磁共振成像基本原理培训学习教案

1、会计学1磁共振成像基本原理培训磁共振成像基本原理培训(pixn)第一页，共85页。第1页/共84页第二页，共85页。第2页/共84页第三页，共85页。第3页/共84页第四页，共85页。第4页/共84页第五页，共85页。第5页/共84页第六页，共85页。第6页/共84页第七页，共85页。MRI发展史发展史1磁共振成像的基本磁共振成像的基本(jbn)硬硬件组成件组成2磁共振现象磁共振现象(xinxing)的的基本原理基本原理3磁共振成像原理磁共振成像原理4影响影响MR信号强度的因素信号强度的因素5第7页/共84页第八页，共85页。第8页/共84页第九页，共85页。第9页/共84页第十页，共85页。

2、第10页/共84页第十一页，共85页。第11页/共84页第十二页，共85页。第12页/共84页第十三页，共85页。n高场机：磁场强度1.0T到2.0 之间n超高场机：磁场强度大于2.0 T 第13页/共84页第十四页，共85页。n尤其肩关节等尤其肩关节等 偏中心部位的偏中心部位的MRI ；n5、只有高度均匀度磁场才能充分利用脂肪饱、只有高度均匀度磁场才能充分利用脂肪饱和技术进行脂肪抑制扫描；和技术进行脂肪抑制扫描；n6、高度均匀度磁场才能有效区分、高度均匀度磁场才能有效区分MRS 的不的不同代谢产物。同代谢产物。第14页/共84页第十五页，共85页。方法。这种方法在匀场过程中使用的是无源方法。

3、这种方法在匀场过程中使用的是无源器件，因而也称为无源匀场。器件，因而也称为无源匀场。第15页/共84页第十六页，共85页。而变化的程度。而变化的程度。n热稳定性：磁场强度值随温度变化而漂移热稳定性：磁场强度值随温度变化而漂移(pio y)的程度。的程度。第16页/共84页第十七页，共85页。第17页/共84页第十八页，共85页。(zx)计算和测量边缘场的分布后，设计成与边缘场大计算和测量边缘场的分布后，设计成与边缘场大小相等、方向相反的电磁场分布，从而抵消和反射磁小相等、方向相反的电磁场分布，从而抵消和反射磁体引起的向外发散的磁力线，以此达到缩小边缘场空体引起的向外发散的磁力线，以此达到缩小边

4、缘场空间范围的目的。间范围的目的。第18页/共84页第十九页，共85页。第19页/共84页第二十页，共85页。像重建的空间定位和层面选择的依据像重建的空间定位和层面选择的依据(yj)，三个场中，三个场中的任何一个均可提供层面选择梯度、相位编码梯度、频的任何一个均可提供层面选择梯度、相位编码梯度、频率编码梯度三项作用之一，而这三个方向的梯度场的联率编码梯度三项作用之一，而这三个方向的梯度场的联合使用可获得任意斜面的合使用可获得任意斜面的MR图像。图像。第20页/共84页第二十一页，共85页。第21页/共84页第二十二页，共85页。第22页/共84页第二十三页，共85页。第23页/共84页第二十四

5、页，共85页。第24页/共84页第二十五页，共85页。第25页/共84页第二十六页，共85页。第26页/共84页第二十七页，共85页。第27页/共84页第二十八页，共85页。n（形）极化n按主磁场方向分类螺线管线圈、鞍形线圈n按绕组形式分类亥姆霍兹线圈、螺线管线圈、四线结构线圈、n STR（管状谐振器）线圈、鸟笼式线圈第28页/共84页第二十九页，共85页。第29页/共84页第三十页，共85页。第30页/共84页第三十一页，共85页。第31页/共84页第三十二页，共85页。第32页/共84页第三十三页，共85页。第33页/共84页第三十四页，共85页。第34页/共84页第三十五页，共85页。高

