《磁-共-振-成-像课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁-共-振-成-像课件（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/4/30,1,磁 共 振 成 像 设 备,江苏省人民医院临床医学工程处 钱英,2019/4/30,2,MR现象的发现,1.MR现象是1946年分别由美国斯坦福大学物理系Bloch教授和哈佛大学的Purcell教授领导的小组同时独立发现的。 2.由于这一发现在物理、化学上具有重大意义，Bloch和Purcell共同获得了1952年的诺贝尔物理学奖。,核磁共振现象发现者帕塞尔(Edward Purcell),核磁共振现象发现者 布洛赫(Felix Bloch),2019/4/30,3,MR基本原理,当处于磁场中的物质受到射频（radio frequency，RF）电磁波的激励时，如果RF
2、电磁波的频率与磁场强度的关系满足拉莫尔方程，则组成物质的一些原子核会发生共振，即所谓的MR。 原子核接收了RF电磁波的能量，原子核就会发生偏转,当RF电磁波停止激励时，吸收了能量的原子核又会把这部分能量释放出来，即发射MR信号。通过测量和分析此MR信号，可得到物质结构中的许多物理和化学信息。,RF,MR信号,2019/4/30,4,磁共振成像原理,自然界中原子核内部均含有质子和中子，统称为核子，带有正电荷。但具有偶数核子的许多原子核其自旋磁场相互抵消，不能产生磁共振现象。只有那些含奇数核子的原子核在自旋过程中才能产生磁矩或磁场， 如1H(氢)、13C（碳)、19F(氟)、31P(磷)等。 以人
3、体内广泛存在的氢原子核为例，其原子核中只含有一个质子而不含中子，最不稳定，且带正电荷并可产生磁矩，有如一个小磁体，易受外加磁场的影响而发生核磁共振现象。在自然状态下 氢质子有沿自身轴旋转的自旋运动(Spin)，小磁体自旋轴的排列无一定规律。 质子距原子核中心有一段距离，因此质子自旋就相当于正电荷在环形线圈中流动，在其周围形成磁场，称为核磁。 人体内无数的氢原子核杂乱无章的运动，漫无方向的排列，使其磁场相互抵消，整个人体不显磁性。,MRI原理,2019/4/30,5,磁共振成像原理,如果在均匀的强磁场中(又称主磁场或静磁场)，小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新有序排列。但有序排列的质子并不是
4、静止的，而是作快速的锥形旋转运动，即原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿着主磁场方向做圆周运动，我们把质子磁矩的这种运动称之为进动或旋进。 进动速度用进动频率表示，即每秒进动的次数。进动频率决定于质子所处的外磁场场强。外磁场场强越强进动频率越高。,磁性核在磁场中的进动,2019/4/30,6,MRI发展简史,1967年，约翰斯等人首先利用活体动物进行实验，成功地检出动物体内分布的氢、磷、和氮的MR信号。 1970年，美国纽约州立大学的达马迪安对已植入恶性肿瘤细胞的老鼠进行了MR实验，发现正常组织与恶性肿瘤组织的MR信号明显不同，而且受刺激组织的偏转磁矩回复至稳定状态的过程中，会发出两类不同信号：
5、T1、T2弛豫信号。,全身核磁共振装置创始人达马迪安 (Raymond Damadian),2019/4/30,7,MRI发展简史,1972年，美国纽约州立大学的劳特伯（Paul Lauterbur）进一步指出，用MR信号完全可以重建图像，他提出了MRI的方法，即把MR原理与空间编码技术结合，用一定方法使空间各点磁场强度有规律地变化，MR中的不同频率分量即可同一定的空间位置对应，通过一定的数学变换即可实现MRI。 1977年达马迪安等人建成了人类历史上第一台全身MRI设备，并于1977年7月3日取得第一幅横断面质子密度图像（用时长达4小时45分钟）。,核磁共振空间定位方法开拓者 (Paul L
