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1、磁共振成像,Magnetic Resonance Imaging,（2015-10更新版）,中国石油中心医院 影像科 杨景震,（基础部分）,（注：内有动画设置，浏览时需采用幻灯放映模式）,主要内容,磁共振技术的发展及概况 简要介绍磁共振成像基本原理及概念 磁共振检查方法及临床应用 磁共振成像的主要优点及限度,1946 发现磁共振现象 Bloch Purcell1971 发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadian1973 做出两个充水试管MR图像 Lauterbur1974 活鼠的MR图像 Lauterbur等1976 人体胸部的MR图像 Damadian1977 初期的全身MR图像 Mall
2、ard1980 磁共振装置商品化2003 诺贝尔奖金 Lauterbur Mansfierd,时间,发生事件,作者或公司,磁共振发展史,MR成像技术的发展：四个阶段 20世纪70年代中80年代初：初步认识、逐步完善成熟阶段。 80年代初90年代初：广泛应用，但仅限于T1T2层面成像。注重于解剖结构及形态的变化。 90年代初90年代末：快速发展阶段。检查时间缩短、随着快速或超快速成像技术的应用，扩散加权、灌注加权、MRA、水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。90年代末21世纪至今天：上述技术不断成熟的同时，有多种成像方法进入临床应用，并进入磁共振分子影像学阶段。,磁共振设备,按照场强分
3、为：低场强、 中场强、 高场强、 超高场强,0.4T以下,0.5-1.0T,1.5T,3.0T以上,磁体类型：永磁型、超导型,特斯拉（Tesla,T） Nikola Tesla (1857-1943), 奥地利电器工程师，物理学家，旋转磁场原理及其应用的先驱者之一。,1 T = 10000G（高斯）,Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）,MRI基本原理,普通CT成像示意图,螺旋CT原理示意图,磁共振没有射线,实现人体磁共振成像的条件:,利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子，它是人体内最多的物质。H核只含一个质子不含中子，最不稳定，最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象。
4、 有一个稳定的静磁场（磁体）：常导型、永磁型、超导型0.15- 0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T。 梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象。 信号接收装置：各种线圈。 计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等。,磁共振成像的过程：,H核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性。 外加磁场中H核子状态：人体处于轻度磁化状态，在顺逆主磁场方向的两种排列方式中，顺向者多，磁矢量经正负方向相互抵消后，保留7百万的H核子用于MR信号接收，这些顺向排列（低能态）形成的磁矢量联合形成总磁矩 M，并与静磁场（B0） 方向相
5、同 。 施加射频（RF）脉冲后H核子状态：外加一个与主磁场成一定角度（90度）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同， 则H核子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了H核子 “共振” 现象。 射频（RF）脉冲停止后H核子状态：射频脉冲停止，接受到能量后的“高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁化消退，纵向磁化恢复。,人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。自然状态下， H核进动杂乱无章，磁性相互抵消。,按照单一核子进动原理,质子群在静磁场中形成的宏观磁化矢量M。,z,MZ,x,进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互抵消后，少
6、数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础。,y,z,y,y,x,B0,x,MXY,A,B,在 A-B 这一过程中，产生能量,z,B0,MZ,代表主磁场的方向,90度,对Mz施加90度的射频脉冲,B0,射频脉冲激发使磁场偏转90度，关闭脉冲后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向),Relaxation,弛豫,放松、休息,脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫,射频脉冲停止后，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,横向弛豫,也称为T2弛豫，简单地说，T2弛豫就是横
7、向磁化矢量减少的过程。,横向磁化矢量的缩短即是相位散失的过程,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,不同的组织横向弛豫速度不同（T2值不同）,T2WI,T2WI两种组织的信号差别是这样获得的,采集时,TE ms,T2弛豫：减少到37%的时间，以脑灰质与脑脊液为例。,脑灰质T2弛豫相对较短，又称短T2较低信号； 脑脊液T2弛豫长，又称长T2高信号；,TE,Mxy,100%,TE 时间（ms）,选择合适长的TE获得最好的T2对比,T2对比,一般TE选择两种组织生物 T2值附近可获得最好的T2对比,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
