MRI基本知识及技术进展PPT课件

1、第1页/共107页磁共振仪基本硬件磁共振仪基本硬件第2页/共107页 主磁体主磁体 梯度系梯度系统统 射频系统射频系统 计算机系统及其它辅助设备计算机系统及其它辅助设备第3页/共107页主磁体主磁体 类型 永磁型 电磁型 常导磁体 超导磁体第4页/共107页主磁体主磁体 场强主磁场的场强可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）来表示；1T10000G 地球磁场约为0.5G T是目前磁场强度的法定单位 超低场机：2.0T第5页/共107页第6页/共107页梯度系统的主要作用梯度系统的主要作用 进行空间定位编码 产生MR回波（梯度回波） 施加扩散加权梯度场 进行流体补偿 进行流动液体

2、相位编码第7页/共107页梯度系统的主要性能指标梯度系统的主要性能指标 梯度场强 定义：单位长度内磁场强度的差别 目前1.5TMRI：25mT/m（120mT/m.s） 切换率 定义：单位时间及单位长度内梯度磁场强度的变化率 梯度线圈性能对MR超快速成像至关重要 梯度磁场的剧烈变化可引起周围神经刺激第8页/共107页梯度场强及切换率示意图梯度场强及切换率示意图12 梯度场强（mT/m）=梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的长度 切换率（mT/m.s）梯度场预定强度/t第9页/共107页第10页/共107页脉冲线圈脉冲线圈 发射线圈 作用：发射射频脉冲质子发生共振 其能量与其强度和持续时间有关 接

3、收线圈 接收人体内发出的MR信号； 距离检查部位越近，信号越强 线圈内体积越小，噪声越低第11页/共107页脉冲线圈脉冲线圈 发射线圈和接收线圈可为同一个线圈； 阵列（相控阵）线圈由多个子线圈（单元）构成，同时需要多个采集通道。第12页/共107页第13页/共107页计算机系统及辅助设备计算机系统及辅助设备 计算机系统 (MRI仪的大脑) 脉冲激发 信号采集 数据运算 图像显示 等等 其他辅助设备 检查床、制冷系统、相机等第14页/共107页基基 本本 原原 理理第15页/共107页第16页/共107页第17页/共107页 共振现象：共振现象：能量从一个客体或系统传送给另外一个，而接受者以与供

4、应者相同的频率振动。这种能量传送，只有在供应者发送的频率与接受者本身固有的振动频率一致时，才能发生。第18页/共107页 核磁共振：核磁共振： 在MR成像中，能量接收者为生物组织中的氢原子团，供应者为外加的射频脉冲(电磁波）。射频脉冲的频率（能量）只有与质子群的旋进频率一致时，才能出现共振。 生物组织处在不同的磁场环境中，其质子群发生共振所需要的射频脉冲是不一致的。比如在主磁场为1.0T时，只有42.5MHz的射频脉冲频率，方能使质子群出现核磁共振。第19页/共107页原子的结构原子的结构原子核电子质子中子原子原子核电子质子中子原子原子核电子质子中子原子2H第20页/共107页自旋和核磁的概念

5、自旋和核磁的概念 自旋： 任何原子核总以一定的频率绕着自己的轴进行高速的旋转 核磁： 自旋形成电流环路，从而产生有一定大小和方向的磁化矢量（磁场）第21页/共107页第22页/共107页磁性和非磁性原子核磁性和非磁性原子核 并非所有原子核的自旋运动均能产生核磁，根据原子核内中子和质子的数目不同，不同的原子核产生不同的核磁效应。 如果原子核内的质子数和中子数均为偶数，则这种原子核的自旋并不产生核磁，我们称这种原子核为非磁性原子核非磁性原子核。 反之，我们把自旋运动能产生核磁的原子核称为磁性原子核磁性原子核。第23页/共107页磁性和非磁性原子核磁性和非磁性原子核 磁性原子核需要符合以下条件：（1

6、）中子和质子均为奇数；（2）中子为奇数，质子为偶数；（3）中子为偶数，质子为奇数。 第24页/共107页用于人体磁共振成像的原子用于人体磁共振成像的原子 通常选择1H作为人体磁共振成像的原子核 人体中1H的含量最多，占原子核总数的2/31H的磁化率最高第25页/共107页第26页/共107页进入主磁场前进入主磁场前人体质子的磁化状态人体质子的磁化状态 每个质子产生一个小磁场 但排列杂乱无章 磁化矢量相互抵消 不产生宏观的磁化矢量第27页/共107页第28页/共107页进入主磁场后进入主磁场后人体质子的磁化状态人体质子的磁化状态 排列不再杂乱无章 规律排列 两种状态： 低能级：与主磁场平行且方向