6、速旋转带正电荷的质子(zhz)电流环路核磁v并非所有原子核的自旋运动都能产生核磁根据原子核内中子和中子和质子的数目质子的数目不同，不同的原子核产生不同的核磁效应。非磁性原子核：质子数和中子数均为偶数磁性原子核：中子数和质子数至少一个为奇数第35页/共84页第三十六页，共85页。第36页/共84页第三十七页，共85页。第37页/共84页第三十八页，共85页。由于由于(yuy)处于低能级的质子略多于处于高能处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此进入主磁场后，人体内产生级的质子，因此进入主磁场后，人体内产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。量。第3

7、8页/共84页第三十九页，共85页。图图a 为进入主磁场为进入主磁场(cchng)前，尽管每个质子自旋都产生前，尽管每个质子自旋都产生一个小磁场一个小磁场(cchng)，但排，但排列杂乱无章，磁化矢量相互抵列杂乱无章，磁化矢量相互抵消，因此没有宏观磁化矢量产消，因此没有宏观磁化矢量产生。生。图图b 示进入主磁场后，质子自旋产生示进入主磁场后，质子自旋产生(chnshng)的小磁场与主磁场平行排的小磁场与主磁场平行排列，平行同向者略多于平行反向者，最列，平行同向者略多于平行反向者，最后产生后产生(chnshng)一个与主磁场方向一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。一致的宏观纵向磁化矢量。 第

8、39页/共84页第四十页，共85页。第40页/共84页第四十一页，共85页。进动频率明显低于自旋频率，但对于磁共振成像的来说，进动频率比自旋频率重要。质子(zhz)的进动频率与主磁场场强成正比。第41页/共84页第四十二页，共85页。第42页/共84页第四十三页，共85页。第43页/共84页第四十四页，共85页。共振：能量从一个振动着的物体共振：能量从一个振动着的物体(wt)传递到另一个传递到另一个物体物体(wt)，后者以与前者相同的频率振动。共振的，后者以与前者相同的频率振动。共振的条件是相同的频率，实质是能量的传递。条件是相同的频率，实质是能量的传递。第44页/共84页第四十五页，共85页

9、。第45页/共84页第四十六页，共85页。从微观上讲，90脉冲的效应可以分解成两个部分来理解：（1）90脉冲使处于低能级多出处于高能级的那部分质子，有一半获得能量进入高能级状态，这就使处于低能级和高能级的质子数目完全相同，两个方向的纵向磁化分矢量相互抵消，因此宏观纵向磁化矢量等于零。（2）90脉冲前，质子的横向磁化分矢量相位不同(b tn)，90脉冲可使质子的横向磁化分矢量处于同一相位，因而产生了一个最大旋转宏观横向磁化矢量。第46页/共84页第四十七页，共85页。第47页/共84页第四十八页，共85页。第48页/共84页第四十九页，共85页。第49页/共84页第五十页，共85页。第50页/共

10、84页第五十一页，共85页。第51页/共84页第五十二页，共85页。第52页/共84页第五十三页，共85页。nT2值：横向磁化矢量衰减到最大值的值：横向磁化矢量衰减到最大值的37%所所用的时间；用的时间；n不同组织由于质子受周围微观磁环境影响不不同组织由于质子受周围微观磁环境影响不同，同，T2值不同，即值不同，即T2弛豫速度不一样；不同弛豫速度不一样；不同的场强下，的场强下，T2值也会发生变化。值也会发生变化。第53页/共84页第五十四页，共85页。的T1 值受主磁场场强的影响较大，一般随场强的增高，组织的T1 值延长。第54页/共84页第五十五页，共85页。一般的成像过程中，组织的各方面特性

11、（例如：质子密度、T1 值、T2 值）均对MR 信号有贡献，几乎不可能得到仅纯粹反映组织一个特性的MR图像，我们可以利用成像参数的调整，使图像主要反映组织某方面特性，而尽量抑制组织其他特性对MR 信号的影响(yngxing)，这就是“加权”。第55页/共84页第五十六页，共85页。第56页/共84页第五十七页，共85页。 以甲、乙两种组织为例，甲组织质子含量高于乙质子：（1）进入主磁场后，甲组织产生的宏观纵向磁化矢量大于乙组织；（2）90脉冲后甲组织产生的旋转宏观横向磁化矢量就大于乙组织；（3）马上检测(jin c)MR 信号，甲组织产生的MR 信号将高于乙组织。 质子质子(zhz)密度越高，

