磁共振成像(讲座)

磁共振成像东南大学附属南京江北人民医院医学影像学教研室徐柏林（讲座）MAGNETICRESONANCEIMAGING东南大学医学院附属南京江北人民医院医学影像科AIRISⅡ

1946年，Block与Purcell发现了核磁共振现象，并应用于波谱学。1973年Lauterbur开发了MR成像技术，并开始应用于临床；20多年来，MR成像技术有了飞速的发展。

MRI包括主磁体、梯度线圈、射频发射器和MR信号接收器、以及图像处理和显示系统等部分，其中磁体是产生磁场的关键部件，分为永磁、阻抗和超导3种，永磁的磁场强度可达0.3T（Tesla）左右，超导的磁场强度可达数T。射频接收线圈分为体部、头颅、肢体、表面等多种线圈，分别用于不同部位的检查。MRI的数据采集、处理和显示除图像重建用傅立叶变换代替了反投影外与CT相似，成像时间=TR×矩阵×收集次数，矩阵常用256×256，显示矩阵可达512×512或1024×1024；一次检查约需30~60分钟。MRI成像基本原理1.1操作步骤：1.1.1将病人置入强的外磁场中；1.1.2发射无线电波，瞬间即关掉无线电波；1.1.3接收由病人体内发出的磁共振信号；1.1.4用磁共振信号重建图像。﹡纵向磁化（longitudinalmagnetization）﹡纵向磁化减小与横向磁化（transversemagnetization）﹡弛豫（ralaxation）与弛豫时间﹡弛豫时间与MRI成像﹡脉冲序列与加权像﹡自旋回波脉冲序列1.2纵向磁化：氢原子在人体内广泛分布，氢原子核中只有1个质子，质子有自己的磁场，是一个小磁体，可利用其特性成像。人体置入外磁场中，原来排列杂乱无章的质子呈有序排列，质子作为小磁体，同外磁场磁力线呈平行或反平行的方向排列，平行于磁力线的质子处于低能级状态，反平行于磁力线的质子处于高能级状态。有序排列的质子保持快速的锥形旋转运动，称为进动，进动速度用进动频率表示，进动频率与质子所处的外磁场场强成正比。置于外磁场中的病人本身成为一个磁体，有自己的磁场，即发生了磁化。这种沿着外磁场纵轴（Z轴）方向的磁化称为纵向磁化。1.3纵向磁化减小与横向磁化向病人发射短促的射频脉冲[radiofrequency（RF）pulse]，如射频脉冲与质子进动频率相同，就能把其能量传给质子，出现共振。进动频率可由Larmor方程算出。Larmor方程ω0=γ·B0ω0：进动频率（Hz）；γ

：旋磁比；B0：外磁场强度（T）。质子吸收射频脉冲的能量，由低能级（指向上）跃迁到高能级（指向下）。指向下质子抵消了指向上质子的磁力，于是纵向磁化减小。同时，射频脉冲还使进动的质子作同步、同速运动，即处于同相位。质子在同一时间指向同一方向，其磁矢量也在该方向叠加，出现横向磁化。1.4弛豫与弛豫时间中止射频脉冲，则很快回到原来的平衡状态，即发生了弛豫；有两种弛豫，纵向磁化恢复的过程称为纵向弛豫，横向磁化消失的过程称为横向弛豫。纵向磁化由零恢复到原来数值的63%所需的时间为纵向弛豫时间，简称T1；横向磁化由最大减少到最大值的37%所需的时间为横向弛豫时间，简称T2。T1和T2是时间常数，不是绝对值。

T1长于T2。生物组织的弛豫时间，T1为300~2000ms，T2为30~150ms。水的T1、T2比较长，脂肪的

T1、T2比较短，肿瘤组织比正常组织含水量高，故T1、T2较长。1.5弛豫时间与MRI成像人体各种正常组织与病理组织的T1和T2是相对恒定的，它们之间有一定差别，这种组织间弛豫时间上的差别是MRI的成像基础。MRI的成像有T1、T2和自旋质子密度等几种参数。1.6脉冲序列与加权像施加射频脉冲后，纵向磁化减小、消失，横向磁化出现。使纵向磁化倾斜90°的脉冲为90°脉冲，倾斜180°的为180°脉冲。这种连续施加的脉冲称为脉冲序列，两个脉冲之间的间隔时间为重复时间（repetitiontime，TR）。两种T1不同的组织，用短TR时，组织间T1信号强度的差别就显示出来。由T1差别形成的图像为T1加权像（T1weightedimageT1WI）TR小于500msec为短TR，大于1500msec为长TR。长TR是短TR的3倍。质子密度（自旋密度）也影响组织对比。用长TR，信号差别主要由质子密度来决定。由质子密度差别形成的图像为质子密度加权像（protondensityweightedimage，PdWI）。在某一定时间，例如1/2回波时间（echotime，TE），施加一个180°脉冲，使质子反向进动，再等1/2TE，质子再次接近同相位，引起较强的横向磁化，再次出现较强的信号，这个强信号叫回波或自旋回波。90°脉冲与产生回波之间的时间为回波时间（TE），用长TE，信号强度虽有所减低，但两个组织间信号强度的差别明显，对比显著，形成图像。选择不同的TE，可以得到不同程度的T2加权信号。用较长的TE，组织间的信号强度差别靠T2，得T2加权像（T2weightedimage，T2

WI），TE小于30msec为短TE，大于80msec为长TE。长TE是短TE的3倍。1.7自旋回波脉冲序列90°脉冲—等待TE/2—180°脉冲—等待TE/2—记录信号，这是一个自旋回波脉冲序列[spinecho（SE）pulsesequence]。重复时间（TR）是从一个90°脉冲开始到下一个90°脉冲开始之间的时间。自旋回波脉冲序列最常用，选用恰当的TR与TE可获得PdWI、T1WI和T2WI。2.MRI图像特点2.1多参数成像MRI的图像也用灰阶显示，但反映的是MR信号强度或弛豫时间T1、T2的长短，有3种图像；而CT图像反映的是组织密度，只有1种图像。人体正常组织在T1WI和T2

WI上的灰度MRI表现为高信号和低信号的组织病理组织信号强度2.2多方位成像MRI可获得人体横断面、冠状面、矢状面及任意方向断面的图像，有利于病变的定位。2.3流动效应在SE序列，对一个层面施加90°脉冲，该层面内流动着的质子受到脉冲的激发，中止脉冲后，这些流动着的质子已离开受检层面，接收不到信号，这一现象称为流空现象，可用来显示血管的影像。2.4质子弛豫增强效应与对比增强质子弛豫增强效应：顺磁性和超顺磁性物质使局部产生磁场，可缩短弛豫时间，达到增强的目的。钆是顺磁性物质，可用