7、相同相同 高能级：与主磁场平行且方向相反相反第29页/共107页第30页/共107页进入主磁场后进入主磁场后人体质子的磁化状态人体质子的磁化状态 低能级略多于高能级 形成与主磁场方向一 致的宏观磁化矢量第31页/共107页进动和进动频率进动和进动频率第32页/共107页自旋运动旋转摆动（进动进动）第33页/共107页 进动进动： 有序排列的质子 沿旋转轴呈锥形旋转。 进动频率进动频率 质子每秒钟进动的次数。第34页/共107页进动和进动频率进动和进动频率 进动频率进动频率：也称Larmor频率（） =.B0 其中为磁旋比，B0为主磁场强度 对于特定原子核 为常数， 质子的为42.5MHz/T第

8、35页/共107页第36页/共107页 低能级高能级产生宏观的纵向磁化矢量 不同质子相位不同不产生宏观的横向磁化矢量第37页/共107页 坐标系统坐标系统 Z轴代表磁力线方向轴代表磁力线方向 XY轴为与轴为与Z轴垂直的平面轴垂直的平面第38页/共107页第39页/共107页第40页/共107页第41页/共107页 发射与质子进动频率相一致的射频脉冲，使质子吸收能量而发生共振。 射频脉冲能量的大小取决于其脉冲强度和持续时间。第42页/共107页第43页/共107页9090脉冲：脉冲：使得宏观纵向磁化矢量偏转90，即 完全偏转到X、Y平面； 90称为小角度脉冲； 180脉冲则使其方向相反。第44页

9、/共107页BoZBo第45页/共107页90射频脉冲的效应射频脉冲的效应 纵向磁化矢量等于零 得到最大的横向磁化矢量第46页/共107页 90 脉冲产生的宏观磁化矢量大小与脉冲激发前的宏观纵向磁化矢量大小呈正相关； 平衡状态下宏观纵向磁化矢量大小与组织中质子的含量呈正相关。90射频脉冲的效应射频脉冲的效应第47页/共107页第48页/共107页B0ZZZZZYYYYYXXXXX90度（1）静磁场中（2）90度脉冲（3）脉冲停止后（4）停止后一定时间（5）恢复到平衡状态第49页/共107页 90脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐渐恢复到平衡状态，我们把这个过程称为核磁 弛豫弛豫(relaxati

10、on)(relaxation)。即将能量（MR信号）释放出来。第50页/共107页核核 磁磁 弛弛 豫豫横向弛豫横向弛豫纵向弛豫纵向弛豫第51页/共107页核核 磁磁 驰驰 豫豫横向弛豫：横向弛豫：T2弛豫弛豫 横向磁化矢量逐渐减小直至消失，称为横向弛豫。 第52页/共107页T2 驰驰 豫豫 T T2 2值：值：横向磁化矢量降低到最大值37所需的时间第53页/共107页横向弛豫和自由感应衰减横向弛豫和自由感应衰减 90脉冲关闭后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位）。 失相位的原因有两个： -主磁场的不均匀 -质子周围磁环境随机波动第54页/共107页横向弛豫和自由感应衰减横向弛豫和自

11、由感应衰减 T T2 2弛豫弛豫：也称自旋自旋弛豫，剔除了主磁场不均匀的影响，其他原子核的的随机运动引起的宏观磁化矢量的衰减才是真正的横向弛豫，即T2弛豫。 自由感应衰减自由感应衰减（FID）：也称为T T2 2* *弛豫弛豫（包括主磁场不均匀和横向弛豫的双重影响）第55页/共107页自由感应衰减和横向弛豫自由感应衰减和横向弛豫 FID： 快 横向弛豫 主磁场不均匀 T2： 慢 横向弛豫 主磁场不均匀第56页/共107页核核 磁磁 驰驰 豫豫纵向弛豫：纵向弛豫：T1弛豫弛豫 纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态）， 称为纵向弛豫。 第57页/共107页T1 驰驰 豫豫甲T1乙T1甲组织乙组

