MRI成像的基本原理PPT课件

1、磁共振成像仪的基本硬件 医用MRI通常由主磁体、梯度线圈、脉冲线圈、计算机系统及其他辅助设备构成。一、主磁体 主磁体是MRI基本构件，是产生磁场的装置。根据磁场产生方式可将主磁体分为永磁型和电磁型。主磁体最重要的技术指标包括场强、磁场均匀度及主磁体的长度。第1页/共40页 高场强MRI仪的主要优势： 主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的信噪比； 在保证信噪比的前提下，可缩短MRI信号采集时间； 增加化学位移使磁共振频谱（MRS）对代谢产物的分辨力得到提高； 增加化学位移使脂肪饱和技术更加容易实现; 磁敏感效应增强，从而增加血氧饱和度依赖效应，使脑功能成像的信号变化更显著。第2页/共40页

2、二、梯度线圈 梯度线圈是MRI仪最重要的硬件之一，主要作用有： 1、进行MRI信号的空间 定位编码； 2、产生MR回波（梯度回波）； 3、施加扩散加权梯度场； 4、进行流动补偿； 5、进行流动液体的流速相位编码。 梯度线圈由X、Y、Z轴三个线圈构成（在MR成像技术中，把主磁场方向定义为Z轴方向，与Z轴方向垂直的平面为XY平面）。梯度线圈是特殊绕制的线圈，以Z轴线圈为例，通电后线圈头侧部分产生的磁场与主磁场方向一致，因此磁场相互叠加，而线圈足侧部分产生的磁场与主磁场方向相反，因此磁场相减，从而形成沿着主磁场长轴（或称人体长轴），头侧高足侧低的梯度场，梯度线圈的中心磁场强度保持不变。X、Y轴梯度场

3、的产生机理与Z轴方向相同，只是方向不同而已。梯度线圈的主要性能指标包括梯度场强和切换率。第3页/共40页 三、脉冲线圈 脉冲线圈也是MRI仪的关键部位，脉冲线圈有发射线圈和接收线圈之分。发射线圈发射频脉冲（无线电波）激发人体内的质子发生共振；接收线圈接收人体内发生的MR信号（也是一种无线电波）。有的线圈可同时作为发射线圈和接收线圈，如在扫描架内的体线圈和头颅的正交线圈，大部分表面线圈只能作为接收线圈，而由体线圈来承担发射线圈的功能。MR图像信噪比密切相关的是接收线圈。第4页/共40页四、计算机系统 计算机系统属于MR的大脑，控制着MRI的脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。五、其他辅

4、助设备 如检查床、液氮及水冷却系统、空调、胶片处理系统等第5页/共40页磁共振成像的物理基础一、原子的结构 原子是由原子核及位于周围轨道的电子构成的，电子带有负电荷；原子核由中子和质子构成，中子不带有电荷、质子带有正电荷。二、自旋和核磁的概念第6页/共40页第7页/共40页进入主磁场前后人体内质子核磁状态的变化第8页/共40页磁共振现象第9页/共40页第10页/共40页核磁弛豫 90度脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐渐又回到平衡状态，我们把这个过程称为核磁弛豫。核磁弛豫又可以分解成两个相对独立的部分：横向磁化矢量逐渐减小直至消失，称为横向弛豫；纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态），称为纵

5、向弛豫。第11页/共40页一、自由感应衰减和横向弛豫 90度脉冲关闭后，横向磁化矢量逐渐减小，最后衰减到零。90度脉冲产生磁化矢量的原因使质子小磁场的横向磁化矢量聚相位，90度脉冲关闭后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位），其横向磁化分矢量逐渐相互抵消，因此宏观横向磁化矢量衰减直至到零。导致质子失相位的原因有两个：质子周围磁环境随机波动；主磁场的不均匀。第12页/共40页第13页/共40页第14页/共40页第15页/共40页 二、纵向弛豫 如前所述，射频脉冲给予低能级质子能量，后者获得能跃迁到高能级，结果根据射频脉冲的能量大小，宏观纵向磁化矢量发生不同的变化。如30度的小角度激发，宏观

