第五章 磁共振成像课件

第五章磁共振成像第五章磁共振成像第五章磁共振成像内容梗概磁共振信号与加权图像磁共振图像重建快速成像序列磁共振血管成像磁共振图像质量评价第五章磁共振成像第一节磁共振信号与加权图像

第五章磁共振成像MRI成像含奇数质子的原子核均在其自旋过程中产生自旋磁动量，即磁矩以矢量描述.核磁矩的大小是原子核的固有特性，它决定MRI信号的敏感性.氢原子核只有单一质子具有最强的磁矩氢质子在人体内分布广，数量多，MRI均选用氢为靶原子核.第五章磁共振成像人体质子在磁场中第五章磁共振成像共振现象第五章磁共振成像第五章磁共振成像MRI成像基本原理外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁化矢量在晶格磁场作用下由XY平面逐渐回复到Z轴。同时以射频信号的形式放出能量。发出的射频信号被体外线圈接受。经计算机处理后重建成图像。第五章磁共振成像MRI应用中常用概念驰豫：指磁化矢量恢复到平衡态的过程.磁化矢量越大，MRI探测到的信号越强.第五章磁共振成像MRI应用中常用概念T1时间：测量纵向驰豫的时间。定义：纵向磁化矢量从最小恢复至平衡态的63%所经历的驰豫时间。不同的组织T1时间不同，产生MR信号强度上的差别，图像上为灰阶的差别。第五章磁共振成像MRI应用中常用概念T2时间：测量横向驰豫的时间。定义：横向磁化矢量从由最大衰减至37%所经历的驰豫时间。不同的组织T2时间不同，产生MR信号强度上的差别，图像上为灰阶的差别。第五章磁共振成像MRI成像技术采用不同的扫描序列和成像参数T1加权像、T2加权像、质子加权像自旋回波（SE）、梯度回波、平面回波等第五章磁共振成像MRI图像特点主要反映组织间的信号强度。T1加权像反映组织间T1的差别，有利于观察解剖结构。T2加权像反映组织间T2的差别，显示病变组织好。第五章磁共振成像自旋回波（SE）：重复时间（TR）

回波时间（TE）加权成像TR（ms）TE（ms）T1WI短<=

500短<=

30T2WI长>=

2000长>=

60PdWI长>=

2000短<=

30第五章磁共振成像磁共振检查技术术语平扫（T1WI、T2WI、PDWI）增强（T1WI）动态增强（DynamicMR）磁共振血管造影（MRA）脂肪抑制成像（STIR)水抑制成像（FLAIR）水成像（MRCP、MRU、MRM）灌注成像（Perfusion）弥散成像（Diffusion）功能成像（functionMR）第五章磁共振成像16加权图像(imagingweighting，IW)

在MRI中，当不考虑血流显像时，成像参数为ρ、T1、T2；把血流显像考虑进去时，成像参数为T1、T2、v、ρ。出于分析图像的方便，希望一帧MRI的断面图像主要由一个成像参数决定，这就是MRI中图像加权的概念。第五章磁共振成像17第二节

磁共振图像重建

组成灰度数字图像的基本单元是像素像素只有两个基本信息：像素位置信息和像素灰度信息像素位置信息表示图像中的该像素对应人体内的体素位置像素灰度信息表示对应体素的检测信息的强度对磁共振而言,实现像素与体素对应的手段是施加三个维度上的梯度磁场不同成像手段进行位置对应的手段不同不同成像手段的检测信息不同对磁共振而言,检测的生物体信息是磁共振信号第五章磁共振成像18在Z方向叠加的强度随Z变化的磁场，叫Z方向梯度场；

在X方向叠加的强度随X变化的磁场，叫X方向梯度场;

在Y方向叠加的强度随Y变化的磁场，叫Y方向梯度场;NSB0B0ZB0+B(z)0

NSB0B0XB0+B(x)0

NSB0B0YB0+B(Y)0

三个基本梯度场第五章磁共振成像19人体的三面示意图横断面冠状面矢状面第五章磁共振成像20空间的三维水平磁场垂直磁场B0（Z）B0(Z)一般常导和超导磁体产生水平磁场，水平方向（人体长轴）为Z方向一般永磁体产生垂直磁场，垂直方向为Z方向，人体长轴一般定义为X方向YZXZXY第五章磁共振成像21在Z方向叠加梯度场可以选择层面，RF的频带宽度与梯度强度共同决定层厚。选层梯度Gs层厚与梯度强度成反相关层厚与射频频宽成正相关22第五章磁共振成像选层梯度Gs频率范围即频宽Δv很小，用于选层激励第五章磁共振成像23选层梯度Gs－回归脉冲

