《mri信号分析基础：信号产生、本质及读片原则》由会员分享，可在线阅读，更多相关《mri信号分析基础：信号产生、本质及读片原则（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 临床临床临床临床MRIMRI信号分析基础（信号分析基础（信号分析基础（信号分析基础（1 1） 产生产生产生产生来源来源本质本质原则原则来源来源本质本质原则原则 国家级国家级I类类CME项目，项目，2016-09-01-252 磁共振信号分析与图像解读磁共振信号分析与图像解读 2016年年9月月14日，北京日，北京 友谊放射友谊放射 -产生产生产生产生、来源来源、本质本质、原则原则、来源来源、本质本质、原则原则 杨正汉杨正汉 首都医科大学附属首都医科大学附属北京友谊医院放射科北京友谊医院放射科 消化消化疾病国家临床医学中心消化影像部疾病国家临床医学中心消化影像部 首都医科大学附属首都医科大学
2、附属北京友谊医院放射科北京友谊医院放射科 消化消化疾病国家临床医学中心消化影像部疾病国家临床医学中心消化影像部 我们每天的工作我们每天的工作我们每天的工作我们每天的工作 ？ 友谊放射友谊放射 2 ？ 概要概要概要概要 MRI信号的产生信号的产生 MRI信号模式信号模式 友谊放射友谊放射 3 MRI基本对比的产生基本对比的产生 MRI的信号直接来源的信号直接来源 MRI信号强度的影响因素信号强度的影响因素 MRI的读片原则的读片原则 核磁核磁 磁性原子核自旋产生的磁场磁性原子核自旋产生的磁场 1. MRI信号的产生信号的产生 友谊放射友谊放射 4 磁性原子核磁性原子核 质子为奇数，中子为奇数质子
3、为奇数，中子为奇数 质子为奇数，中子为偶数质子为奇数，中子为偶数 质子为偶数，中子为奇数质子为偶数，中子为奇数 用于人体用于人体MRI的为的为1H（氢质子），原因有：（氢质子），原因有： 1H的磁化率很高；的磁化率很高； 何种原子核用于人体何种原子核用于人体MR成像？成像？ 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 5 1H占人体原子的绝大多数占人体原子的绝大多数 存在于各种有机物中，具有生物代表性存在于各种有机物中，具有生物代表性 通常所指的通常所指的MRI为氢质子的为氢质子的MR图像图像 人体元素人体元素 1 1H H 14N 31P 摩尔浓度摩尔浓度 99.0 1.6 0.35 相对磁化率相对磁
4、化率 1.0 0.083 0.066 人体组织中常见的磁性原子核人体组织中常见的磁性原子核 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 6 13C 23Na 39K 17O 2H 19F 0.1 0.078 0.045 0.031 0.015 0.0066 0.016 0.093 0.0005 0.029 0.096 0.83 2 通常情况下人体内氢质子的核磁状态通常情况下人体内氢质子的核磁状态 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 7 通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的 磁场，但呈 通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的 磁场，但呈随机无序随机无序排列，磁化矢量相互抵消， 人体 排列，磁化矢量
5、相互抵消， 人体并不表现出宏观磁化矢量。并不表现出宏观磁化矢量。 把人体放进大磁场 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 8 组织进入磁场前后的核磁状态改变组织进入磁场前后的核磁状态改变 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 9 磁场中质子核磁是磁场中质子核磁是绝对绝对同向或逆向平行吗？同向或逆向平行吗？ 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 10 Precession (进动进动) 友谊放射友谊放射 11 = .B ：进动频率进动频率 Larmor 频率频率 友谊放射友谊放射 12 ：磁旋比磁旋比 42.5兆赫兆赫 / T B：外磁场场强外磁场场强 3 高能与低能高能与低能状状 友谊放射友谊放射 13
