磁共振成像(1)基础入门1.ppt
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1、写在前面磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解,应该检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解,应该逐步熟悉或掌握其知识要点,这对于不同专业都非常重要。逐步熟悉或掌握其知识要点,这对于不同专业都非常重要。本课件分本课件分1-71-7部分,用于临床医学专业本科生选修课教学。部分,用于临床医学专业本科生选修课教学。.磁共振成像 Magnetic Resonance Imaging (基础部分)河北医科大学石油临床学院 影像学教研室 杨景震(注:内有动画设置,浏览时需采用幻灯放映模式)(201
2、4修改版).主要内容磁共振技术的发展及概况简要介绍磁共振成像基本原理及概念磁共振检查方法及临床应用磁共振成像的主要优点及限度如何阅读磁共振图像.l1946 发现磁共振现象 Bloch Purcelll 1971 发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadianl 1973 做出两个充水试管MR图像 Lauterburl 1974 活鼠的MR图像 Lauterbur等l 1976 人体胸部的MR图像 Damadianl 1977 初期的全身MR图像 Mallardl 1980 磁共振装置商品化l 2003 诺贝尔奖金 Lauterbur Mansfierd时间发生事件作者或公司磁共振发展史磁共振发展
3、史.MR成像技术的发展:四个阶段 20世纪70年代中80年代初:初步认识、逐步完善成熟阶段。80年代初90年代初:广泛应用,但仅限于T1T2层面成像。注重于解剖结构及形态的变化。90年代初90年代末:快速发展阶段。检查时间缩短、随着 快速或超快速成像技术的应用,扩散加权、灌注加权、MRA、水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。90年代末21世纪至今天:上述技术不断成熟的同时,有多 种成像方法进入临床应用,并进入磁共振分子影像学阶段。.磁共振设备按照场强分为:低场强、中场强、高场强、超高场强0.4T以下0.5-1.0T1.5-3.0T7.0T以上磁体类型:永磁型、超导型(也有将3.0T列
4、为超高场强).特斯拉(特斯拉(特斯拉(特斯拉(Tesla,TTesla,T)Nikola Tesla(1857-Nikola Tesla(1857-1943),1943),奥地利电器工程奥地利电器工程奥地利电器工程奥地利电器工程师,物理学家,旋转磁师,物理学家,旋转磁师,物理学家,旋转磁师,物理学家,旋转磁场原理及其应用的先驱场原理及其应用的先驱场原理及其应用的先驱场原理及其应用的先驱者之一。者之一。者之一。者之一。1 T=10000G(高斯).Raymond Damadian与第一台MRI装置(1977).MRI基本原理基本原理.普通CT成像示意图.螺旋CT原理示意图.磁共振没有射线.实现人
5、体磁共振成像的条件:l利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子,它是人体内最多的物质。H核只含一个质子不含中子,最不稳定,最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象。l有一个稳定的静磁场(磁体):永磁型、超导型 0.15-0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T或以上。l梯度场和射频场:前者用于空间编码和选层,后者施加特定频率的射频脉冲,使之形成磁共振现象。l信号接收装置:各种线圈。l计算机系统:完成信号采集、传输、图像重建、后处理等。.磁共振成像的过程:lH核子自然状态:磁矩和角动量互相抵消,人体不显磁性。l外加磁场中H核子状态:人体处于轻度磁化状态,在顺逆主磁场方向的两种排列方式中,
6、顺向者多,磁矢量经正负方向相互抵消后,保留7百万的H核子用于MR信号接收,这些顺向排列(低能态)形成的磁矢量联合形成总磁矩 M,并与静磁场(B0)方向相同。l施加射频(RF)脉冲后H核子状态:外加一个与主磁场成一定角度(90度)的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同,则H核子受到激励,由原来的低能态跃迁到高能态,形成了H核子“共振”现象。l射频(RF)脉冲停止后H核子状态:射频脉冲停止,接受到能量后的“高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁化消退,纵向磁化恢复。.人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。自然状态下,H核进动杂乱无章,磁性相互抵消。按照单一核子进动