在层内的自旋核可以处在不同的z上，其旋进的速度不同，使自旋核进入去相位状态，使Mxy衰减，为此常常在梯度磁场脉冲之后，加入—个与其方向相反的梯度磁场脉冲，称为回归脉冲，使自旋核的相位回归，以减少信号测量的损失。第五章磁共振成像24在X方向叠加一线性梯度场，可使沿X向质子所处磁场线性变化,从而共振频率线性变化,将采集信号经傅立叶变换后即可得到频率与X方向位置的线性一一对应关系.频率编码梯度Gf（读出梯度Gro）成像层面的X向位置采集信号经傅立叶变换后的频谱二者一一对应第五章磁共振成像25相位编码梯度GpGp施加之前,质子沿Y向进动频率相位均相同施加GP,质子沿Y向所受磁场线性,进动频率线性,相位线性Gp结束后,Y向磁场均匀,质子进动频率一致,但线性相位保留下来,并与Y向位置一一对应第五章磁共振成像26三梯度施加时序(SE序列为例,采集矩阵128*128)RF:Gs:Gp:Gro:SIG:射频激励脉冲选层梯度相位编码梯度,需要反复施加128次,且幅度线性变化频率编码梯度,又称读出梯度回波信号FID信号第五章磁共振成像27体层图像重建的时间估计在MR图像重建中，沿相位编码方向排列的体素个数决定了在一个成像周期内相位编码的重复次数，这是MRI成像速度较慢的主要原因。在SE序列中完成一个层面的成像时间Td可估计为：

Td＝TR×矩阵大小×n

脉冲重复时间重复测量次数提高测量的精度第五章磁共振成像28

K空间与磁共振图像重建K空间:抽象的频率空间,是一个以空间频率为坐标轴的空间坐标系所对应的空间。时间频率：单位时间内波动的周期数(Hz)。空间频率：沿空间某一方向单位距离内波动的周期数（Hz/cm），是一个矢量。K空间的空间频率分布是中心频率为零，距中心频率越远，频率越高。第五章磁共振成像29磁共振信号的空间频率均匀的静磁场中，MR信号是一个具有单一旋进频率的波动信号，不含任何空间位置信息和空间频率信息。使用了梯度磁场之后，MR信号就具备了空间位置信息和空间频率信息。采集到的MR信号，根据其相应的空间频率放到K空间相应的位置中，不同空间频率的MR信号放入K空间中不同的位置。第五章磁共振成像30K空间的性质

储存在K空间不同位置的MR信号对图像的贡献不同。中心部分对应的MR信号空间频率低，幅度大，主要形成图像对比度。外围部分对应的MR信号空间频率高，幅度小，主要形成图像的分辨力。

kxky第五章磁共振成像K空间的性质Ky＝0的中央行，MR信号是在Gy=0时获得的，不存在相位编码梯度磁场产生的散相，信号的幅度也就最大；Kx=0的中央列，kx=0，MR信号采集时正好是每个回波的中心，因而幅度最大。第五章磁共振成像32k-spaceandtheMRImagexyf(x,y)kxkyK-spaceF(kx,ky)Image-spaceduality第五章磁共振成像33k-spaceandtheMRImageeachindividualpointintheMRimageisreconstructedfromeverypointinthek-spacerepresentationoftheimageallpointsofk-spacemustbecollectedforafaithfulreconstructionoftheimage第五章磁共振成像34DiscreteFourierTransformF(kx,ky)isthe2DdiscreteFouriertransformoftheimagef(x,y)xyf(x,y)kxky

K-spaceF(kx,ky)image-space第五章磁共振成像35k-spaceandtheMRImageIftheimageisa256x256matrixsize,thenk-spaceisalso256x256points.Theindividualpointsink-spacerepresentspatialfrequenciesintheimage.Contrastisrepresentedbylowspatialfrequencies;detailisrepresentedbyhighspatialfrequencies.

