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1、1,第一章 核磁共振成像原理,本章主要讲述内容：,磁共振信号的产生 磁共振信号的获取与傅立叶变换 像素位置信息的确定（梯度） 像素灰度信息（信号幅度）的确定 序列参数对图像权重的影响 磁共振成像序列,2,简述磁共振成像过程,1.,3,4,5,第一节 磁共振信号的产生,发电； 磁带、录像带； 磁盘； 音响； MRI的核心。,6,7,1、人体MR成像的物质基础,原子的结构,8,他想：既然通电的线圈类似一只磁铁，反过来，一个天然磁体不是也像一只通电线圈吗？那么，天然磁铁上的电流在哪里？安培注意到这样一个事实，那就是把一条形磁体折为两段，结果变成了两个独立的磁体，照此分下去，天然磁体的每一颗粉末也都是
2、独立的磁体，都有N极和S极 ； 安培想：在原子、分子或分子团等物质微粒内部，存在着一种环形电流-分子电流(后人也叫它“安培电流”)，分子电流使每个物质微粒都形成了一个微小的磁体，环性的分子电流的磁场使它的两侧相当于两个磁极。这两个磁极是跟分子电流不可分割地联系在一起的。未磁化的物体分子电流的方向非常紊乱，对外不显示磁性。磁化后，分子电流的方向变得大致相同，于是对外显示出磁作用。,安培是电学领域里的牛顿,9,原子核总是绕着自身的轴旋转自旋 ( Spin ),10,地球自转产生磁场 原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋 ( Spin ) 原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁，因
3、而以前把磁共振成像称为核磁共振成像（NMRI）。,自旋与核磁,11,用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有： 1、1H的磁化率很高； 2、1H占人体原子的绝大多数。 通常所指的MRI为氢质子的MR图像。,何种原子核用于人体MR成像？,12,人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢质子31022） 每个氢质子都自旋产生核磁现象 人体象一块大磁铁吗？,13,通常情况下人体内氢质子的核磁状态,通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。,14,把人体放进大磁场,15,进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态,16,进动(Precession
4、) 质子在静磁场中以进动方式运动 这种运动类似于陀螺的运动,质子进动,陀螺运动,17,进动频率(Precession Frequency),拉莫尔方程,其中：0 ：进动的频率 （Hz或MHz） B0 ：外磁场强度(单位T，特斯拉)。 ：旋磁比；质子的为 42.5MHz / T。,18,19,处于高能状态太费劲，并非人人都能做到,处于低能状态的略多一点,20,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,？,21,MR能检测到怎样的磁化矢量呢？,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,22,MR
5、能检测到怎样的磁化矢量呢？,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,23,如何才能产生横向宏观磁化矢量？,？,？,？,24,3、什么叫共振，怎样产生磁共振？,共振：能量从一个震动着的物体传递到另一个物体，而后者以前者相同的频率震动。,25,体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？,给低能的氢质子能量，氢质子获得能量进入高能状态，即核磁共振。,？,26,90度脉冲继发后产生的宏观和微观效应,低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态，高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零,使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量,27,90度脉冲激发使质
6、子发生共振，产生最大的旋转横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接收线圈，MR仪可以检测到。,28,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度脉冲后偏转横向的磁场越强，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,非常重要,29,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。,非常重要,30,4、射频线圈关闭后发生了什么？,31,无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向),32,射频脉冲
7、停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫。 核磁弛豫又可分解为两个部分： 横向弛豫 纵向弛豫,33,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。,34,不同的组织横向弛豫速度不同 不同的组织T2值不同,35,纵向弛豫,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。,36,不同组织有不同的纵向弛豫速度 不同组织T1值不同,37,在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢量越大，MR信号越强,38,重要提示,不同组织有着不同 质子密度
8、横向(T2)弛豫速度 纵向(T1)弛豫速度 这是MRI显示解剖结构和病变的基础,39,5、磁共振“加权成像”,T1WI,T2WI,PD,40,所谓的加权就是“重点突出”的意思 T1加权成像（T1WI）-突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别 T2加权成像（T2WI）-突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别 质子密度加权成像（PD）突出组织氢质子含量差别,何为加权？,41,T2加权成像（T2WI),T2值小 横向磁化矢量减少快 MR信号低（黑） T2值大 横向磁化矢量减少慢 MR信号高（白） 水T2值约为3000毫秒 MR信号高 脑T2值约为100毫秒 MR信号低,反映组织横向弛豫的快慢！,42,T2WI,
