（优质课件）MRI检查与诊断技术

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1、MRI检查与诊断技术 总论,1,第一节 磁共振成像技术概述,磁共振实际上应称核磁共振（NMR） 核指NMR主要涉及到原子核 为了与使用放射性元素的核医学相区别，突出NMR不产生电离辐射的优点，避免“核”引起人们的误解和恐惧，而通称磁共振,2,磁共振成像,一种生物磁自旋成像技术，利用原子核（氢核）自旋运动的特点，在外加磁场内，用射频脉冲激发后产生信号，用探测器（接收线圈）检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像 英文简称MRI（magnetic resonance imaging）,3,一、磁共振成像技术发展史 1946年美国哈弗大学的E.Purcell及斯坦福大学的F.Bloch领导的两

2、个研究小组各自独立的发现了核磁共振现象，Purcell和Bloch两人共同获得1952年诺贝尔物理奖，主要用于磁共振波谱，研究物质的分子结构 1971年美国纽约州立大学的R.damadian用MRS仪对老鼠的正常组织和癌变组织样品研究发现，癌变组织样品T1、T2弛豫时间值比正常组织长 1973年美国纽约州立大学的Lauterbur利用梯度磁场进行空间定位，用两个充水试管获得了第一幅核磁共振图像,4,磁共振成像技术发展史 1974年1980年MRI得到不断发展，研究出梯度选层方法、相位编码成像方法、自旋回波成像方法以及二维傅里叶变换的成像方法 1978年在英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像，同

3、一年又取得了人体第一幅胸部、腹部磁共振图像 1980年磁共振机开始应用于临床,5,二、磁共振成像技术在临床诊断中的应用,MRI优点 没有电离辐射损伤 多参数成像 软组织分辨率更高 多方位成像 血管成像无需造影剂 磁共振功能成像,MRI不足 检查时间相对较长 识别钙化有限度 运行、检查费用较高,6,MRI在临床的应用,中枢神经系统：对于脑肿瘤、脑血管病、感染性疾病、脑变性疾病、脑白质病、颅脑先天发育异常等具有极高敏感性 椎管内病变：脊髓肿瘤、血管性病变、外伤、畸形为首选方法 腹部及盆腔：实质性脏器占位、前列腺 胸部：纵膈占位、心脏大血管病变、乳腺 四肢关节：肌肉、肌腱、韧带、软骨 软组织：肿瘤、

4、血管性病变,7,第二节 磁共振成像原理,电学 磁学 量子力学 高等数学,初高中数学 初高中物理 加减乘除 平方开方,学习MRI前应该掌握的知识,8,具有磁性原子核，处于静磁场中，施加射频脉冲（RF），原子核吸收RF能量，产生磁共振现象 三个基本条件： 磁性原子核 静磁场（外磁场） 射频脉冲（RF）,二、磁共振现象,9,条件一：原子核自旋与磁矩,物质：由分子组成 分子：由原子组成 原子:由一个原子核和数目不等的电子组成 原子核:由数目不等的质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电，电子带负电荷,物质,分子,原子,原子核 电子,质子 中子,10,原子的结构,11,自旋：原子核固有物理属性，带电质子

5、以一定频率绕自身轴高速旋转 通电的环形线圈周围都有磁场存在。转动的质子也相当于一个小磁体，周围形成微小环形电流，具有自身的南、北极及磁力，质子自身具有磁性，在其周围产生磁场，并具有自身磁矩 磁矩：矢量，具有方向和大小，方向可由环形电流的法拉第右手定则确定,12,原子核自旋,13,法拉第定律,14,原子核自旋产生磁矩,15,地磁,磁铁,核磁,16,所有的原子核都可产生核磁吗？,质子为偶数，中子为偶数,不产生核磁,质子为奇数，中子为奇数 质子为奇数，中子为偶数 质子为偶数，中子为奇数,产生核磁,结论：质子数和中子数至少一个为奇数,这样的原子核包括：1H、13C、19F、23Na、31P等百余种元素