第五章磁共振成像36lowspatialfrequencieshighspatialfrequenciesallfrequencies第五章磁共振成像37WavesandFrequenciessimplestwaveisacosinewavepropertiesfrequency(f)phase(

)amplitude(A)第五章磁共振成像38CosineWavesof

differentfrequencies第五章磁共振成像39CosineWavesof

differentamplitudes第五章磁共振成像40CosineWavesof

differentphases第五章磁共振成像41k-spaceRepresentationofWavesimagespace,f=4k-space第五章磁共振成像42k-spaceRepresentationofWavesimagespace,f=16k-space第五章磁共振成像43k-spaceRepresentationofWavesimagespace,f=64k-space第五章磁共振成像44ComplexWaveformSynthesisf4+1/2f16+1/4f32Complexwaveformscanbesynthesizedbyaddingsimplewavestogether.第五章磁共振成像45k-spaceRepresentationofComplexWavesf4+1/2f16+1/4f32imagespacek-space第五章磁共振成像46k-spaceRepresentationofComplexWaves“square”waveimagespacek-space第五章磁共振成像47Reconstructionofsquarewavefromtruncatedk-spacetruncatedspace(16)imagespacek-spacereconstructedwaveform第五章磁共振成像48Reconstructionofsquarewavefromtruncatedk-spacetruncatedspace(8)imagespacek-spacereconstructedwaveformThemostimportantsegmentofk-spaceisthemiddle.第五章磁共振成像49Reconstructionofsquarewavefromtruncatedk-spacetruncatedspace(240)imagespacek-spacereconstructedwaveformThemostimportantsegmentofk-spaceisthemiddle.第五章磁共振成像50傅立叶变换的作用：复杂的时间域信号简单的频率域信号傅立叶变换Amplitude第五章磁共振成像51二维傅立叶变换重建第五章磁共振成像52第四节磁共振血管造影(magneticresonanceangiography,MRA)

第五章磁共振成像应用价值利用流动血液的MR信号与周围静止组织的MR信号差异建立图像对比度。利用MR信号差异也可以用来测量血流速度、观察血流状态的特征。第五章磁共振成像54飞越时间和流入性增强

－以SE序列为例

血液流动造成的MR信号改变的现象（增强或减弱）称为飞逝现象或时间飞越(Timeofflight，TOF)现象。第五章磁共振成像流入性增强

扫描层内还未流出的自旋质子处于部分饱和态(横向几乎已经完全恢复)，它们受到新的90º脉冲照射时，只能提供很小的MR信号或完全没有信号(有时称这些质子不再接收新的90º脉冲激励)；相反，新流进扫描层内的血液Mz＝M0，它们受到新的90º脉冲照射时，将发出较强的MR信号，这称之为流入性增强。56第五章磁共振成像预饱和技术

预饱和技术是针对流入性增强的反效应而设计的。具体方法是在MRI的视野外的较大区域上施加一个额外激励脉冲，也就是说血液在流入视野之前，自旋核已得到激励达到预饱和，于是流入的血流不再接收激励，信号丧失。

预饱和技术可以选择性地在图像上除掉动脉或静脉血流的MR信号。第五章磁共振成像预饱和技术第五章磁共振成像58

相位效应

静止组织中自旋核由于梯度磁场造成的去相位状态，可用180º脉冲的相位回归作用来补偿，但这一补偿作用的条件是自旋核与磁场间的相对位置不变，显然流动的血液中的自旋核不满足这一条件，Mxy照样快速衰减从而使MR信号减小，这一现象称为流动血液的相位效应。第五章磁共振成像59梯度运动回归技术(gradientmotionrephasing，GMR)

利用梯度回波序列的特点，用小角度激励和用一个方向与选层梯度磁场、层面频率、相位编码的梯度磁场方向相反，作用时间又极短的梯度磁场去代替180º脉冲。由于此梯度磁场作用极短，可以作到相位的补偿作用与流速的大小无关，这一技术称之为梯度运动回归技术。第五章磁共振成像60非侵入性磁共振造影的方法

