1、磁共振成像磁共振成像MRI诊断学诊断学 阳江春江医院阳江春江医院 张志军张志军 :13542684571 第一章第一章 总总 论论 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 第二节第二节 磁共振成像技术磁共振成像技术 第三节第三节 磁共振成像机结构磁共振成像机结构 第四节第四节 磁共振成像图像特点磁共振成像图像特点 第五节第五节 磁共振成像临床应用磁共振成像临床应用 第六节第六节 磁共振成像进展磁共振成像进展 第一章第一章 总总 论论 开展概况：开展概况：1946年年 美国斯坦福大学美国斯坦福大学Bloch与哈佛大学与哈佛大学 Purcell 同时发现核磁共振现象同时发现核磁共振现象
2、NMR 1952年年 获诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理学奖 1952 研究物质分子结构的化学分析技术研究物质分子结构的化学分析技术 70年代年代 NMR与医学诊断联系起来与医学诊断联系起来 1976年年 首先实现人体手部成像首先实现人体手部成像 1980年年 第一台第一台MRI机问世机问世 1985年年 第一军医大学南方医院引进第一台第一军医大学南方医院引进第一台MRI机机 1989年年 国内开始生产国内开始生产MRI机并投入临床应机并投入临床应用用 第一章第一章 总总 论论 名词：名词：核磁共振：核磁共振：NMR nuclear magnetic resonance 磁共振成像磁共振成像：MRI
3、 magnetic resonance imaging 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 定义：定义：利用人体内固有的原子利用人体内固有的原子核，在外加磁场作用下产生共振核，在外加磁场作用下产生共振现象，吸收能量并释放现象，吸收能量并释放MR信号，信号，将其采集并作为成像源，经计算将其采集并作为成像源，经计算机处理，形成人体机处理，形成人体MR图像。图像。第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 成像条件：成像条件：人体内原子核人体内原子核氢质子氢质子H 外加磁场外加磁场主磁场主磁场B0 梯度磁场梯度磁场Gy Gx Gz 交变磁场交变磁场RF 中心控制系统中心控制系
4、统计算机计算机 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 自旋质子：自旋质子：任何一个原子核，只要其所含质任何一个原子核，只要其所含质子或子或 中子任何一个为奇数时，原子核带有中子任何一个为奇数时，原子核带有“净净 电荷，有绕着自旋轴自旋的特性，电荷，有绕着自旋轴自旋的特性，具备具备 磁性，磁性，1H只有一个质子，没有中子，只有一个质子，没有中子，称为称为 自旋质子。自旋质子。第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 氢原子磁矩进动学说经典力学理论氢原子磁矩进动学说经典力学理论 一、氢原子核磁矩平时状态一、氢原子核磁矩平时状态-杂乱无章杂乱无章 二、氢原子置于磁场的状态二、
5、氢原子置于磁场的状态-磁矩按磁磁矩按磁 力线方向排列力线方向排列 三、施加射频脉冲三、施加射频脉冲-原子核获得能量原子核获得能量 四、射频脉冲停止后四、射频脉冲停止后-产生产生MR信号信号 原子核的能级跃迁学说量子力学理论原子核的能级跃迁学说量子力学理论 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 弛豫过程：弛豫过程：射频脉冲去除后，在静磁场作用下，质射频脉冲去除后，在静磁场作用下，质子从高能量状态与磁场垂直位置到子从高能量状态与磁场垂直位置到低能量状态与磁场平行位置的恢复低能量状态与磁场平行位置的恢复过程过程 弛豫时间：弛豫时间：射频脉冲去除后，有静磁场作用下，质射频脉冲去除后，有静
