《MRI基本原理及读》课件2

MRI基本原理及读书笔记探索医学影像技术中最重要的核磁共振成像(MRI)的基本原理与应用。了解影像背后的科学原理和图像读取技术，增强对这一先进诊断工具的认知。MRI成像的基本原理相对论基础量子力学和相对论理论为MRI成像的基本原理奠定了理论基础。相对论理论解释了原子核在强磁场下的行为特性。磁性质及自旋人体组织中的氢原子核具有磁性质和自旋特性。在磁场作用下,这些自旋会产生磁化效应,从而产生可检测的信号。信号检测和编码通过梯度磁场的线性作用,可以实现对自旋信号的空间编码。脉冲序列的设计更能优化信号的采集和重建。图像重建采集到的自旋信号通过傅里叶变换可以重建出二维或三维的断层图像,展现人体内部的解剖结构。磁共振成像的发展历程11970年代磁共振成像技术首次问世21980年代临床应用广泛开展31990年至今成像质量和扫描速度不断提升磁共振成像技术自1970年代问世以来,经历了从探索到广泛临床应用的发展历程。随着科技的不断进步,成像质量和扫描速度不断提高,为医疗诊断和科学研究提供了强大的工具。磁场的基本概念地球磁场地球内部存在一个强大的磁场,这个磁场被称为地球磁场。它是由地球内部的液体铁核产生的,起到保护生命免受来自太空的有害辐射。磁场线磁场由磁场线描述,磁场线从磁北极出发,穿过地球到达磁南极。这些磁场线定义了磁场的方向和强度,是理解磁场的关键。磁通量密度磁通量密度是衡量磁场强度的重要参数,用磁感应强度B表示。它决定了磁场对周围物质的作用大小,是MRI成像的关键因素之一。相对论和原子核的性质相对论基础爱因斯坦提出的相对论理论，改变了我们对时空的理解。相对论揭示了宇宙的本质规律。原子核特性原子核由质子和中子组成,具有独特的性质。研究原子核的特性有助于我们理解物质结构。粒子物理学相对论与原子核理论为粒子物理学的发展奠定了基础。粒子物理研究粒子的本质及其相互作用。磁化与自旋1原子核自旋原子核内部质子和中子的自旋运动产生微小磁矩,这些磁矩会在外部磁场中产生定向排列。2磁化强度外部磁场作用下,这些原子核磁矩会集中排列,形成整体的磁化强度。这种磁化现象是MRI成像的基础。3顺磁性与反磁性不同物质在外磁场中会产生不同的磁化效应,有顺磁性和反磁性之分。这是造成组织成像对比的关键因素。共振现象磁共振的核心就是共振现象。当外加磁场频率与原子核磁矩的自然频率一致时，会发生共振现象。此时原子核会吸收外加磁场的能量，并转移到高能级状态。在高能级状态下，原子核会不稳定，最终会释放出能量并返回到低能级。这种能量释放就产生了磁共振信号。磁共振信号的产生1装置准备将受检者放入强大的磁场中,使原子核受磁场影响进入共振状态。2射频脉冲激励施加合适频率的射频脉冲,使原子核吸收能量并产生可测量的磁共振信号。3信号接收与处理通过梯度磁场对信号进行编码,经计算机处理后可重构出断层图像。磁场梯度空间编码利用不同的磁场梯度对磁共振信号进行编码,从而实现对目标空间进行定位。三维成像在x、y、z三个空间维度上应用不同的磁场梯度,可以实现三维空间的成像。图像分辨率磁场梯度的强度决定了MRI图像的空间分辨率,梯度越强则分辨率越高。空间编码1梯度磁场在主磁场上施加梯度磁场，使得磁场强度随空间位置而变化。2相位编码通过在一个方向上施加梯度磁场，使得旋转磁矩呈现不同的相位。3频率编码通过在另一个方向上施加梯度磁场，使得旋转磁矩呈现不同的频率。通过梯度磁场、相位编码和频率编码三种方式,可以对MRI信号进行空间编码,从而实现3D成像。这样就可以根据信号的频率和相位特征,定位出信号的具体来源位置。编码自旋空间编码为了确定信号源的位置,需要在磁场中施加线性梯度,使得不同空间位置的核自旋频率不同。通过采集这些不同频率的信号,就可以确定信号源的位置。