12、织 T1T1值：值：纵向磁化矢量恢复到最大值的63所需的时间。T1T1第58页/共107页纵纵 向向 驰驰 豫豫 原因：与周围分子的运动频率有关，两者越接近，纵向弛豫就越快；又称 自旋晶格弛豫 T1值受主磁场场强的影响较大： 随场强增高，组织的T1值延长第59页/共107页磁共振加权成像磁共振加权成像 “加权加权”的含义的含义 T T2 2加权成像加权成像 T T1 1加权成像加权成像第60页/共107页“加权加权”成像的含义成像的含义 所谓加权(weighted)即“偏重于偏重于”的意思 组织的各方面特征（包括质子密度，T1值，T2值）均对MR信号有贡献，不可能得到纯粹反映的某一特征的图像

13、“加权加权”就突出突出某种特征，抑制其它特征。第61页/共107页T2加权成像加权成像 90脉冲相同的宏观横向磁化矢量 脉冲后，发生横向弛豫（T2弛豫） T2值大值大 衰减小信号信号高高第62页/共107页T1加权成像加权成像 90脉冲纵向磁化矢量为零脉冲后，发生纵向弛豫（T1弛豫） T1值大值大 衰减小恢复的纵向磁化矢量低 再次90脉冲较弱的横向磁化矢量信信号低号低第63页/共107页第64页/共107页磁共振成像磁共振成像在各个系统中的应用在各个系统中的应用第65页/共107页第66页/共107页主主 要要 优优 势势第67页/共107页主要优势主要优势第68页/共107页第69页/共10

14、7页第70页/共107页第71页/共107页主要优势主要优势第72页/共107页第73页/共107页骨髓瘤骨髓瘤第74页/共107页主要优势主要优势第75页/共107页第76页/共107页第77页/共107页STIR FLAIR第78页/共107页主要优势主要优势第79页/共107页第80页/共107页主要优势主要优势第81页/共107页主要不足主要不足1，MRI在肺部成像方面还不成熟；2，显示胃肠道方面受到限制；3，对钙化显示不敏感，所以对骨肿瘤的定性 诊断方面，还需要结合CT和X光平片；4，成像时间长（急诊患者：器械、扫描速度）。第82页/共107页相对禁忌症相对禁忌症 1.体内装有心脏起

15、搏器，金属动脉瘤夹的患者； 2.妊娠三个月之内患者。第83页/共107页技技 术术 进进 展展第84页/共107页全脊柱成像全脊柱成像第85页/共107页第86页/共107页MR全身成像第87页/共107页全身血管成像第88页/共107页冠脉成像冠脉成像 （Coronary MRACoronary MRA）Courtesy PMS Best第89页/共107页类类DSADSA技术技术 （4D Trak4D Trak）Dynamic angio scanningAV phase0.95sDSA 1s4D TRAK (0.6s/dyn on 3.0T) 第90页/共107页类DSA技术 （4D T

16、rak）第91页/共107页 磁敏感成像（SWI）第92页/共107页Hemorrhage in Glioma磁敏感成像 （SWI）第93页/共107页肿瘤灌注（Tumor Perfusion）Perfusion analysisT2* Presto PerfusionNI MapIndex MapMTT MapChart第94页/共107页乳腺肿瘤 灌注（Breast Tumor Perfusion）T1 Perfusion第95页/共107页心功能分析软件可以清晰直观地显示 ：下壁中部异常高信号系心肌梗死区。心肌梗塞第96页/共107页Fiber Track merge fMRI第97页/

17、共107页弓形纤维的神经束图 弓形纤维短联合纤维束第98页/共107页a胼胝体的神经束图冠状面 (与彩色编码的FA 图融合）横断面 矢状面 第99页/共107页胼胝体上纵束上纵束下纵束下纵束皮质脊髓束多神经束的神经束图矢状面横断面各神经束可随意标示为各种不同颜色第100页/共107页MRSMRS第101页/共107页全身肿瘤筛查（类PET技术） L: DWIBS R: PET第102页/共107页第103页/共107页 10-36 10-17A B7名受试的冠状位平均脑激活图 A：颜色知觉激活图（V4） B：运动知觉激活图（MT+） 颜色柱表示统计值PfMRI 功能磁共振成像第104页/共10

18、7页Use of stem cells labeled with superparamagnetic iron oxide nanoparticles to directly detect ongoing angiogenesis within tumors. A, Coronal spin-echo image of tumor in control mouse in which labeled stem cells have not been infused shows tumor (arrows) as subtle region of abnormal signal intensity.B, Cor