－时间飞越法（TOF）

TOF血管成像用具有非常短TR的梯度回波序列。由于TR短,静态组织在没有充分弛豫时就接受到下一个脉冲的激励，在脉冲的反复作用下，其纵向磁化矢量越来越小，信号被衰减。第五章磁共振成像61非侵入性磁共振造影的方法

－相位对比(Phasecontrast)法

用双极梯度对流动编码，即在梯度回波序列的层面选择与读出梯度之间施加一个双极的编码梯度，该梯度由两部分组成，这两部分梯度脉冲的幅度和间期相同，而方向相反。第五章磁共振成像PCMRA

过程基本上由三步构成：

1.采集两组或几组不同相位的运动质子群的影像数据；

2.选取一种适宜的演算方法对采集的相位进行减影；静态组织减影后相位为零，流动组织根据不同速度具有不同的相位差值，

3.将相位差转变成像素强度显示在影像上。第五章磁共振成像后交通支动脉瘤3D-MRA第五章磁共振成像3D-CEMRA的时间分辨率（胸腹部）第五章磁共振成像磁共振胰胆管造影（MRCP）3D-重T2WI（水成像）第五章磁共振成像66MRI–StepbystepB0STRONGEXTERNALMAGNETICFIELDELECTRICSIGNALRFPULSERELAXATIONSIGNALDETECTIONGZSPATIALLOCALIZATIONK-SPACESLICESELECTIONSAMPLINGIMAGERECONSTRUCTION第五章磁共振成像67第五节磁共振成像质量监控

内部因素外部因素第五章磁共振成像第五节磁共振成像质量监控内部因素由生物组织的种类及生理、生化特性决定，如T1、T2、ρ、化学位移、生理运动、相邻组织的位置、大小等。第五章磁共振成像外部因素

脉冲序列对图像质量的影响;脉冲序列类型；TR、TE、TI；顺磁性造影剂；激励脉冲的偏转角θ；

第五章磁共振成像影响信噪比的因素：层厚；视野FOV；像素矩阵；附加扫描参数：

激励次数；层间距，由组织、器官的解剖形态诊断需要决定；

第五章磁共振成像与显示血流状态及功能图像有关的因素：

RF线圈类型；层面方位角，频率、相位编码方向；

磁场均匀度；掌握各种参数对MR图像质量的影响及其相互关系，对于MR医师及操作人员都是十分重要的。72第五章磁共振成像信噪比磁场强度大小主要由MRI中信号测量的信噪比要求决定，信噪比的定义是：在体素V上测得的信号S与相应噪声N的能量的比值。

接收线圈的半径常数，与接收线圈的几何形状有关样品的体积横向弛豫时间核数密度样品的温度线圈的温度第五章磁共振成像73信噪比在自旋核种类、信号采集系统固定时，信噪比主要决定于体素大小V和共振圆频率ω0。V的增大，提高了信噪比，但要牺牲空间分辨力；磁场强度决定信号的频率，提高ω0等于增大主磁场B0，同时RF能量也要相应提高，人体剂量增加，目前认为0.1～3.0T是较适宜的主磁场的强度范围。第五章磁共振成像74均匀度作为核磁共振系统核心部分的主磁体，是整个系统的关键部件。在整个扫描空间上能够产生并维持强而均匀的恒定磁场．则是核磁共振成像的基础。第五章磁共振成像实现磁场修正的方法1.在磁场适当部位加入金属材料(在设备安装过程中，一次性安装，调试完成的)，

2.采用补偿线圈的方法来实现(比较灵活，可在MRI装置运行中由主控系统调试完成)。第五章磁共振成像76线性度

梯度磁场不需要像静磁场那样均匀，只要求梯度场具有良好的线性。梯度场的磁场强度通常只有静磁场的几百分之一。梯度场的典型值是0.1G／cm到1G／cm。

第五章磁共振成像77空间分辨力

空间分辨力是指单个组织体素的大小。反映了图像细节的可辨能力。78第五章磁共振成像空间分辨力

每个体素的尺寸是由三个因素决定的，即视野(fieldofview，FOV)、矩阵尺寸和层面厚度。因此通过减小体素，可以提高图像的空间分辨力。在数据采集过程中，层面选择梯度磁场决定了层面厚度d，视野D规定了选择层面的几何尺寸。能够决定每个像素大小的是相位编码和频率编码中的采样个数即矩阵的维数。79第五章磁共振成像低对比度分辨力对比度：MRI有多个成像参数可供选择，每个成像参数均对应有对比度C，图像对比度CI就是相邻组织间的Tl、T2或质子密度ρ的差别在图像上的反映。一般改变图像对比度的方法有两种，其一是改变脉冲序列中的参数，其二是加入造影剂。