12、密度越高，MR 信号强度越大，这就是质子信号强度越大，这就是质子(zhz)密度加权成像。密度加权成像。第57页/共84页第五十八页，共85页。假设甲、乙两种组织质子密度相同，但甲组织的横向弛豫比乙组织慢（即甲组织的假设甲、乙两种组织质子密度相同，但甲组织的横向弛豫比乙组织慢（即甲组织的T2 值长于乙组织）：值长于乙组织）：（1）进入主磁场后由于质子密度一样，甲乙两种组织产生的宏观纵向）进入主磁场后由于质子密度一样，甲乙两种组织产生的宏观纵向(zn xin)磁化矢量大小相同（图磁化矢量大小相同（图a）；）；（2）90脉冲后产生的宏观横向磁化矢量的大小也相同（图脉冲后产生的宏观横向磁化矢量的大小也

13、相同（图b）：）：（3）由于甲组织横向弛豫比乙组织慢，到一定时刻，甲组织衰减掉的宏观横向磁）由于甲组织横向弛豫比乙组织慢，到一定时刻，甲组织衰减掉的宏观横向磁化矢量少于乙组织，其残留的宏观横向磁化矢量将大于乙组织（图化矢量少于乙组织，其残留的宏观横向磁化矢量将大于乙组织（图 c）；）；（4）这时检测）这时检测MR 信号，甲组织的信号，甲组织的MR 信号强度将高于乙组织（图信号强度将高于乙组织（图d），这样就实），这样就实现了现了T2WI。在在T2WI 上，组织上，组织(zzh)的的T2 值越大，其值越大，其MR 信号强信号强度越大。度越大。第58页/共84页第五十九页，共85页。假设甲、乙两种

14、组织质子密度相同，但甲组织的纵向弛豫比乙组织快（即甲组织的假设甲、乙两种组织质子密度相同，但甲组织的纵向弛豫比乙组织快（即甲组织的T1 值短于乙组织）：值短于乙组织）：（1）进入）进入(jnr)主磁场后由于质子密度一样，甲乙两种组织产生的纵向磁化矢量大小相同；主磁场后由于质子密度一样，甲乙两种组织产生的纵向磁化矢量大小相同；（2）90脉冲后产生的宏观横向磁化矢量的大小也相同；脉冲后产生的宏观横向磁化矢量的大小也相同；（3）射频脉冲关闭后，甲乙两种组织将发生纵向弛豫，由于甲组织的纵向弛豫比乙组织快，过一定时间）射频脉冲关闭后，甲乙两种组织将发生纵向弛豫，由于甲组织的纵向弛豫比乙组织快，过一定时间

15、以后，甲组织已经恢复的宏观纵向磁化矢量将大于乙组织；以后，甲组织已经恢复的宏观纵向磁化矢量将大于乙组织；（4）由于接收线圈不能检测到这种纵向磁化矢量的差别，必须使用第二个）由于接收线圈不能检测到这种纵向磁化矢量的差别，必须使用第二个90脉冲。第二个脉冲。第二个90脉冲后脉冲后，甲、乙两组织的宏观纵向磁化矢量将发生偏转，产生宏观横向磁化矢量，因为这时甲组织的纵向磁化矢，甲、乙两组织的宏观纵向磁化矢量将发生偏转，产生宏观横向磁化矢量，因为这时甲组织的纵向磁化矢量大于乙组织，其产生的横向磁化矢量将大于乙组织，马上检测量大于乙组织，其产生的横向磁化矢量将大于乙组织，马上检测MR 信号，甲组织产生的信号