9、43,T1加权成像(T1WI),T1值越小 纵向磁化矢量恢复越快 MR信号强度越高（白） T1值越大 纵向磁化矢量恢复越慢 MR信号强度越低（黑） 脂肪的T1值约为250毫秒 MR信号高（白） 水的T1值约为3000毫秒 ，MR信号低（黑）,反映组织纵向弛豫的快慢！,？,44,T1WI,45,重要提示!,人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1WI上比正常组织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。,46,90,180,回波,TE,TR,TE：回波时间TR：重复时间,6、如何区分T1WI、T2WI,47,如何区分T1WI、T2WI,1、看TR、TE T2WI： 长TR（20
10、00毫秒）、 长TE（50毫秒） T1WI ： 短TR （400-800毫秒） 短TE（10-15毫秒）,T2WI,T1WI,AC=扫的图像的第几层，这是第2层图像。 TA=扫这层的当时的时间。,48,如何区分T1WI、T2WI,2、看水和脂肪 T1WI： 水（如脑脊液、胃液、肠液、尿液）呈低信号（黑） 脂肪呈很高信号（很白） T2WI： 水呈很高信号（很白） 脂肪信号有所降低（灰白）,T2WI,T1WI,49,3、看其他结构 脑组织： T1WI:白质比灰质信号高 T2WI:白质比灰质信号低 腹部： T1WI:肝脏比脾脏信号高 T2WI:肝脏比脾脏信号低,如何区分T1WI、T2WI,T2WI,
11、T1WI,T1WI,T2WI,50,名词解释 1、T1WI、T2WI、PDWI 2、何为加权 3、何为弛豫,51,MRI的成像基本过程 1)氢质子群的平时状态 -杂乱无章、相互抵消 2)外加磁场B0的氢质子状态 -纵向磁化、进动 3)施加射频磁场的氢质子状态 -激励共振、横向磁化 4)中断RF后的氢质子状态 -弛豫、散发能量(无电信号的电磁能) 5)接收无电信号转化为MR信号 6)用MR信号重建图像,52,90射频脉冲,RF脉冲的作用是在共振条件下激发质子使磁化强度矢量旋转，当磁化强度矢量绕射频场B1旋转90时，该RF脉冲称为90脉冲。 旋转180时，称180脉冲。,53,脉冲序列：施加90度
12、脉冲，等待一定时间，再施加一个90度或180度脉冲，这种连续施加脉过程为脉冲序列。 重复时间：两个激励脉冲间的间隔时间。 回波时间：90度脉开始之时到回波完成之间的时间间隔。,脉冲序列,54,90脉冲后，产生横向磁化，中止脉冲，质子产生弛豫，横向磁化开始消失，质子失去相位一致性，在质子未弛豫完成的某一时间内(TE)，D在XY平面上再施加180脉冲，使质子改变向相反的方向进动，停止脉冲后的TE时间时，质子再次聚集横向磁化的同向位方向上，产生较强的MR信号，叫回波,回波的概念,55,90,180,回波,TE,TR,TE：回波时间TR：重复时间,56,第二节 基本磁共振成像序列简述,自由感应衰减信号
13、(FID),自旋回波信号(SE),梯度回波信号（GrE）,一般不用 FID信号来重建图像，原因是：1，信号的较大幅度部分被掩盖在900射频之内；2，线圈发射和接受通路之间来不及切换；,较为常用的也是最早用以进行磁共振图像重建的信号，只是需要多施加一次1800RF脉冲，回波时间较长,较新的可大大缩短磁共振扫描时间的用以重建图像的信号，又称场回波,可获取的三种磁共振信号,57,一、自由感应衰减信号,自由进动：是指射频场作用停止后磁化强度矢量M的进动。 自由衰减信号（free induction decay signal, FIR）指的是在探测线圈中感应出的自由进动，又叫自由进动衰减。FID是NMR
14、的信号源。 自由感应衰减(FID): 信号随着时间而消失（类似于阻尼震荡信号），但频率不变。,58,59,60,自旋回波序列简述,900射频结束瞬间，磁化翻转到横向，开始横向弛豫，即散相,静止磁场中，宏观磁化与场强方向一致，纵向宏观磁化最大,施加900射频脉冲，纵向磁化翻转到横向，横向磁化最大,施加1800射频脉冲，质子进动反向,相位开始重聚,经过与散相相同的时间后,相位重聚完全,横向磁化再次达到最大值,此时的线圈感应信号即为自旋回波信号,自旋回波信号的产生过程,61,62,基本SE序列的序列结构,重复时间,回波时间,63,梯度回波(GRE)序列,梯度回波序列缩短扫描时间分析图,使用脉冲而非9
15、00脉冲,使得 纵向磁化弛豫加快,从而极大的减少TR时间,使用翻转梯度产生回波而非1800脉冲,从而允许最短的TE时间,给缩短TR带来空间,梯度回波 (Gradient Echo),64,第三节 磁共振图像重建,基本概念： 像素：组成灰度数字图像的基本单元。 体素：像素对应人体内的位置。 像素灰度信息：对应体素的检测信息的强度。,不同成像手段进行位置对应的手段不同,对磁共振而言,实现像素与体素对应的手段是施加三个维度上的梯度磁场。,不同成像手段的检测信息不同,65,1、 磁共振信号的获取与傅立叶变换,如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈，会接收到什么信号？,自由感应衰减(FID): 信号随着时
16、间而消失（类似于阻尼震荡信号），但频率不变。,66,一、傅立叶变换,一维傅里叶变换：,利用傅里叶变换可对不同函数的频率进行分解。,在MRI中，为了对一定共振频率范围内的质子都进行激发，必须使用时域内的矩形脉冲作为激励的能量。,傅里叶反变换：,67,MRI中常用的傅立叶变换,越短，它覆盖的频率范围就越宽。,1.矩形脉冲,68,矩形脉冲宽度无限窄,2.脉冲,69,傅立叶变换的作用,复杂的时间域信号,简单的频率域信号,傅立叶变换,Amplitude,70,二、梯度场的模型,梯度斜率越大，系统性能越好,71,1.梯度磁场的产生,拉莫尔方程（Larmor equation）：,又叫梯度磁场，是指沿直角坐标系某坐标方向呈线性变化的磁场。,空间定位：在主磁场 上叠加一个变化的小磁场 ，从而使成像层面上各处的磁场得以改变。,72,在Z方向叠加的强度随Z变化的磁场，叫Z方向梯度场； 在X方向叠加的强度随X变化的