8、矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。,纵向弛豫,高能的质子释放能量,纵向弛豫的机理,90度激发,低能的质子获能进入高能状态,晶格震动频率低于质子进动频率 能量传递慢含高浓度大分子蛋白,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,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,不同组织有不同的T1弛豫时间,人体各种组织的T2弛豫要比T1弛豫快得多,T1T2, MR只能采集旋转的横向磁化矢量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,在任何
9、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,纵向弛豫,T1WI,采集时,TR ms,第二次,两种组织的T1纵向弛豫信号是这样获得的,T1弛豫：到达63%的时间，以脂肪与脑脊液为例,脂肪T1值约250ms，弛豫时间短，又称短T1高信号； 脑脊液T1值约3000ms，弛豫时间长，又称长T1低信号；,TR,T1对比,选择合适短的TR获得最好的T1对比,一般TR选择两种组织生物 T1值附近可获得最好的T1对比,不同组织的横、纵向弛豫时间不同 是因各自T2、 T1值不同,T2弛豫,T1弛豫,我们很容易发现：,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
10、上比正常组织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。,1.5T场强下正常人体组织的T1、T2参考值 组织名称 T1值 T2值 脑白质 350 - 500 ms 90 - 100 ms 脑灰质 400 - 600 ms 100 - 120 ms 脑脊液 3000-4000 ms 1200 - 2000ms 肝脏 350 - 400 ms 45 - 55 ms 脾脏 400 - 450 ms 100 - 160 ms 肾皮质 350 - 420 ms 80 - 100 ms 肾髓质 450 - 650 ms 120 - 150 ms 骨骼肌 500 - 600 ms 70 - 90 ms 皮下脂肪
11、220 - 250 ms 90 - 130 ms,结合实际应用举例,我们知道T2WI的对比主要取决于扫描参数TE（时间：ms）,某脏器中存在病变，就一定能检查出来吗？,MR与CT检查的意义是不一样的,就MRI而言，不同的人操作，有的操作者会查出病灶；有的则查不出病灶；也有的可以将恶性病变扫描出来感觉像良性灶,Mxy,100%,TE 时间（ms）,选择合适长的TE获得最好的T2对比,T2对比,一般TE选择两种组织生物 T2值附近可获得最好的T2对比,正常肝实质T2值50ms 肝脏实性病变的T2值55-116ms 越接近肝实质T2值的病灶越难检出 选择60-90ms的TE有利于实性病灶特别是小病灶
12、的检出 肝脏常规T2WI的TE应该为60-90ms 检出病灶后，为区分T2值较长的实性病灶与富水病灶（囊肿、血管瘤）可选择120-150ms的TE,以肝脏为例，T2WI技术关键之一：,选择合适TE,MR参数对我们成像检查的实际意义举例,TE=84ms,TE=152ms,丙肝病人肝癌（长箭）与血管瘤（短箭），TE 84ms时，含水较多的癌与富水的血管瘤二者不易区分；而TE 152ms时，血管瘤仍高信号，癌灶则信号衰减，呈实性为略高信号。,1.5T场强下正常人体组织的T1、T2参考值 组织名称 T1值 T2值 脑白质 350 - 500 ms 90 - 100 ms 脑灰质 400 - 600 m
13、s 100 - 120 ms 脑脊液 3000-4000 ms 1200 - 2000ms 肝脏 350 - 400 ms 45 - 55 ms 脾脏 400 - 450 ms 100 - 160 ms 肾皮质 350 - 420 ms 80 - 100 ms 肾髓质 450 - 650 ms 120 - 150 ms 骨骼肌 500 - 600 ms 70 - 90 ms 皮下脂肪 220 - 250 ms 90 - 130 ms,实际中，肝脏的T2WI对比：将TE设置70-80ms；肾脏呢？,肾脏一般T2WI对比：将TE设置为120ms-150ms,A图：90脉冲后，纵向磁化矢量0。若选很
14、长TR，在下一次90激发时（向下的空箭示），甲乙两组织纵向磁化矢量已完全恢复，此时采集的信号就不会有甲乙两种T1弛豫的差别信息。若选很短的TR（向上的空箭头示），甲乙两种组织的纵向磁化矢量还未恢复，下一次的90脉冲就测不到组织的信号；若选合适短的TR（向下虚线箭示），甲乙两组织由于T1弛豫快慢不同，其已经恢复的纵向磁化矢量不同，下一次90后所采集的信号就带有两种组织T1弛豫差别的信息。,T1弛豫快的甲组织,T1弛豫慢的乙组织,2种组织纵向弛豫示意图,2种组织横向弛豫示意图,TR和TE控制着组织T1、T2弛豫对图像对比的影响,A,B,B图：90脉冲后，丙丁两组织横向磁化矢量100%。若选很短TE，90脉冲产生的横向磁化矢量还没有开始衰减前即采集了MR信号（向下短空箭示），则采集到的MR信号几乎不受丙丁两组织横向弛豫差别的影响；若选很长的TE（向下的长空箭头示），则两种组织的横向磁化矢量几乎完全衰减，探测不到组织信号；若选合适长的TE（向下虚线箭示），丙丁两组织由于T2弛豫速度不同，残留下来的横向磁化矢量大小就不同，所采集的回波信号中就带有两种组织T2弛豫差别的信息。,