16、，甲组织产生的MR 信号将高于信号将高于乙组织，这样就实现了乙组织，这样就实现了T1WI。在T1WI 上，组织(zzh)的T1 值越小，其MR 信号强度越大。 第59页/共84页第六十页，共85页。从G0 向足侧磁场强度逐渐增高，则质子进动频率逐渐加快，下颌部最高。第60页/共84页第六十一页，共85页。第61页/共84页第六十二页，共85页。第62页/共84页第六十三页，共85页。第63页/共84页第六十四页，共85页。第64页/共84页第六十五页，共85页。第65页/共84页第六十六页，共85页。第66页/共84页第六十七页，共85页。第67页/共84页第六十八页，共85页。（1）图）图a

17、示颅脑一横断面，施加了一前高后低的梯度场，示颅脑一横断面，施加了一前高后低的梯度场，G0代表梯度场中点；代表梯度场中点；（2）图）图b仅以三行三列仅以三行三列9个体素作为示意，中间一行由于个体素作为示意，中间一行由于(yuy)位于梯度场中点（位于梯度场中点（G0），质），质子进动频率保持子进动频率保持64MHZ，最前面一行由于，最前面一行由于(yuy)磁场强度升高，质子进动频率加快到磁场强度升高，质子进动频率加快到65MHZ，最后面一行由于，最后面一行由于(yuy)磁场强度降低，质子进动频率减慢为磁场强度降低，质子进动频率减慢为63MHZ；（3）MR信号采集后经傅里叶转换即可解码出不同频率的信

18、号采集后经傅里叶转换即可解码出不同频率的MR信号，而不同频率代表前后方向信号，而不同频率代表前后方向上的不同位置。上的不同位置。第68页/共84页第六十九页，共85页。由于进动频率的不同，左右方向各个位置上由于进动频率的不同，左右方向各个位置上的质子的质子(zhz)进动的相位将出现差别（图进动的相位将出现差别（图b）；）；（3）关闭左右方向的相位编码梯度场，左右）关闭左右方向的相位编码梯度场，左右方向的磁场强度的差别消失，各个位置的质方向的磁场强度的差别消失，各个位置的质子子(zhz)进动频率也恢复一致，但前面曾施进动频率也恢复一致，但前面曾施加过一段时间梯度场造成的质子加过一段时间梯度场造成

19、的质子(zhz)进动进动的相位差别被保留下来（图的相位差别被保留下来（图c），这时采集到），这时采集到的的MR 信号中就带有相位编码信息，通过傅信号中就带有相位编码信息，通过傅里叶转换可区分出不同相位的里叶转换可区分出不同相位的MR信号，而不信号，而不同的相位则代表左右方向上的不同位置。同的相位则代表左右方向上的不同位置。第69页/共84页第七十页，共85页。（1）图）图a示在施加相位编码梯度示在施加相位编码梯度(t d)前，左右方向上各体素中质子的进动频率均为前，左右方向上各体素中质子的进动频率均为64MHZ，相位也，相位也一致（空箭所示）；一致（空箭所示）；（2）图）图b示在左右方向上施加

20、一个左高右低的梯度示在左右方向上施加一个左高右低的梯度(t d)场，位于相位编码梯度场，位于相位编码梯度(t d)场中点（场中点（G0）的）的体素内的质子进动频率仍为体素内的质子进动频率仍为64MHZ，而最左边体素内的质子进动频率增加到，而最左边体素内的质子进动频率增加到65MHZ，最右边体素内的，最右边体素内的质子进动频率减低到质子进动频率减低到63MHZ。这个梯度。这个梯度(t d)场施加一段时间后，左右方向上各体素内的质子由于进动场施加一段时间后，左右方向上各体素内的质子由于进动频率不同出现相位差异（空箭所示）。频率不同出现相位差异（空箭所示）。（3）图）图c示在示在MR信号采集前，把相位编码梯度信号采集前，把相位编码梯度(t d)场关闭，左右方向上体素内的质子进动频率又回场关闭，左右方向上体素内的