磁共振成像技术2

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1、学习目标,1记住弛豫时间，常用脉冲序列参数，自旋回波序列，快速SE序列，反转恢复序列的组成和临床应用 2理解磁共振成像的基本原理，了解成像设备组成，图像质量的影响因素 3说出磁共振对比剂种类及临床应用 4说出磁共振成像检查前准备与注意事项，各部位的常规磁共振检查技术 5说出磁共振成像检查的特点，磁共振血管造影的原理及应用，磁共振水成像技术和磁共振频谱的临床应用 6通过学习磁共振检查技术的临床应用，掌握磁共振检查的适用范围，培养严谨的工作作风和认真负责的工作态度,1946年，美国哈佛大学的Purcell和斯坦福大学的Bloch发现了物质的核磁共振现象。 1973年，纽约州立大学Lauterbur

2、利用磁场和射频相结合获得磁共振图像。 1978年取得人体头部磁共振图像，1980年取得了第一幅胸、腹部图像。1982年底在临床开展应用。,任务一 磁共振成像基本原理,基本原理： 将人体置于外加磁场中； 用射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振； 在停止射频脉冲后，氢原子核发出电信号，并被体外的接受器收录； 经电子计算机处理获得图像。,（一）核自旋和磁矩 原子由原子核及其周围绕行的电子组成。原子核由中子和质子组成，统称为核子。 质子和中子围绕原子核的中心点公转，有轨道角动量。 质子-质子之间或中子-中子之间以相反方向成对自旋，并互相抵消，但质子和中子之间不存在成对抵消。 凡是拥有一种奇数核

3、子数的原子核，都拥有一个特征性的自旋量子数。,原子结构,正常状态下各原子核自旋所产生的磁矩，呈随机排列，方向杂乱。 电子与核子的总角动量为二者旋转角动量之和。在原子内，电子通常成对地反方向平行自旋，自旋的角动量相互抵消为0。,正常状态下的氢核,（二）与进动频率 1.核进动 在外磁场作用下，原子核在自旋的同时绕磁场以一定的夹角旋转，称为进动。 这与陀螺类似，陀螺在旋转时，其自旋轴倾斜，在重力作用下，以一定的夹角旋转。,自旋核有一定的自旋角动量，在B0作用下，将如旋转陀螺在地球引力场中旋进一样运动，称自旋核的旋进。,2.进动频率 = .B,：进动频率 Larmor 频率,：磁旋比 42.5兆赫 /

4、 T,B：主磁场场强 与B呈正比,根据 = .B，讨论： （1）场强相同，不同的原子核， 不同，则进动频率亦不同。根据不同的进动频率，可以分辨出不同的核； （2）相同的核处在不同场强中，其进动频率也不同。 不同部位的同类核，受梯度磁场的作用，有不同的进动频率。根据进动频率的线性变化，可判断出释放信号核的相应部位。,(三)磁共振现象 磁场中做进动的原子核可以吸收频率与其进动频率相同的电磁波，当原子核恢复原状时，会把吸收的能量释放出来。 磁共振现象是指原子核在进动中吸收外界能量产生能级跃迁的现象。 外界能量是指一个激励电磁场(射频，RF磁场) 。磁共振现象的必要条件其频率等于的进动频率相同。 目前

5、研究最多的是1H的核磁共振。,RF脉冲的两大作用,（四）弛豫过程与自由感应衰减信号接收 1.弛豫过程 从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为弛豫过程。 这一过程中将发生相对独立的两种弛豫。 一种是纵向弛豫，是自旋核与周围环境(晶格)进行热交换，称“自旋晶格弛豫过程”； 另一类是横向弛豫，是同类自旋核之间的能量交换，称为“自旋一自旋弛豫过程”。,2.弛豫时间 (1)自旋晶格弛豫时间(T1) 原子核不断与周围环境（晶格）进行热交换，称为自旋晶格弛豫时间(T1) 。 T1弛豫以在z轴上的纵向磁化分量逐渐恢复为标志，所以称纵向弛豫时间。,（2）自旋自旋弛豫时间(T2) ： 弛豫过程中，自旋原子核系统内部