6、磁场作用下，质子恢复到平衡位置所需时间为弛豫时间。子恢复到平衡位置所需时间为弛豫时间。第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 一、纵向弛豫：一、纵向弛豫：9090射频脉冲停止后，磁化分量射频脉冲停止后，磁化分量 MzMz逐渐增大到最初值，呈指数规律缓慢增长，逐渐增大到最初值，呈指数规律缓慢增长，由于是在由于是在Z Z轴上恢复，称为纵向弛豫。轴上恢复，称为纵向弛豫。T1T1弛豫时间纵向弛豫时间规定为弛豫时间纵向弛豫时间规定为MzMz到达到达 其最终平衡状态其最终平衡状态63%63%的时间的时间 二、横向弛豫：二、横向弛豫：9090射频脉冲停止后，磁化分射频脉冲停止后，磁化分 量量Mx
7、yMxy很快衰减到零，呈指数规律衰减，称很快衰减到零，呈指数规律衰减，称 为横向弛豫。为横向弛豫。T2T2弛豫时间横向弛豫时间是指磁化分量弛豫时间横向弛豫时间是指磁化分量 MxyMxy衰减到原来值的衰减到原来值的37%37%的时间。的时间。第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 决定成像因素决定成像因素 1 组织内质子密度组织内质子密度 2 T1值值 3 T2值值 4 流空效应流空效应 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 信号强度与成像因素的关系信号强度与成像因素的关系 与组织内质子密度成正比与组织内质子密度成正比 与与T1值成反比值成反比 与与T2值成正比值成正比
8、 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 MRMR信号空间定位信号空间定位 一、梯度磁场一、梯度磁场 在均匀的主磁场中，在均匀的主磁场中，MRMR接收线圈所收接收线圈所收集到的是整个被成像区域内的质子集到的是整个被成像区域内的质子发出的发出的MRMR信号，这些信号不含有空信号，这些信号不含有空间的信息。间的信息。如在主磁场中再加一个梯度磁场，那如在主磁场中再加一个梯度磁场，那么被检体各部位质子的进动频率可么被检体各部位质子的进动频率可因磁场强度不同而区别，因此因磁场强度不同而区别，因此MRMR空空间定位靠梯度磁场。间定位靠梯度磁场。通过梯度磁场到达选层目的，此梯度通过梯度磁场到达选
9、层目的，此梯度也称选层梯度也称选层梯度 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 MRMR信号空间定位信号空间定位 二、频率编码梯度和相位编码梯度二、频率编码梯度和相位编码梯度 无法将同一层面内不同区域的无法将同一层面内不同区域的MRMR信号区分开，信号区分开，需通过选层梯度，可获特定层面内质子的振信需通过选层梯度，可获特定层面内质子的振信号，但由于这些信号具有相同的频率，因此借号，但由于这些信号具有相同的频率，因此借助与选层梯度垂直的另外两个梯度。助与选层梯度垂直的另外两个梯度。频率编码梯度频率编码梯度GfGf，相位编码梯度相位编码梯度GpGp 使使XYXY平面中不同点中的质子平面
10、中不同点中的质子MRMR信号具有不同的信号具有不同的进动频率和不同的进动相位，通过二次进动频率和不同的进动相位，通过二次FTFT变换，变换，可实现可实现XYXY平面内平面内MRMR信号的空间定位信号的空间定位 第一节第一节 磁共振成像根本原理磁共振成像根本原理 MRMR信号空间定位信号空间定位 三、变换层厚的措施三、变换层厚的措施 变换变换RFRF频率的范围：带宽与扫描频率的范围：带宽与扫描范围有关，采用的带宽窄那么扫范围有关，采用的带宽窄那么扫描层厚薄描层厚薄 变换梯度增磁场坡度：梯度磁场变换梯度增磁场坡度：梯度磁场坡度陡峭那么扫描层薄，坡度缓坡度陡峭那么扫描层薄，坡度缓那么厚。那么厚。第二
11、节第二节 MRIMRI的根本结构的根本结构 第二节第二节 MRIMRI的根本结构的根本结构 一、磁体系统一、磁体系统 主磁体主磁体：产生静磁场：产生静磁场 永磁磁体永磁磁体铝镍钴、铁氧体，造价低铝镍钴、铁氧体，造价低 维护方便，维护方便，场强较低场强较低 常导磁体常导磁体铜或铝导线，制造简单，耗电量大，铜或铝导线，制造简单，耗电量大，场强稍高场强稍高 超导磁体超导磁体铌铌-钛合金，场强高稳定，费用高，钛合金，场强高稳定，费用高，消耗液氮消耗液氮 第二节第二节 MRIMRI的根本结构的根本结构 梯度系统梯度系统：扫描层面的空间定位：扫描层面的空间定位 射频系统射频系统：发射射频脉冲，产生：发射射