相位编码在加入线性梯度的同时,还可以通过改变射频脉冲的相位来实现空间编码。不同位置的核自旋将有不同的相位变化,从而确定信号源的位置。频率编码在信号采集过程中,通过改变磁场梯度的大小,可以使得不同位置的核自旋产生不同的共振频率。通过分析这些频率差异就可以判断信号源的位置。回波技术产生射频脉冲射频脉冲可以扰乱原子核的自旋状态,使之偏离平衡态。自由诱导衰减受扰乱的自旋会自发往平衡态回归,产生自由诱导衰减信号。回波形成施加梯度磁场,可以获得回波信号,从而对成像信息进行编码。脉冲序列射频脉冲通过射频脉冲激发核磁共振信号。梯度磁场利用梯度磁场对核自旋进行空间编码。回波采集采集由自由诱导衰减产生的回波信号。序列时序通过精细控制各种脉冲的时间顺序来获得所需的信号。常见脉冲序列1自由进动序列（GradientEcho）无需180度反转脉冲,采用梯度磁场进行相位编码和频率编码,成像速度快,但T2*对比较差。2自旋回波序列（SpinEcho）利用180度反转脉冲产生自旋回波,能够补偿T2*效应,获得更好的对比度,但成像较慢。3快速自旋回波序列（FastSpinEcho）采用多次180度反转脉冲,大幅缩短扫描时间,保持良好的T2加权对比度。4FLAIR序列抑制脑脊液信号,增强病变对比度,广泛应用于神经系统成像。T1加权与T2加权成像T1加权成像T1加权成像依据组织的不同T1弛豫时间,呈现出不同的信号强度,使得组织之间的对比度和分辨率更高。这种成像技术可以清晰显示中枢神经系统、肌肉和脂肪等组织的结构细节。T2加权成像T2加权成像依据组织的不同T2弛豫时间,呈现出不同的信号强度。这种成像技术可以更好地显示水分含量丰富的病变组织,如肿瘤、水肿和炎症等。组织病变识别T1和T2加权成像可以提供互补的信息,通过分析两种成像的对比度差异,有助于准确识别并诊断组织病变。横向磁化与纵向磁化横向磁化磁共振过程中，原子核会在横向受激产生磁化。这种横向磁化可以被接收线圈检测到，从而产生磁共振信号。横向磁化是MRI成像的关键。纵向磁化在强外加磁场中，原子核会产生纵向磁化。这种纵向磁化遵循自旋动力学规律，在施加脉冲后会逐渐恢复到初始状态。纵向磁化的恢复过程同样重要。T1加权和T2加权横向磁化和纵向磁化的不同恢复特性,决定了T1加权和T2加权两种基本的MRI成像方式,用于获取不同的组织对比度。这是MRI诊断的基础。自由诱导衰减自由诱导衰减概念自由诱导衰减(FID)是核磁共振成像中的关键概念。当射频脉冲结束后，激发出的磁化矢量会逐渐返回到平衡状态，这个过程就称为自由诱导衰减。T1和T2弛豫过程自由诱导衰减是由于T1和T2弛豫过程造成的。T1弛豫决定了纵向磁化的恢复过程,T2弛豫决定了横向磁化的衰减过程。信号采集通过检测自由诱导衰减的信号,可以获得用于重建图像的数据。整个过程是从激发磁化开始,到磁化逐渐恢复平衡结束。影响因素自由诱导衰减的信号强度和衰减过程会受到多种因素的影响,如组织性质、磁场强度、脉冲序列等。弛豫时间磁共振成像中涉及两种重要的弛豫时间:T1弛豫时间和T2弛豫时间。这两种参数不仅决定了组织的信号强度,也影响整个扫描过程的时间。参数T1弛豫时间T2弛豫时间含义纵向磁化恢复到平衡状态的时间常数横向磁化衰减到0的时间常数影响因素组织中氢原子核密度、分子间相互作用等氢原子核自身的磁性相互作用临床意义可以用于区分组织病变可反映组织的代谢状况成像参数的选择1扫描时间扫描时间需要平衡图像质量和病人耐受度。快速扫描可减少伪影,但可能降低信噪比。2场强选择1.5T或3T场强是常见选择,能平衡解析度和成本。更高场强可获得更佳图像质量。3切片厚度切片越薄越好,但过薄会降低信噪比。多数临床应用选择3-5mm厚度。