6、也在不断进行着能量交换，这个弛豫时间称为自旋自旋弛豫时间(T2) 。 T2弛豫是以XY平面的横向磁化分量由大变小，最终为零为标志的，所以称横向弛豫时间。,3.自由感应衰减信号 停止射频脉冲，磁化强度矢量的运动称为自由进动；此时在线圈中感应出是的自由进动，即FIDS 。 FID过程的时间常数为T2，但由于主磁场不可能绝对均匀，实际上它是按T2*衰减的。,（五）磁共振成像技术 1.磁共振成像重建 (1)投影重建法 不断改变梯度磁场方向，获得的一系列投影，得到每个体素的MR信号强度，按照其空间分布依次排列展开成平面的密度分布。 可分为三个步骤：首先沿某个方向施加一个线性梯度场，确定欲观测的层面；然后

7、在此层面内施加旋转梯度场，获得相应方向的一维投影；最后由电子计算机计算。,(2)非投影重建法 非投影重建成像法又称“选择激发顺序成像技术”。它包括线扫描成像、平面成像和多平面成像三种类型。 线扫描成像法： 该方法被激发的是整个层面的核自旋，而每次观测的只是其中一条线，这样其他信号将成为实际所需要接收的这条线上FID信号的干扰源，因此在线扫描基础上产生了多线扫描技术。这种方法是在选定欲观测层平面的同时，激发出N条线，并进行N次测量，得到每一条线上的MR信号。相对于单线扫描来说，多线扫描可提高灵敏度，缩短扫描时间。,平面成像法 ： 是获得全平面信息的成像方法。首先选出一个层面，然后用一线性梯度场和

8、经选择的射频脉冲对一系列等距窄条内的核子进行激发，最后再施加一个线性梯度场对各窄条内的核进行标记，以达到在一个层面内所有等距离的各点都有不同的频率。 多平面成像法：是一种多层同时激发的成像方法，可以提高成像速度和分辨率。其原理是在Z、x、y三个方向均施加梯度场，并用T2和T的脉冲先后激发Z轴和X轴的核自旋。在y轴梯度场的作用下产生较强的自旋回波信号。此信号经傅立叶变换，可获得沿y轴方向的核自旋密度分布。该方法可同时获取15个层面。,2磁共振信号的分类与采集 (1)T1弛豫信号：T1 弛豫信号的产生是纵向磁矩的弛豫，经90脉冲后，在横向磁场接受到的信号。 (2) T2弛豫信号： T2 弛豫信号是

9、横向磁矩弛豫产生的信号。即当给予90脉冲后，磁 矩由纵向旋转至XY平面并开始弛豫后所得到的信号。,二、磁共振成像设备系统,由磁体、谱仪系统、计算机重建和图像显示系统四部分组成。 (一)磁体 由主磁体、梯度线圈、垫补线圈和与射频线圈组成，是磁共振发生和产生信号的主体部分。 1主磁体 主磁体产生静态磁场，使质子形成磁矩。 磁场强度、磁场均匀度和磁场稳定性是衡量主磁体性能的三大要素。 (1)磁场强度：要考虑信噪比、射频的穿透力和安全性三个方面的因素。磁场越强，质子产生的磁矩越大，信号就越高，图像对比度可减低。 (2)磁场均匀度： 对图像的质量影响很大。 (3)磁场稳定性：指单位时间内磁场的变化率。,

10、MRI按磁场产生方式分类,永磁,电磁,常导,超导,主磁体,0.35T 永磁磁体,1.5T 超导磁体,2三种常见磁体 (1)永磁磁体：该类磁体没有昂贵和复杂的附加设备，操作维护比较简单。主磁体由多块小磁体组合而成，磁场的均匀性较差，磁场强度0.3T。 (2)常导磁体： 常导磁体由常规的铜或铝线绕制成同轴三线圈或四线圈的风冷或水冷式空芯磁体，磁场强度一般可达02 0.4T，其特点是造价低、耗电量大，场强和磁场均匀度都难以提高。 (3)超导磁体：由超导铌-钛合金细线绕制成的空芯线圈，由液氮和液氦双重冷却。超导体在低温下可出现无电阻状态。该类磁体的特点是磁场强度高，均匀度好，耗电量小，但维持费用高。,

11、3磁场梯度系统 ： 包括梯度线圈和梯度放大器。包括X、Y、Z三维空间线性变化的梯度磁场，是三个正交的直流线圈。主要用于空间选层和空间编码。在扫描过程中梯度线圈切换时，产生较大的噪声。 4射频线圈： 除发射射频信号的线圈外还包括射频放大器。射频线圈装在主磁体梯度线圈内径和成像体的外径之间。主要用于激励核子和或接收信号。,(二)谱仪系统 是产生磁共振现象并采集磁共振信号的装置，主要由梯度场发生和控制系统、MR信号接收和控制系统等部分组成。 1射频发生器： 产生射频场并以脉冲的方式加到扫描体上，使核自旋并产生MR现象。由射频振荡器、发射门、脉冲功率放大器和发射线圈组成。 2射频接收器 ： 关断射频脉