6、auterbur),2019/4/30,8,MRI设备发展回顾,近年来，MRI技术飞速发展，高性能梯度磁场、开放型磁体、软线圈、相控阵线圈以及计算机网络的应用，显示出MRI设备的硬件发展趋势。 超高磁场MRI设备发展十分迅速，3T全身MRI设备已用于临床。,GE 7T 磁共振成像新技术,2019/4/30,9,MRI设备发展回顾,低场强MRI设备，不论是永磁型、常导型或超导型都已采用开放型，其性能大幅提高，图像质量、成像功能也有很大改善，成像时间亦有所缩短，且病人舒适、减少了幽闭恐怖感，又便于操作和检查，而且还便于介入治疗。 中场强开放式MRI设备也已应用。,永磁开放式磁共振系统,磁共振导航介
7、入治疗系统,2019/4/30,10,MRI设备发展回顾,在梯度磁场方面，为了提高梯度磁场强度，已开发出双梯度系统（twin gradient），最大梯度磁场强可达80mT/m，其切换率可达150mT/m/ms，提高了成像速度。 在RF系统方面，多元阵列式全景线圈的发展十分迅速，支持并行扫描的线圈技术得到快速发展，目前已能支持最优化的4、8、16、32、64个接收通道的配置，支持34倍的图像采集速度。 在图像重建方面，非笛卡尔的重建、不完整数据的采集、与并行成像技术有关的重建方法都是当前十分活跃的领域。,2019/4/30,11,并行成像技术简介,并行成像技术，又称为灵敏度编码技术（SENST
8、）或阵列转换处理技术（ASSET），能大幅度缩短MRI扫描时间。采集速度是传统方法的49倍，可达到50层/(1020s，是一种能显著提高MRI速度的技术。 实现方法：利用多元阵列线圈同时采集信号，经过多个接收通道按适当的方法编码步数，在不降低MRI图像的空间分辨力的情况下能大大缩短扫描时间。 SENST技术优点：提高成像的时间分辨率；在扫描时间不变时提高空间分辨力；减少运动及敏感性伪影。,GE 磁共振的XV极限成像技术在并行成像基础上融入独特的“填零”算法，实现了扫描速度与图像质量的同时提高。,2019/4/30,12,弛 豫 时 间,在静磁场中当磁化强度受到满足共振条件的射频磁场的作用时，它
9、就会偏离热平衡状态，当该射频磁场作用停止后，磁场强度会从偏离热平衡状态逐渐恢复到平衡状态，这个过程称为磁化强度的弛豫过程，其经历的弛豫过程称为弛豫时间。 弛豫时间分为纵向弛豫时间和横向弛豫时间。,2019/4/30,13,纵 向 弛 豫 时 间,T1为纵向弛豫过程，其实际上是原子核与周围环境（晶格）相互作用，使得高低能级上原子核数目逐渐恢复到热平衡状态的过程，因此称为自旋晶格弛豫过程。 T1亦称为自旋晶格弛豫时间常数。 影响自旋晶格弛豫过程的因素很多，因此不同物质的T1值不同。 对于液体，比如水，分子可自由运动，与原子核碰撞机会大，T1较短，为0.110s； 对于固体，分子运动受到限制，与原子
10、核碰撞机会小， T1长，从几分钟到几小时。 样品中若有顺磁性物质存在，将使T1大大减小。因为顺磁性物质带有未成对电子，电子磁矩比核磁矩大3个数量级，所以其对样品原子核弛豫的作用很大，用造影剂增强磁共振成像组织对比度就是利用了这一性质。,2019/4/30,14,横 向 弛 豫 时 间,T2为横向弛豫时间，横向弛豫过程原因有二：一是组成磁化强度的原子核，彼此之间的相互作用，即自旋自旋相互作用；二是非均匀的静磁场作用，使得各原子核受到的磁场作用不同，因此磁共振频率不同并产生了相位差。该相位差随时间而增加，使得众核磁矩的水平分量相互抵消，磁化强度的水平分量为零。所以横向弛豫过程是自旋自旋作用和静磁场
11、的非均匀性共同引起的。 磁化强度的弛豫时间常数T1、T2是物质磁共振的重要参数，对磁共振图像的信号强度、组织对比度有直接影响。,2019/4/30,15,磁 共 振 成 像 参 数,1.时间参数,a. 重复时间（TR）,b. 感兴趣区（FOV）,c. 反转时间（TI）,2.分辨率参数,a. 扫描矩阵（Matrix）,b.回波时间（TE）,c. 层面厚度,3.其他参数,a. 翻转角（Flip Angle）,b. 信号平均次数（NAQ）,2019/4/30,16,重复时间（TR）,重复时间是指从第一个RF激励脉冲出现到下一个周期同一个脉冲出现时所经历的时间。 在MR扫描中，每个相位编码步需要一个周
