MRI成像基本原理

MRI：The Basics,安徽医科大学第一附属医院放射科钱 银 锋,影像学发展趋势,形态成像 功能成像宏观成像 分子影像影像诊断 介入影像,概述,最初称为NMR。1946年哈佛大学的Purcell和斯坦福大学的Bloch各自独立地发现了核磁共振现象，并于1952年获得诺贝尔物理学奖。1971年Damadian发现肿瘤的T1、T2值比正常组织长。1978年获得了第一幅人体NMR图像。1980年商品MRI机开始用于临床。,MRI的优点：无放射性；可任意方向成像；软组织分辨率高；无骨硬化伪影。,概述,概述,MRI的缺点：空间分辨率低；成像时间长；体内有铁磁性物体者禁忌检查；对钙化和骨皮质改变不敏感；费用较贵。,MRI组成及作用,磁体提供强大的静磁场，使体内质子发生定向排列射频脉冲提供电磁能量传递给低能质子使之发生能级跃迁；使不同进动的质子同步进动梯度线圈对体内质子进行空间定位计算机图象重建和后处理,磁体,超低场：0.2T低场：0.20.4T中场：0.51.4T高场：1.53.0T超高场：3.0T,永磁型常导型超导型,磁体,将病人放入磁体内发射射频脉冲关闭射频脉冲病人发出信号，该信号被接受线圈接收并用于图像重建,磁共振成像步骤,磁共振成像步骤1,把病人放入磁体内 纵向磁化正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态，当放入强磁场中，就会发生定向排列让我们仔细观察质子运动,质子自旋,选用1H的原因,含量丰富灵敏度高,纵向磁化,进动（Procession）,=B0=42.6MHZ/T,坐标系,坐标系,坐标系,纵向磁化,为何要发射射频脉冲(radio frequency,RF)？,步骤2：施加特定频率的射频脉冲,何谓射频脉冲？施加射频脉冲后，质子会发生什么变化？横向磁化（Transverse magnetization）为什么要发射特定频率的射频脉冲？,特定频率,为什么RF要特定频率？,RF作用1,RF作用2,射频激励,激励,施加RF后质子的进动,Z,y,X,0,1,0远大于1,施加RF后质子的章动,旋转坐标系,步骤3：关闭射频脉冲,弛豫（relaxiation）纵向弛豫（T1弛豫）纵向磁化矢量恢复到原来大小的过程。恢复到最大值63%所需的时间为T1时间横向弛豫（T2弛豫）新建立起来的横向磁化矢量逐渐消失的过程。降低到最大值37%所需的时间为T2时间。,T1弛豫过程,T1弛豫过程,T2弛豫过程,T2弛豫过程, T1受什么影响组织的成分、结构和环境什么影响T2外磁场的不均匀性、单个自旋间的相互作用,T2和T2*,1.5T下脑组织的T1、T2和N（H）,代表性组织,液体/水长T1（低信号）长T2（高信号）脂肪短T1（高信号）中等T2（中等信号）,水/液体,脂肪,接受到的信号(理想状态),接受到的信号(实际状态),数据空间,TE,TR,T1恢复与T2衰减,组织对比,SI=N(H)(e-TE/T2*)(1-e-TR/T1)长TR减少T1作用短TR增加T1作用短TE降低T2*作用长TE增加T2*作用,短TRT1WI,长TET2WI,T1WI,TR/TE=340/9ms,T2WI,TR/TE=4200/98ms,T1WI,T2WI,步骤4,身体区域内的图象如何重建？如何选择层厚？RF带宽、梯度信号来自何处？频率编码梯度与相位编码梯度,层面选择,层面选择,频率编码梯度,相位编码梯度,脉冲序列,SE（Spin echo,自旋回波）FSEIR（Inversion recovery，反转回复）STIR、FLAIRGRE/GE(gradient echo)EPI(plain echo imaging),SE,SE,FSE/TSE,FSE/TSE,FSE/TSE,优点：缩短扫描时间减轻运动伪影金属伪影减轻对磁场均匀性要求低,IR,STIR,FLAIR,GE/GRE,优点：提高扫描速度增加对出血的敏感性3D成像MRA,GE/GRE,缺点：降低了SNR增大了磁化率伪影增加了对外磁场不均匀的敏感性第二种化学位移效应,GE/GRE,EPI,K空间填充方式,优点：扫描时间约100ms或更短心脏和呼吸的运动不再成为问题能够实现无运动伪影的图像可研究组织和器官的功能,EPI,临床应用：DWIPWI心脏和腹部的无运动伪影成像冠脉成像心脏电影成像,EPI,不同组织的 信号特征,脂肪短T1中等T2肌肉稍长T1短T2韧带长T1短T2骨髓短T1等T2血管流空骨皮质长T1短T2纤维软骨长T1短T2透明软骨短T1长T2,变性长T1长T2水肿长T1长T2血肿随Hb衍变而不同囊肿随囊内容物不同而不同肿瘤绝大多数长T1长T2，脂肪瘤、黑色素瘤例外,流空效应,MRA,TOF法PC法CE法,MRA,MR hydragraphy,MRCPMRUMRMMR迷路成像MR鼻泪管成像MR胃肠道成像,MR