12、频脉冲，产生MRMR信号并信号并 接收接收 二、谱仪系统二、谱仪系统 包括梯度场、射频场的发生和控制，包括梯度场、射频场的发生和控制，MRMR信号接收和控制等，信号接收和控制等，三、计算计图像处理系统三、计算计图像处理系统 第三节第三节 磁共振成像技术磁共振成像技术 自旋回波序列快速自旋回波序列自旋回波序列快速自旋回波序列 Spin Echo Sequence,SETSE，FSE 由一由一90脉冲之后，发射脉冲之后，发射180 磁共振成像参数选择磁共振成像参数选择 TR重复时间重复时间 Repetition Time,TR 两个两个90脉冲之间的时间为重复时间脉冲之间的时间为重复时间 TE回波
13、时间回波时间 Echo Time,TE 90脉冲至测量回波时间称回波时间脉冲至测量回波时间称回波时间 第三节第三节 磁共振成像技术磁共振成像技术 T1WI:T1T1WI:T1加权像加权像 T1 Weighted T1 Weighted Imaging Imaging 在在MRIMRI成像中，两种组织间信号强度成像中，两种组织间信号强度的差的差 别主要取决于别主要取决于T1T1弛豫时间的不同，所得弛豫时间的不同，所得图像图像 为为T1WI T1WI 短短TR(TR500ms)TR(TR500ms)短短TE(TE30ms)TE(TE2000ms)TR(TR2000ms)长长TE(TE90ms)TE
14、(TE90ms)T2T2长：横向磁化强度衰减慢，信号强长：横向磁化强度衰减慢，信号强CSFCSF T2T2短：横向磁化强度衰减快，信号弱短：横向磁化强度衰减快，信号弱肌肉肌肉 第三节第三节 磁共振成像技术磁共振成像技术 质子密度成像：质子密度成像：PDWI 在在MRI中，信号强度的差异主要取决于中，信号强度的差异主要取决于 质子的数量，即质子密度，这种图像称质质子的数量，即质子密度，这种图像称质 子密度成像子密度成像 长长TR1500-2500，短，短TE15-35 单位体积内质子的数目越多，产生单位体积内质子的数目越多，产生MR信号越信号越强强 含质子少的组织和区域气腔不产生含质子少的组织和
15、区域气腔不产生MR信信号号 或很弱或很弱 第四节第四节 MRI图像特点图像特点 组织特性组织特性 T1WI T2WI 水水 长长T1、很长、很长T2 低信号低信号 明亮高明亮高 脂肪脂肪 T1短，短，T2长长 很高很高 中等高中等高 肌肉肌肉 T1长，长，T2短短 低低 低低 骨皮质骨皮质 活动质子少活动质子少 黑黑 黑黑 气体气体 无活动质子无活动质子 黑黑 黑黑 流动血液流动血液 流动效应流动效应 SE 低无低无 低无低无 GREMRA 高高 高高 出血出血 T1短，短，T2长长 高高 高高 肿瘤肿瘤 T1、T2延长延长 低低 高高 第三节第三节 磁共振成像技术磁共振成像技术 反转回复序列
16、反转回复序列Inversion Recovery,IR 采用屡次采用屡次180-90-180脉冲组脉冲组 第一个第一个180至至90间隔时间为回复时间间隔时间为回复时间TI,具有较纯的具有较纯的T1加权特性，加权特性，TI较长较长(400-600ms,大于多数组织的大于多数组织的T1值，值，短短T1者信号高者信号高 TI较短较短(300ms,小于多数组织的小于多数组织的T1值，与上值，与上述相反，短述相反，短T1者信号弱，称者信号弱，称STIR(short TI inversion recovery)第三节第三节 磁共振成像技术磁共振成像技术 局部饱序列局部饱序列Partial Saturation,PS 由一组由一组90脉冲组成脉冲组成 如所设如所设TR时间长，为饱和恢复序列，所时间长，为饱和恢复序列，所得信号为质子密度像得信号为质子密度像 所设所设TR短那么局部饱和，所得图像为短那么局部饱和，所得图像为T1WI 第三节第三节 磁共振成像技术磁共振成像技术 快速成像快速成像fast imaging)小角度鼓励小角度鼓励 梯度回波梯度回波Gradient Echo,GRE)利用梯度增磁