4矩阵尺寸矩阵越大,分辨率越高,但成像时间也会延长。必须在图像质量和扫描时间间权衡。软组织对比分辨率的优势高对比度与骨骼和脂肪组织相比,软组织在MRI图像中表现出色,可以清晰地显示不同的解剖细节。细节丰富MRI能够提供软组织的三维立体信息,可观察到肌肉、韧带、神经等微小结构。组织差异鉴别通过调节参数,MRI可以增强不同软组织之间的信号强度差异,提升对比度和分辨率。常见的组织对比及临床应用大脑组织对比MRI可以清楚地显示大脑灰质、白质、脑脊液等组织的细微差异,有助于诊断各种脑部疾病。关节组织对比MRI可以精细地成像关节软骨、韧带、肌肉等结构,被广泛应用于关节疾病的诊断和治疗评估。腹部器官对比MRI对肝脏、脾脏、胰腺等腹部器官的成像精度很高,有助于发现肿瘤、炎症等病变。颅脑MRI的基本解读1脑部构造MRI能清晰显示大脑皮质、白质、脑室、脑干及小脑等结构。利用不同的序列可以评估大脑组织的病理改变。2疾病诊断MRI在脑部肿瘤、脑血管病、外伤、退行性疾病等领域有重要诊断价值,能提供解剖及功能信息。3专业阅读充分理解各种序列图像特征并结合临床表现,能够为医生诊断提供有效依据。颈部MRI的基本解读解剖结构颈部MRI可全面展示出颈椎、颈动脉、颈静脉、甲状腺、淋巴结等重要解剖结构的细节。常见病变颈椎退行性病变、颈椎间盘突出、颈动脉狭窄、甲状腺肿块、淋巴结肿大等常见于颈部MRI检查。影像诊断仔细观察每层截面,结合临床表现,可对病变的性质、范围、侵犯程度做出准确诊断。胸腹部MRI的基本解读1肺部成像MRI可清晰显示肺部病变，如肺结节、肺炎等。2心脏成像MRI能有效评估心肌结构和功能，如心肌梗死。3腹部成像MRI可清晰显示肝、胆、胰、肾等腹部器官。4骨盆成像MRI对腰椎、髋关节等骨盆结构有很好成像能力。胸腹部MRI在临床诊断中有重要地位。它可以清晰显示肺部、心脏、肝胆等器官的详细解剖结构和病变特征，为疾病的诊断提供有价值的信息。同时MRI还有良好的骨盆成像能力，为诊断腰椎、髋关节等疾病提供帮助。四肢骨骼MRI的基本解读1关节评估明确关节结构、骨骼、韧带和肌腱的异常情况。2肌肉评估检查肌肉损伤、发炎和肌肉萎缩等病变。3韧带和肌腱精确诊断韧带撕裂、腱鞘炎等常见运动损伤。4骨质病变观察骨质密度和结构异常,发现骨质疏松、肿瘤等。四肢骨骼MRI可全面评估关节、肌肉、韧带和骨骼的病变情况,为临床诊断和治疗提供重要依据。通过对各组织结构的详细观察,可以及时发现骨折、韧带撕裂、肌肉损伤等常见运动损伤,为临床治疗方案的制定提供重要信息。MRI扫描的注意事项安全检查进行MRI检查前需要仔细检查是否携带金属物品,以免受伤或影响扫描结果。隔离屏蔽MRI设备使用强磁场,检查时需要远离其他电子设备,保持隔离以确保安全。合理配合检查时需要保持身体静止,避免移动和噪音,以获得最佳图像质量。合理用时不同检查项目需要的时间有所不同,需根据具体情况合理安排时间。MRI造影剂的种类与特点钆酸盐造影剂这类造影剂可以显著增强目标组织的信号强度,广泛应用于肿瘤、感染、外伤等诊断。但需要注意可能出现的过敏反应。铁氧化物造影剂这类造影剂能够对靶器官产生特异性标记,广泛用于肝脏、脾脏、淋巴结等疾病的诊断。对于神经系统也有独特的应用。蛋白结合造影剂这类造影剂能够长时间停留在靶器官或组织,为肿瘤、炎症、血管等提供更清晰的影像。但需要密切监测患者情况。MRI造影的适应症与注意事项适应症MRI造影常用于肿瘤、血管、骨骼等疾病的诊断和评估。可以帮助更好地发现细小病变和观察病情变化。注意事项患有肾脏疾病、甲状腺功能亢进或者对造影剂过敏者需要特殊护理。造影检查前需要做好沟通和准备。禁忌症对造影剂过敏、心力衰竭、肝肾功能不全的患者存在一定禁忌。检查前需要进行风险