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1、,磁共振成像原理,医学影像成像原理,解放军第三七一医院 李善杰,本章重点, 磁共振成像物理基础 图像信息的产生 图像的空间定位 影像图像质量的主要参数 脉冲序列的构成及其特点 血管成像的常用方法,医学影像成像原理,本章主要内容,1,医学影像成像原理,概述,概述,磁共振成像的基本条件,磁共振图像的信号,磁共振图像的空间定位,1,2,3,4,本章主要内容,1,医学影像成像原理,概述,磁共振图像的重建,磁共振成像序列,磁共振血管成像,磁共振成像的图像质量,5,6,7,8,第一节：概述【 】,医学影像成像原理, 磁共振成像的优缺点,医学影像成像原理,安全无创,软组织分辨率高,医学影像成像原理,多方位成
2、像,医学影像成像原理,多参数多序列成像,医学影像成像原理,选择性成像,医学影像成像原理,功能成像能够反映组织的血供、生化成分、及功能状态,第一节：概述,医学影像成像原理,【 】磁共振成像的优缺点,优点： 1.安全、无创 2.软组织分辨率高 3.多方位成像 4.多参数多序列成像 5.选择性成像 6.功能、组织化学、生物化学方面的研究,缺点： 1.空间分辨率低 2.成像速度慢 3.禁忌症多 4.不能进行定量分析 5.多种伪影因素 6.设备价格昂贵,医学影像成像原理,第二节：磁共振产生的基本条件【 】, 名词解释：磁共振现象 ；磁共振信号,第二节：磁共振产生的基本条件,【 】 磁共振产生的三个条件,
3、1.具有磁矩的自旋原子核 2.稳定的静磁场 3.特定频率的射频脉冲,医学影像成像原理,第二节：磁共振产生的基本条件,一、原子核的自旋与磁矩,医学影像成像原理, 自旋 原子核及质子围绕着自身的轴进行旋转,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,磁矩 任何存在奇数质子、中子或质子数与中子数之和为奇数的原子核均存在磁矩,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,二、静磁场（B0）, 静磁场的作用 （1）产生净磁化矢量 （2）质子在静磁场中进动,静磁场的类型 （1）常导型磁体 （2）超导型磁体 （3）永磁型磁体 磁体的场强（T） （1）超高场（4-7） （2）高场（1.5-3） （3）中
4、场（0.5-1.4） （4）低场（0.2-0.4） （5）超低场（0.2）,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,静磁场（B0）的作用净磁化矢量形成,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,静磁场（B0）的作用,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,处于低能状态的略多一点，007,处于高能状态太费劲，并非人人都能做到,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,静磁场（B0）的作用质子在静磁场中的进动 , =B0 ,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,第二节：磁共振产生的基本条件,由于相位不同，只有宏观
5、纵向磁化矢量产生，并无宏观横向磁化矢量产生,进入主磁场后，质子自旋产生的核磁与主磁场相互作用发生进动,进动使每个质子的核磁存在方向稳定的纵向磁化分矢量和旋转的横向磁化分矢量,医学影像成像原理,重要,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏观磁化矢量 不同的组织由于氢质子含量的不同，宏观磁化矢量也不同 磁共振不能检测出纵向磁化矢量,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量,MR能检测到怎样的磁化矢量呢？,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,如何才能产生横向宏观磁化矢量？,？,？
6、,第二节：磁共振产生的基本条件,三、射频脉冲,医学影像成像原理,射频脉冲（RF） 是一种交变电磁波（其磁场用B1 表示）。当静磁场（B0）的场强为0.2T3.0T时，根据拉莫方程，处于B0中自旋质子的进动频率为8.5127MHz，它属于电磁波谱内无线电波的频率范围；又因为它在MRI 中仅做短暂的发射，因此称为射频脉冲,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,三、射频脉冲, 射频脉冲的作用 （1）翻转纵向磁化矢量 （2）形成横向磁化矢量 射频脉冲的特征 （1）频率：进动频率=RF脉冲频率产生共振 （2）带宽：频率的范围决定扫描层面厚度和预饱和 （3）强度和作用时间：决定MZ的翻转角度,第
7、二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,高能量,中等能量,低能量,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了90度，MRI可以检测到人体发出的信号 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90度脉冲后磁化矢量偏转，产生的旋转的宏观横向矢量越大，MR信号强度越高。 此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织,第二节：磁共振产生的基本条件,医学影像成像原理,检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，对于临床诊断来说是远远不够的。 我们总是在90度脉冲关闭后过一定时
8、间才进行MR信号采集。,第三节：磁共振图像的信号【 】,医学影像成像原理,几个概念： 1相位（Phase） 2同相位（in-phase） 3离相位（out of phase） 4聚相位（re-phase） 5失相位（de-phase）,第三节：磁共振图像的信号【 】,医学影像成像原理,6驰豫（relaxation） 7纵向驰豫（longitudinal relaxation） 8纵向驰豫时间（T1） 9横向驰豫（transverse relaxation） 10横向驰豫时间（T2） 11T2*驰豫,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,一、相位的概念,1相位（Phase）：平面内旋转的矢