6、状状态质子的进动态质子的进动 进动使每个质子产生纵向和旋转横向磁化分矢量进动使每个质子产生纵向和旋转横向磁化分矢量 人体组织进入主磁场后到底处于何种核磁状态？人体组织进入主磁场后到底处于何种核磁状态？ 先看先看纵向纵向磁化分矢量磁化分矢量 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 14 处于低能的质子略多于处于高能的质子处于低能的质子略多于处于高能的质子 相互抵消后产生纵向相互抵消后产生纵向宏观宏观磁化矢量磁化矢量（Mz） 低能的质子比高能的质子低能的质子比高能的质子多出多少？多出多少？ 室温下（室温下（300k） 0 2T1 3 PPM 仅略多一点点仅略多一点点 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 1
7、5 0.2T：1.3 PPM 0.5T：4.1 PPM 1.0T：7.0 PPM 1.5T：9.6 PPM PPM为百万分之一为百万分之一 多出的质子才能成像多出的质子才能成像 MRI信号非常微弱信号非常微弱 场强越高，多出的质子越多场强越高，多出的质子越多 场强越高，信噪比越高场强越高，信噪比越高 再看再看横向横向磁化分矢量磁化分矢量 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 16 每个质子小核磁都有旋转的横向磁化分矢量每个质子小核磁都有旋转的横向磁化分矢量 由于相位不同，相互抵消，由于相位不同，相互抵消，没有没有形成宏观横向磁场形成宏观横向磁场（Mxy） 线圈能检测到怎样的磁化矢量呢？线圈能检测到
8、怎样的磁化矢量呢？ ？ 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 17线圈不能检测到线圈不能检测到Mz，但能检测到，但能检测到旋转的旋转的Mxy ？ 共振共振 条件条件 频率致频率致 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 18 频率频率一一致致 实质实质 能量传递能量传递 4 磁共振现象的微观效应磁共振现象的微观效应 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 19 给予与氢质子进动频率一致的射频激励给予与氢质子进动频率一致的射频激励 低能态的质子获能进入高能态低能态的质子获能进入高能态 脉冲激励后，宏观磁化矢量发生偏转脉冲激励后，宏观磁化矢量发生偏转 偏转角度取决于脉冲的能量偏转角度取决于脉冲的能量（脉冲强度和持
9、续时间）（脉冲强度和持续时间） 磁共振现象的宏观效应磁共振现象的宏观效应 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 20 低能量低能量 小角度脉冲小角度脉冲 中等能量中等能量 90度脉冲90度脉冲 高能量高能量 180度反转脉冲180度反转脉冲 氢质氢质子子 90度脉冲激励产生的度脉冲激励产生的Mxy能被线圈探测能被线圈探测 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 21 子子多多氢质子少氢质子少 激励使组织产生旋转的宏观横向磁场激励使组织产生旋转的宏观横向磁场（Mxy） MRIMRI信号的本质信号的本质信号的本质信号的本质 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 22 MRI线圈能够探测到旋转的线圈能够探测到旋转
10、的Mxy MRI信号实际上就是信号实际上就是Mxy 任何任何MRI、MRS，探测到的信号都是，探测到的信号都是Mxy 射频脉冲激励后组织产生射频脉冲激励后组织产生Mxy 线圈可探测到组织信号线圈可探测到组织信号 MRI信号探测信号探测 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 23 区分氢质子含量（质子密度）不同的组织区分氢质子含量（质子密度）不同的组织 仅仅区分质子密度不同远远不够仅仅区分质子密度不同远远不够 通常不是脉冲激励后立刻采集通常不是脉冲激励后立刻采集MR信号信号 等待一段时间才进行等待一段时间才进行MR信号采集信号采集 射频脉冲关闭后发生了什么？射频脉冲关闭后发生了什么？ 友谊放射友谊放