6、,17,目前生物组织的MRI成像主要为1H成像，氢原子核也称为氢质子， 1H的磁共振图像也称为质子像 人体磁共振成像选择1H的理由： 氢原子核最简单，只含有一个质子，一个电子，不含中子 1H是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核的2/3以上 1H的磁化率在人体磁性原子核中是最高的,何种原子核用于MR成像？,18,条件二：静磁场,把人体放进大磁场,19,静磁场是由磁共振仪器的主磁体产生 其强度与方向不变，强度单位B0 主磁体类型：超导、常导、永磁 静磁场强度（B0）：0.15-3.0T 目前临床上最常用的是超导MRI系统,20,主磁体外形,开放式,封闭式,21,垂直坐标系 用X、Y、Z坐标系来

7、描述磁场的位置 Z代表BO方向，即磁力线方向，常与体轴一致 X-Y平面代表垂直于磁场方向的平面，三个轴相互垂直,22,进入主磁场前质子核磁状态,人体内的质子不计其数，产生无数个小磁场，这种小磁场的排列是无序杂乱无章的，方向各异，使每个质子产生的小磁矩相互抵消， 因此，人体自然状态下并无磁性，即没有宏观磁化矢量的产生,23,进入主磁场后质子核磁状态,进入主磁场后，人体内的质子产生的小磁场不再是杂乱无章，呈有规律排列。一种是与主磁场平行且方向相同；另一种是与主磁场平行但方向相反。处于平行同向的质子略多于处于平行反向的质子 从量子物理学的角度来说，这两种核磁状态代表质子的能量差别。平行同向的质子处于

8、低能级，因此受主磁场的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；平行反向的质子处于高能级，能够对抗主磁场的作用，其磁化矢量尽管与主磁场平行但方向相反 由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量（Mo）,24,平行同向的质子略多于平行反向的质子,低能状态,高能状态,25,处于高能状态太费劲，并非人人都能做到,处于低能状态略多一点,26,进入主磁场后质子核磁状态,进动 进入主磁场后，无论是处于高能级的质子还是处于低能级的质子，其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是与主 磁场有一定角度 质子除了自旋运动外，还绕主磁场轴进行旋转摆

9、动，我们把质子的这种旋转摆动称为进动,进动是质子小磁场与主磁场相互作用的结果,27,进动,进动运动就像一个垂直旋转着的陀螺，用小锤对着它的顶端撞击一下，陀螺出现了倾斜，自旋轴偏离重力线方向，与重力线形成夹角，并绕重力线旋转,28,自旋核的进动,一个氢质子处在Bo中如陀螺样旋进，它的磁矩轴倾斜，且绕Bo方向旋转，与Bo间有一个夹角，为旋进角,29,进入主磁场后质子核磁状态,进动频率（Larmor频率） 计算公式： B 代表Larmor频率，为磁旋比（对于某一种原子核来说是个常数，质子的约为42.5mHZ/T），B为主磁场的场强，单位为特斯拉（T）， 从式中可以看出，质子的进动频率与主磁场强度呈正

10、比。,30,进入主磁场后质子核磁状态,由于进动的存在，质子自旋产生的小磁场可以分解成两个部分： 1）方向恒定的纵向磁化分矢量（沿主磁场方向） 2）以主磁场方向即Z轴为中心，在XY平面旋转的横向磁化分矢量 纵向磁化分矢量产生一个与主磁场同向的宏观纵向磁化矢量（MO） 横向磁化分矢量相互抵消，因而没有宏观横向磁化矢量(MXY),平衡态时在Bo中的质子群 MXY=0 M0=MZ,31,32,静磁场中人体组织获得磁化,人体进入静磁场后，经过质子有序排列，组织宏观上产生了一个纵向磁化矢量MZ，组织有了磁性 纵向磁化矢量MZ不是振荡磁场，无法测定 振荡磁场是一种随时间而变化的磁场，它的磁场变化可在天线内感