80第五章磁共振成像脉冲参数对对比度的影响

信号强度与脉冲序列的参数密切相关，选择适当的参数如TR、TE,可提高图像对比度。

第五章磁共振成像81利用造影剂提高对比度MRI的造影剂与x射线影像的造影剂有本质的不同，它不直接参加成像，只是影响MRI的成像参数。目前的MRI造影剂分为阳性、阴性两类，所谓阳性造影剂是使吸收造影剂的组织获得高信号，而阴性造影剂则相反。第五章磁共振成像利用造影剂提高对比度MRI的造影剂是利用顺磁性物质造成自旋核T1、T2的改变，故称之为顺磁性造影剂。乙烯五胺乙酸(Gadolinium-DTPA)是阳性造影剂的代表，多用于脑组织造影。超顺磁超微氧化铁颗粒(ASG)是阴性造影剂的代表，多用于肝脏造影。83第五章磁共振成像图像质量参数间的相互影响成像的目标是在最短时间内获得准确的、足够的信息。因此，信噪比、对比度、空间分辨力，成像时间是相互制约的。对比度一噪声比是反映噪声影响图像质量的参数，它是两生物组织的信噪比之差，信噪比之差越大，越容易识别。第五章磁共振成像84图像质量参数间的相互影响信噪比和空间分辨力信噪比和空间分辨力第五章磁共振成像85

常见的MRI图像伪影B0不均匀伪影梯度磁场伪影RF脉冲伪影串扰伪影；RF强度空间不均匀伪影；RF噪声运动伪影磁敏感性伪影化学位移伪影混淆伪影（aliasingartifact）第五章磁共振成像86B0不均匀伪影

MRI中，梯度磁场的线性变化是空间定位的基础。B0不均匀会破坏梯度磁场的线性变化，使得空间定位出现错误，以致图像出现不规则变形、扭曲、局部变亮或变暗等现象。第五章磁共振成像87梯度磁场伪影由梯度磁场的非线性变化引起。引起梯度磁场非线性的原因除主磁场不均匀的原因外，主要还有两点：梯度线圈产生的附加磁场总存在一定程度的非线性。梯度线圈产生的附加磁场在进行快速切换时，会在周围的金属结构中感应出涡流电流，这些涡流电流又会产生磁场，从而影响梯度磁场的线性。第五章磁共振成像88RF脉冲伪影（1）－－串扰伪影RF脉冲的频谱不是严格的矩形，有余波，因此RF脉冲对所选断层激励时，相邻层内的自旋核也会受到激励，使邻层的结构串进来。解决措施：相邻层有一定间隔；交叉扫描技术；改善RF脉冲性能。第五章磁共振成像89RF脉冲伪影（2）

－－RF强度空间不均匀伪影

RF脉冲强度在空间不均匀时，会使层面内不同的区域磁化矢量的翻转角存在差异，从而引起图像信号的不均匀。主要出在射频线圈的几何形状和射频衰减上。第五章磁共振成像90RF脉冲伪影（3）－－RF噪声产生原因：外界环境存在的各种射频信号，若其频率和MRI成像中的质子共振频率一致，会明显影响图像质量导致磁共振信号的丢失或背景噪声的增强。解决办法：提高检查室的屏蔽性能，减少外来RF干扰；尽量移走电子设备，减少周围电子设备产生的RF信号干扰；关闭磁体室门，以免外界干扰的进入。第五章磁共振成像91运动伪影（motionartifact）在MRI中，无论是自主性运动还是非自主性运动，都会产生MR信号的定位误差或影响信号的强度。主要出现在相位编码方向，因为引任何梯度磁场方向的运动均会导致相位积累，使得在相位编码梯度磁场作用下得到的MR信号不能准确定位。第五章磁共振成像磁敏感性伪影在MRI中，不同组织