9、量与某一参照轴的夹角称为相位。 2同相位（in-phase）：多个矢量在空间的方向一致。 3离相位（out of phase）：多个矢量在空间的方向不一致。 4聚相位（re-phase）：由不同相位达到同相位的过程。 5失相位（de-phase）：由同相位变成不同相位的过程,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,尽管每个质子的进动产生了纵向和横向磁化矢量，但由于相位不同，因而只有宏观纵向磁化矢量产生，并无宏观横向磁化矢量产生,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,二、自旋质子弛豫 ,（1）弛豫的概念,1驰豫（relaxation）：是指自
10、旋质子的能级由激发态恢复到它们稳定态（平衡态）的过程。 2纵向驰豫（longitudinal relaxation）：射频脉冲停止以后，纵向磁化矢量MZ由最小恢复到原来大小的过程称纵向驰豫。 3横向驰豫（transverse relaxation）：射频脉冲停止后，横向磁化矢量MXY 由最大逐步消失的过程称横向驰豫。,注意：纵向弛豫和横向弛豫是两个相互独立的过程,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,（2）纵向弛豫（T1弛豫）,也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,高能的质子释
11、放能量,纵向弛豫,90度激发,纵向弛豫的机理,低能的质子获能进入高能状态,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,晶格震动频率接近于质子进动频率 能量传递快脂肪，含中小分子蛋白质,高能的质子把能量释放给周围的晶格（分子）,晶格震动频率高于质子进动频率 能量传递慢纯水,纵向弛豫也称为自旋-晶格弛豫,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,纵向弛豫时间： （T1）纵向磁化矢量MZ 从最小恢复到平衡态磁化矢量M0的63的时间,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,T1弛豫是由于高能质子的能量释放回到低能状态 用T1值来描述组织T1弛豫的快慢,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,
12、不同组织有不同的T1弛豫时间 B0场强不同，T1值也不同,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,（3）横向弛豫,也称为T2弛豫，简单地说，T2弛豫就是横向磁化矢量减少的过程。,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,横向弛豫的机制,1.静磁场的不均匀性 2.自旋质子间的相互作用,横向弛豫也称为：自旋-自旋弛豫,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,横向弛豫时间,（T2）横向磁化矢量MXY 衰减至最大值37的时间。,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,T2弛豫是由于进动质子的失相位 用T2值来描述组织T2弛豫的快慢,第三节：磁共
13、振图像的信号,医学影像成像原理,不同的组织横向弛豫速度不同（T2值不同）,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,T2*弛豫,在不均匀的B0中的横向驰豫称为T2*驰豫。T2*是不固定的，随B0的均匀性而改变。T2*衰减速度总是快于T2衰减速度,第三节：磁共振图像的信号,医学影像成像原理,三、自由感应衰减信号,第四节：磁共振图像的空间定位【 】,医学影像成像原理,（一）梯度磁场的概念 （二）层面选择 （三）空间编码,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,（一）梯度场的概念,是一个随位置、以线性方式变化的磁场。与静磁场（B0）叠加后，可以暂时造成磁场的不均匀，使沿梯度方向的自旋质子具
14、有不同的磁场强度，因而有不同的共振频率，从而获得关于位置的信息。,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,为获得各个方向的空间位置信息，需要在X、Y、Z 方向上分别施加一个梯度，根据它们的功能，这些梯度被称为：层面选择梯度；频率编码或读出梯度；相位编码梯度。,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,（二）层面和层厚的选择,第一个梯度场,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,梯度场强不变 射频带宽越宽层厚越厚 射频带宽不变 梯度场强越高层厚越薄,决定层厚的因素 梯度场强 射频
15、带宽,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,层面内的空间定位 体素（Voxel）像素（Pixel）,MR？,（三）空间编码 ,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,MR采集到的每一个信号均含有全层信息 必须进行层面内的空间定位编码才能把整个信息分配到各个像素 空间定位编码包括频率编码和相位编码,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,频率编码（frequency encoding）：频率编码梯度使沿X 轴的空间位置信号具有频率特征而被编码，最终产生与空间位置相关的不同频率的信号。这种编码方式称为频率编码。 相位编码（Phase encoding）：在Y 方向上施加一个梯度，对信号进行编码，以确定信号来自二维空间的哪一行。,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,带有不同频率的MR信号，通过付立叶转换可以区分,频率编码依靠梯度磁场,第二个梯度场,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,相位编码还是依靠梯度磁场,相位编码,第三个梯度场,第四节：磁共振图像的空间定位,医学影像成像原理,