6、纵向磁化矢量减小；90度脉冲激发，宏观纵向磁化矢量消失；180度脉冲激发，则宏观纵向磁化矢量方向反转，变成与主磁场方向相反，但大小不变。无论是多少角度激发，射频脉冲关闭后，在主磁场的作用下，宏观纵向磁化矢量将逐渐恢复到平衡，我们把这一过程称为纵向弛豫，即T1弛豫。第16页/共40页第17页/共40页磁共振加权成像第18页/共40页一、质子密度加权成像：主要反映不同组织间质子含量差别。第19页/共40页二、T2加权成像：主要反映组织横向弛豫的差别。第20页/共40页三、T1加权成像：主要反映组织纵向弛豫的差别。第21页/共40页磁共振信号的空间定位 接收线圈采集的MR信号含有全层的信息，我们必须

7、对MR信号进行空间定位编码，让采集到MR信号中带有空间定位信息，通过数学转换解码，就可以将MR信号发配到各个像素中。MR信号的空间定位包括层面和层厚的选择、频率编码、相位编码。MR信号的空间定位编码是由梯度场来完成的。第22页/共40页一、层厚的选择和层厚的决定：通过控制层面选择梯度场和射频脉冲来完成MR图像层面和层厚的选择。 在检查部位与层面选择梯度线圈的相对位置保持不变的情况下，层面和层厚受梯度场和射频脉冲影响的规律如下： 梯度场不变，射频脉冲的频率增加，则层面的位置向梯度场高的一侧移动； 梯度场不变，射频脉冲的带宽加宽，层厚增厚； 射频脉冲的带宽不变，梯度场的场强增加，层厚变薄。第23页

8、/共40页第24页/共40页二、频率编码第25页/共40页三、相位编码：第26页/共40页影响MR信号强度的因素第27页/共40页MRI脉冲序列及其临床应用一、脉冲序列的基本构建和分类 脉冲序列的基本构建：一般的脉冲序列由五个部分构成，即射频脉冲、层面选择梯度场、相位编码梯度场、频率编码梯度场即MR信号。以SE序列为例：第28页/共40页第29页/共40页第30页/共40页 MRI脉冲序列的分类：第31页/共40页二、MRI脉冲序列相关的概念 时间相关的概念： 1、重复时间（TR)：是指脉冲序列执行一次所需要的时间。如在SE序列中TR即指相邻90度脉冲中点间的时间间隔。 2、回波时间（TE）：

9、是指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点到回波中点的时间间隔。如在SE序列中TE指90度脉冲中点到自旋回波中点的时间间隔。 3、有效回波时间：在快速自旋回波序列或平面回波（EPI）序列中，一次90度脉冲激发后有多个回波产生，分别填充在K空间的不同位置，而每个回波的TE是不同的。我们把90度脉冲中点到填充K空间中央的那个回波中点的时间间隔称为有效TE。 4、回波链长度（ETL）：出现在快速自旋回波序列或平面回波序列中，是指一次90度脉冲激发后所产生和采集回波数目。 5、回波间隙（ES）：是指回波链中相邻两个回波中点间的时间间隙。 6、反转时间（TI）：仅出现在只有180度反转预脉冲序列中，一般把180度反转预脉冲中点到90度脉冲中点的时间间隔称为TI。 7、采集时间（TA）：也称扫描时间，是指整个脉冲序列完成信号采集所需时间。第32页/共40页 空间分辨力相关概念： 1、层厚：是由层面选择梯度场强和射频脉冲的带宽来决定的，在二维图形中，层厚即激发层面的厚度。 2、层间距：是指相邻两个层面之间的距离。第33页/共40页 3、矩阵：是指MR图像层面内行和列的数目，也就是频率编码和相位编码方向上的像素数目。 4、视野：是指MR成像的实际范围，即图像区域在频率编码和相位编码方向的实际尺寸。第34页/共40