11、射友谊放射友谊放射 24 90度脉冲激励使度脉冲激励使Mz偏转偏转90度到度到xy平面平面 脉冲关闭后，磁场又慢慢回到平衡状态脉冲关闭后，磁场又慢慢回到平衡状态 5 射频脉冲关闭后，宏观磁场逐渐恢复到平衡状态射频脉冲关闭后，宏观磁场逐渐恢复到平衡状态 （激励前）（激励前）的过程或现象的过程或现象 横向宏观磁化矢量逐渐缩小直到零横向宏观磁化矢量逐渐缩小直到零 核磁弛豫（核磁弛豫（Relaxation） 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 25 纵向宏观磁化矢量逐渐增大直到最大纵向宏观磁化矢量逐渐增大直到最大（平衡态）（平衡态） 核磁弛豫可分解为两个部分核磁弛豫可分解为两个部分（关联由相对独立）（关
12、联由相对独立） 横向弛豫横向弛豫 纵向弛豫纵向弛豫 （1）纵向磁化矢量的恢复）纵向磁化矢量的恢复-纵向弛豫纵向弛豫 也称为也称为T1弛豫弛豫 Mz逐渐恢复，直至最大（平衡态）的过程逐渐恢复，直至最大（平衡态）的过程 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 26 90度 脉冲 度 脉冲 纵向弛豫的机理纵向弛豫的机理 90度激发低能的质子群获能进入高能状90度激发低能的质子群获能进入高能状 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 27 纵向弛豫高能的质子群释放能量纵向弛豫高能的质子群释放能量 纵向弛豫实际上也是个共振过程， 同样遵循共振的原则 纵向弛豫实际上也是个共振过程， 同样遵循共振的原则 高能的质子群把
13、能量释放给周围的分子（晶格）高能的质子群把能量释放给周围的分子（晶格） T1弛豫（纵向弛豫）也称自旋弛豫（纵向弛豫）也称自旋晶格弛豫晶格弛豫 也是共振过程，遵循共振的原则也是共振过程，遵循共振的原则 晶格振动频率接近质子进动频率晶格振动频率接近质子进动频率，T1弛豫较快弛豫较快 高能质子群把能量释放给谁？高能质子群把能量释放给谁？ 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 28 晶格振动频率接近质子进动频率晶格振动频率接近质子进动频率，弛豫较快弛豫较快 脂肪组织脂肪组织 晶格振动频率明显高于质子进动频率，晶格振动频率明显高于质子进动频率，T1弛豫较慢弛豫较慢 纯水样液体纯水样液体 晶格振动频率明显低于
14、质子进动频率，晶格振动频率明显低于质子进动频率，T1弛豫较慢弛豫较慢 高浓度大分子蛋白高浓度大分子蛋白 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 29 T1弛豫：弛豫：高能态质子群释放能量回到低能状高能态质子群释放能量回到低能状 T1值值 描述组织描述组织T1弛豫的快慢弛豫的快慢 Mz从零恢复到最大者从零恢复到最大者63%所需的时间所需的时间 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 30 不同的组织不同的组织 质子群周围晶格特征不同质子群周围晶格特征不同 T1弛豫快慢不同弛豫快慢不同 T1值不同值不同 6 （2）横向磁化矢量的衰减（2）横向磁化矢量的衰减 9090度脉冲度脉冲度脉冲度脉冲 友谊放射友谊放射友
15、谊放射友谊放射 31 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 32 90度激发脉冲关闭后，度激发脉冲关闭后，Mxy很快衰减很快衰减 自由感应衰减自由感应衰减（FID） 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 33 Mxy衰减是因为 质子群逐渐失去 相位一致 衰减是因为 质子群逐渐失去 相位一致 Mxy衰减的原因衰减的原因 1、自旋质子暴露于不均匀的主磁场中、自旋质子暴露于不均匀的主磁场中 2、自旋质子暴露在临近自旋质子、其他自旋原子核、电 子的微磁场环境中；由于分子的运动，质子周围的微磁场 不断波动 - 、自旋质子暴露在临近自旋质子、其他自旋原子核、电 子的微磁场环境中；由于分子的运动，质子周围的微磁场 不断波动 -导致真正的横向弛豫（T2弛豫）导致真正的横向弛豫（T2弛豫） 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 34 每个质子感受的磁场不均匀每个质子感受的磁场不均匀 根据根据Lamor定律定律 磁场高，质子进动快磁场高，质子进动快 磁场低，质子进动慢磁场低，质子进动慢 同相位进动的质子群逐渐失去相位一致同相位进动的质子群逐渐失去相位一致 友谊放射友谊放射友谊放射友谊放射 35 T2弛豫：弛豫：质子群逐渐失去相位一致质子群逐渐失去相位一致 T2值值 描述组织描述组织T2弛豫的快慢弛豫的快慢 Mxy从最大衰减到只剩从最大衰减到只剩37%所需的时间所需的时间 友谊
