1脈沖序列的周期 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)122（二）脈沖序列的主要成像參數(shù) 1脈沖序列的周期 磁共振成1脈沖序列的周期 SE序列：90RF脈沖激發(fā)1H，使置于B0中的MZ翻轉(zhuǎn)到XY平面，產(chǎn)生MXY。 RF脈沖中止后，開(kāi)始T1弛豫和T2弛豫。 若在MXY尚未完全消失之前施加一個(gè)180RF脈沖（或復(fù)相梯度脈沖），使相位離散的質(zhì)子群在XY平面相位重

60、新趨向一致( “復(fù)相”)，MXY由小變大，某一時(shí)刻達(dá)到最大值，此過(guò)程類似于使自旋的質(zhì)子群被“反射”回XY平面，稱回波。啟動(dòng)GZ、GY和GX用以空間定位，上述過(guò)程是脈沖序列的一個(gè)周期。磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)1231脈沖序列的周期 SE序列：90RF脈沖激發(fā)1H，使置于2主要成像參數(shù) 重復(fù)時(shí)間TR：從90脈沖開(kāi)始至下一次90脈沖開(kāi)始的時(shí)間間隔； 回波時(shí)間TE：激發(fā)脈沖與產(chǎn)生回波之間的間隔時(shí)間； 反轉(zhuǎn)時(shí)間TI ：初始180與90RF脈沖的間隔時(shí)間； 翻轉(zhuǎn)角：射頻脈沖發(fā)射后質(zhì)子自旋翻轉(zhuǎn)角度。 磁共振成像主題醫(yī)學(xué)知識(shí)1242主要成像參數(shù) 重復(fù)時(shí)間TR：從90脈沖開(kāi)始至下一二、自旋回波序列 （一）單回波S