12、期，因此在扫描分辨率确定的前提下，TR是扫描速度的决定因素。 此外TR还是图像对比度的主要控制因子。,重复时间的定义,2019/4/30,17,回波时间（TE）,回波时间是指从第一个90脉冲到回波信号产生所需要的时间，如图，在多回波序列中，90脉冲到第一个回波信号出现的时间称为TE1，到第二个回波信号出现的时间为TE2，依此类推。 在自旋回波和梯度回波序列中，TE和TR共同决定图像的对比度，因此TE是上述两类序列的重要参数之一。,回波时间的定义,2019/4/30,18,反转时间（TI）,在反转恢复脉冲序列中180反转脉冲与90激励脉冲之间的间隔称为反转时间。 反转恢复脉冲序列的检测对象主要是
13、组织的T1特性，因此TI长短对最终的信号和图像对比度都有很大影响。,2019/4/30,19,扫描矩阵（Matrix）,脉冲序列中的扫描矩阵具有双重含义。 规定了显示图像的行和列，即确定图像的大小； 限定扫描层面中体素的个数。 图像重建后，原始图像的像素与成像体素一一对应，在其他参数不变的情况下，扫描矩阵越大，图像的分辨率越高。,2019/4/30,20,感兴趣区（FOV）(field of view),FOV是指实施扫描的解剖区域。 FOV的大小以所用线圈的有效容积为限，当扫描矩阵固定时，FOV越大，体素的体积就越大，但空间分辨力随之降低。,2019/4/30,21,层面厚度,指成像层面在成
14、像空间第三维方向上的尺寸。 由于它与扫描矩阵和FOV一起决定着体素的大小，因而是信噪比和空间分辨率两个图像质量标准的主要影响因素。 层面越厚信噪比越高但空间分辨率下降。,2019/4/30,22,翻转角（Flip Angle）,在RF脉冲的激励下，宏观磁化矢量M将偏离静磁场B0方向，其偏离的角度称为翻转角。 在梯度回波等快速成像序列中，经常采用小角度激励技术，此时系统恢复较快，能有效地提高成像速度。,2019/4/30,23,信号平均次数（NAQ）,又称信号采集次数：它是指每个相位编码步中信号收集的次数。 当NAQ大于1时，序列采用叠加平均的方法提高图像的信噪比，但相应增加扫描时间。,2019
15、/4/30,24,磁共振成像加权图像以及常规扫描序列简介,1.MRI加权图像 实现方法：在扫描过程中，调节TR、TE、TI或翻转角等脉冲序列参数，达到突出图像中某一对比度的目的，这样所得到的图像称为加权像（Weighted Image，WI）。常见的加权像有三种：T1加权像（T1WI）、T2加权像（T2WI）和质子密度加权像。 2.常规成像序列 指在日常磁共振成像中普遍使用的序列，与其他成像方法相比，这类序列具有对机器硬件要求低、图像质量高等优点。 近年来，随着多层面、多回波和小角度激励等技术的逐渐成熟，常规成像序列的扫描速度已经大大提高，主要有自旋回波（SE） 、反转恢复（IR） 、梯度回波
16、（GRE）序列三种。,2019/4/30,25,T1WI,在扫描序列中采用短TR和短TE就可得到所谓的T1加权像。取短TR进行扫描时，由于脂肪等短T1组织的进动频率最接近于Larmor频率，因此脂肪质子的弛豫较快；而脑脊液等长T1组织在TR时间内弛豫程度相对较少。因此在下一个RF脉冲出现时对能量的吸收程度也就不同。短T1组织因为吸收能量多而显示强信号，长T1组织因饱和而不能吸收太多能量而表现出低信号。这种组织间信号强度的差异必然使图像的T1对比度增强。 由于检测信号是在横向进行，采用短TE可以最大限度的削减T2弛豫造成的横向信号损失从而排除了T2的作用。,2019/4/30,26,T2WI,通过长TR和长TE的扫描序列来取得。在长TR情况下，扫描周期内纵向磁化矢量已经按T1时间充分弛豫；采用长TE后信号中的T1效应也被进一步排除。长TE的另一个作用是突出液体等横向弛豫较慢的组织信号。 需要补充的是一般病变部位都会出现大量水的聚集，用T2加权像可以非常满意地显示这些水的分布。因此T2WI，在确定病变性质方面有重要作用。,2019/4/3