11、应产生电压，用电流表可以测定 纵向磁化矢量MZ不移动，也不旋转，因此无法记录,33,条件三：射频脉冲（RF）,？,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,34,MR能检测到怎样的磁化矢量呢？,MZ不是振荡磁场，无法单独检测，不能用于成像 如果要检测质子的自旋，收集信号，只有在垂直于静磁场Bo方向的横向平面有静磁化矢量 为了设法检测到特定质子群的静磁化矢量，并用于成像，需使静磁化矢量偏离Bo方向 为了达到这个目的，在MRI中采用了射频脉冲,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,35,？

12、,如何才能产生横向宏观磁化矢量？,36,射频脉冲的作用,共振 排列起一组音叉，敲击一个音叉振动发音时，组内与之音调相同的音叉就会吸收能量振动发音，这个过程叫做“共振” 共振：能量从一个振动着的物体传递到另一个物体，后者以与前者相同的频率振动。共振的条件是相同的频率，实质是能量的传递 照此原理，将电磁波的能量发射到质子群上，一旦M加大偏转角并产生旋转，即可达到产生振荡磁场的目的,37,共振,条件： 频率一致 实质： 能量传递,38,射频脉冲（RF）,射频脉冲（radio frequency，RF）系统产生能量激发质子共振，并接受质子释放的能量,组成： 射频放大器 射频通道 脉冲线圈：发射线圈 接

13、收线圈,作用： 激发人体产生共振（广播电台的发射天线） 采集MR信号（收音机的接收天线）,RF系统包括下列组件：,39,脉冲线圈的分类 按作用分两类 激发并采集MRI信号（体线圈） 仅采集MRI信号，激发采用体线圈进行（绝大多数表面线圈）,40,按与检查部位的关系分： 体线圈 表面线圈 第一代为线性极化表面线圈 第二代为圆形极化表面线圈 第三代为圆形极化相控阵线圈 第四代为一体化全景相控阵线圈,41,射频脉冲（RF）条件,RF的频率与质子的进动频率相同 激发：RF把能量传递给低能级质子的过程（共振） 质子群共振后生成横向磁化矢量 MRI信号检测是在XY平面进行的，,42,射频脉冲的种类,根据R

14、F激发后静磁化矢量偏转的角度 90o射频脉冲 180o射频脉冲 小角度射频脉冲 令偏转角达90o的射频脉冲称为90o射频脉冲 RF脉冲作用后，静磁化矢量Mo翻转90o到XY平面上 垂直方向：MZ=o 水平方向：MXY最大，大小等于Mo,43,宏观效应,射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发生偏转 射频脉冲的强度和持续时间决定射频脉冲激发后的效应,小角度,90o,180o,44,磁共振现象是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）激发人体内的氢质子来引发， 这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同， 低能的质子获能进入高能状态,微观效应,45,横向磁化发出磁共振信号,MXY不停的旋转，这是一种振荡磁

15、场，传播至附近一处固定的天线内即可产生感应电流 MXY振荡磁场就是组织发出的磁共振信号，天线内感应生成的电流即为接受的信号,激励,接收,46,二、磁化强度的弛豫过程,90o射频脉冲 当射频脉冲的能量正好使宏观纵向磁化矢量偏转90o，即完全偏转到XY平面，我们称这种脉冲为90o射频脉冲。其产生的横向宏观磁化矢量在各种角度的射频脉冲中是最大的。,47,90o射频脉冲,微观上，90o射频脉冲效应分解为两个部分 90o射频脉冲使处于低能级多出于高能级的那部分质子，有一半获得能量进入高能级状态。这就使处于低能级和高能级的质子数相同，两个方向的纵向磁化分矢量相互抵消，因此，宏观纵向磁化分矢量等于零 90o

16、射频脉冲前，质子的横向磁化分矢量相位不同；90o脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同一相位，因而产生了一个最大的宏观横向磁化矢量,48,射频脉冲关闭后发生了什么？,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,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间才进行MR信号采集。,49,核磁弛豫,弛豫,Relaxation,放松、休息,50,核磁弛豫,定义：90o脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐步恢复到平衡状态的过程 核磁弛豫可分为两个相对独立的部分 横向磁化矢量逐渐变小直至消失，称为横向弛豫 纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大（平衡状态），称为纵向弛豫,51,横向弛豫,也称为T2弛豫，简单地说