12、冲后，磁化强度矢量M将回到其初始的平衡位置，在接收线圈中产生一个F1D信号，这个信号由耦合电路进入前置放大器、接收门、中频放大器、检波器而得到FID信号，最后再进行低放和滤波。,(三)计算机重建系统 要求配备大容量计算机和高分辨率的AD转换器，以保证在最短时间内完成数据采集、累加、傅立叶变换、数据处理和图像重建。 其工作过程如下：射频接收器送来的信号经 AD转换器将模拟信号转变为数字信号，存储在计算机内并累加运算，再由傅立叶变换，把密度分布反映为频谱数据，得出层面图像数据，再经DA转换送至显示器，用不同灰阶显示出图像。,(四)图像显示系统 大多采用黑白灰阶图像显示。核子自旋密度的分布和弛豫时间

13、分布信息也用黑白灰阶图像显示。 现在临床常用的工作站的彩色显示器可根据需求分别对三维重建、三维透射重建和仿真内镜进行器官、相同结构和或区域的彩色显示。,三、常用脉冲序列及其应用,质子密度、T1时间和T2时间，组织本身具有的参数，必须应用脉冲序列来检出。 脉冲序列是指由具有一定带宽、一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲组成的脉冲程序。 脉冲的带宽是指其频谱宽度窄带脉冲主要用于选择性激励。,(一)脉冲序列的参数 MRl的脉冲序列实际上是各种参数测量技术的总称，目前各厂家已开发了不同类型的脉冲序列，对于大多数从事MR检查 的技师来说，应该对各种脉冲序列有较全面和深刻的理解，以便于临床对脉冲序列的正确选用。

14、在一个脉冲序列中有许多的变量，这些变量统称为序列参数。为了更好地理解脉冲序列，先介绍这些参数的定义。,190和180脉冲 将宏观磁化矢量M0偏转90的RF脉冲称为90脉冲，多用来作激励脉冲； 将宏观磁化矢量M0偏转180的RF脉冲称为180脉冲，常用作相位重聚脉冲。 RF脉冲的幅度反映了该脉冲所具能量的大小，它的能量越大，成像区域的磁化强度矢量受激励后偏倒的角度就越大。,2重复时间(TR) ： 指脉冲序列执行一遍所需要的时间。在MR扫描中，相位编码方向上的像素越多，所需的扫描时间就越长。 3回波时间(TE)： 指从第一个RF脉冲到回波信号产生所需要的时间。 在多回波序列中，RF脉冲至第一个回波

15、信号出现的时间称为TE1，至第二个回波信号的时间叫作TE2，以次类推。,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,低能量,中等能量,高能量,4反转时间(TI) ： 是指反转恢复脉冲序列中，180反转脉冲与90激励脉冲之间的时间。 5翻转角： 在RF脉冲的激励下，宏观磁化强度矢量偏离的角度称为翻转角。常用的翻转角有90和1 80两种。在快速成像序列中，采用小角度激励技术，其翻转角小于90。 6信号激励次数（NEX）： 又指每次相位编码时收集信号的次数。信号采集次数取的越大，所需扫描时间就越长。,宏观磁化强度矢量偏离的角度称为翻转角。,(二)常

16、用脉冲序列及其应用,脉冲序列不但品种多，而且各MR设备制造厂家均发展并形成了自己独特的序列，并具有各自不同的名称。,1.自旋回波脉冲序列,（1）序列构成 自旋回波（spin echo，SE）脉冲序列是MRI检查中最基本、最常用的脉冲序列。SE序列包括单回波SE序列和多回波SE序列。 以90RF激励脉冲开始，继而施加一次或多次180相位重聚脉冲使质子相位重聚，产生自旋回波信号。,FID,回波,从90脉冲开始至下一次90脉冲开始的时间间隔为TR， 从90脉冲开始至获取回波的时间间隔为TE。,90脉冲后使用一次180脉冲，取得一次回波，称为单回波SE序列； 90脉冲后使用多次180脉冲，产生多个回波，称为多回波SE序列。,（2）扫描参数 选择TR和TE值，可获得T1WI 、T2WI 和PDWI。 1）T1WI：选用短TR（300600ms左右）和短TE（1020ms。T1WI 上组织的对比