7、原理,质子群在静磁场中形成的宏观磁化矢量M。zMZx进入静磁场后,H核磁矩发生规律性排列(正负方向),正负方向的磁矢量相互抵消后,少数正向排列(低能态)的H核合成总磁化矢量M,即为MR信号基础。y.zyyxB0 xMXYAB在 A-B 这一过程中,产生能量zB0MZ代表主磁场的方向90度对对Mz施加施加90度的射频脉冲度的射频脉冲.B0C射频脉冲激发使磁场偏转射频脉冲激发使磁场偏转90度,度,关闭脉冲关闭脉冲后,磁场又慢慢回到平衡状态后,磁场又慢慢回到平衡状态(纵向(纵向).Relaxation弛豫弛豫放松、休息放松、休息脉冲停止后,发生了一种物理学现象:弛豫脉冲停止后,发生了一种物理学现象:
8、弛豫.射射频频脉脉冲冲停停止止后后,在在主主磁磁场场的的作作用用下下,横横向向宏宏观观磁磁化化矢矢量量逐逐渐渐缩缩小小到到零零,纵纵向向宏宏观观磁磁化化矢矢量量从从零零逐逐渐渐回回到到平平衡衡状状态态,这这个个过过程程称称为为核磁弛豫核磁弛豫。核磁弛豫又可分解为两个部分:核磁弛豫又可分解为两个部分:横向弛豫横向弛豫 纵向弛豫纵向弛豫.不同组织的不同组织的不同组织的不同组织的横横横横、纵纵纵纵向向向向弛豫时间不同弛豫时间不同弛豫时间不同弛豫时间不同(T2T2、T1T1值不同)值不同)值不同)值不同)T2弛豫T1弛豫很容易发现:很容易发现:.横向弛豫横向弛豫 也称为也称为也称为也称为T2T2弛豫弛
9、豫弛豫弛豫,简单地说,简单地说,简单地说,简单地说,T2T2弛豫就是横向磁弛豫就是横向磁弛豫就是横向磁弛豫就是横向磁化矢量减少的过化矢量减少的过化矢量减少的过化矢量减少的过程程程程。9090度脉冲度脉冲度脉冲度脉冲.横向磁化矢量横向磁化矢量的缩短即是的缩短即是相相位散失位散失的过程的过程.T T2 2WIWI平平衡衡状状态态90度度激激发发后后采采集集信信号号时时刻刻脑脑水水T2WI两种组织的信号差别两种组织的信号差别是这样获得的是这样获得的采集时.T2弛豫:减少到弛豫:减少到37%的时间,的时间,以脑灰质与脑脊液为例。以脑灰质与脑脊液为例。脑灰质T2弛豫相对较短,又称短T2较低信号;脑脊液T
10、2弛豫长,又称长T2高信号;.纵向弛豫纵向弛豫也称为也称为T1弛豫弛豫,是指,是指90度脉冲关闭后,在主度脉冲关闭后,在主磁场的作用下,磁场的作用下,纵向磁化矢量开始恢复,直纵向磁化矢量开始恢复,直至恢复到平衡状态的过程至恢复到平衡状态的过程。9090度度度度脉冲脉冲脉冲脉冲.T1WI脂脂水水平平衡衡状状态态90纵纵向向弛弛豫豫90采集时T1WI两种组织的信号差别两种组织的信号差别是这样获得的是这样获得的.T1弛豫:到达弛豫:到达63%的时间,以的时间,以脂肪与脑脊液为例脂肪与脑脊液为例脂肪T1弛豫短,又称短T1高信号;脑脊液T1弛豫长,又称长T1低信号;.MRMR只能采集旋转的横向磁化矢量只
11、能采集旋转的横向磁化矢量只能采集旋转的横向磁化矢量只能采集旋转的横向磁化矢量 MRMRMRMR不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到不能检测到纵向磁化矢量,但能检测到旋转旋转旋转旋转的横向磁化矢量的横向磁化矢量的横向磁化矢量的横向磁化矢量在任何序列图像上,信号采集时刻在任何序列图像上,信号采集时刻在任何序列图像上,信号采集时刻在任何序列图像上,信号采集时刻旋转横向的磁化矢旋转横向的磁化矢旋转横向的磁化矢旋转横向的磁化矢量越大量越大量越大量越大,MRMR信号越强信号越强信号越强信号越强.人体进入磁场磁化施加射频脉冲、H核磁矩发生90
12、偏转,产生能量射频脉冲停止、弛豫过程开始,释放所产生的能量(形成MR 信号)信号接收系统计算机系统 在弛豫过程中,涉及到2个时间常数:纵向弛豫时间常数T1;横向弛 豫时间常数T2 加权(weighted)的概念:MR成像过程中,T1、T2 2弛豫二者同时存在,只是在某一时间内所占的比重不同。如果选择突出纵向(T1)弛豫特征的 扫描参数(脉冲重复时间和回波时间,以毫秒计)用来采集图像,即可得 到反映以T1弛豫为主的图像,当然其中仍有少量T2弛豫成分,因是以T1 1 弛豫为主,故称为T1加权像(weighted Imaging WI)。如果选择突出横 向(T2)弛豫特征的扫描参数采集图像 加权或称
13、权重,有侧重、为主的意思 因为人体各种组织如肌肉、脂肪、体液等,各自都具有不同的T1和T2弛豫 时间值,所以形成的信号强度各异,因此可得到黑白不同灰度的图像.磁共振常规检查图像的特点T T1 1加权像、加权像、T T2 2加权像、质子加权像加权像、质子加权像SE序列各加权像的参数匹配加权成像 TR(ms)TE(ms)T1WI 短(500)短(30)T2WI 长(2000)长(60)PdWI 长(2000)短(30)加权像(weighted imaging).T2weighted imaging,T2WIT1weighted imaging,T1WI.MR为层面成像、成像参数多、任意多方位直接成
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