磁共振成像原理學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1磁共振成像原理磁共振成像原理(yunl)第一頁，共174頁。GE 1.5T MRIGE 2.0T OPEN MRI磁共振成像磁共振成像Magnetic resonance imaging, MRI第1頁/共173頁第二頁，共174頁。磁共振成像磁共振成像Magnetic resonance imaging, MRI第2頁/共173頁第三頁，共174頁。T1 Weighted sliceT2 Weighted slice磁共振成像磁共振成像Magnetic resonance imaging, MRI第3頁/共173頁第四頁，共174頁。第4頁/共173頁第五頁，共174頁。第5頁/共1

2、73頁第六頁，共174頁。原子核及其磁特性原子核及其磁特性(txng)一.一. 原子核的一般特性原子核的一般特性二.二. 同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不三.三. 同的核構(gòu)成的元素同的核構(gòu)成的元素四.四. H有三種同位素：有三種同位素：五.五. 只有質(zhì)子，沒有中子只有質(zhì)子，沒有中子六.六. 臨床臨床(ln chun)MRI主要原子核主要原子核第6頁/共173頁第七頁，共174頁。自旋（自旋（spin)MRI基礎(chǔ)基礎(chǔ) 自旋角動量自旋角動量 大小大小原子核、原子核、 質(zhì)子質(zhì)子(zhz)、中、中子數(shù)子數(shù) 方向方向自旋軸自旋軸第7頁/共173頁第八頁，共174頁。自旋磁矩自旋磁

3、矩 原子核自旋運動產(chǎn)生的微觀磁場原子核自旋運動產(chǎn)生的微觀磁場(cchng) 磁旋比，磁矩與角動量之比磁旋比，磁矩與角動量之比 約化普朗克常數(shù)約化普朗克常數(shù) 第8頁/共173頁第九頁，共174頁。凈自旋凈自旋 只有奇數(shù)質(zhì)子只有奇數(shù)質(zhì)子(zhz)或奇數(shù)中子數(shù)或奇數(shù)中子數(shù)的原的原 子核產(chǎn)生的自旋磁矩子核產(chǎn)生的自旋磁矩 泡利不相容原理：泡利不相容原理： 原子核內(nèi)成對質(zhì)子原子核內(nèi)成對質(zhì)子(zhz)或中子或中子的自旋的自旋 相互抵消相互抵消第9頁/共173頁第十頁，共174頁。第10頁/共173頁第十一頁，共174頁。第11頁/共173頁第十二頁，共174頁。第一節(jié)：磁共振現(xiàn)象第一節(jié)：磁共振現(xiàn)象(xinx

4、ing)一、旋進(jìn)一、旋進(jìn) （precession)：角動量受到一個：角動量受到一個(y )與之垂直的力矩的作用，角與之垂直的力矩的作用，角動量矢量沿一圓周轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。動量矢量沿一圓周轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。為進(jìn)動角速度（反映旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的快慢），T為力矩(l j)，L為角動量（反映旋轉(zhuǎn)的快慢）。第12頁/共173頁第十三頁，共174頁。 自旋在磁場自旋在磁場(cchng)中的運動中的運動1.進(jìn)動進(jìn)動第13頁/共173頁第十四頁，共174頁。1、核的自旋磁矩、核的自旋磁矩磁場對磁體(ct)的作用磁矩可以理解為由于電荷轉(zhuǎn)動形成的小磁體磁性的強弱，顯然(xinrn)其與電荷轉(zhuǎn)動的角動量有關(guān)，同時與電荷的大小有關(guān)。

5、第14頁/共173頁第十五頁，共174頁。2、自旋質(zhì)子在磁場、自旋質(zhì)子在磁場(cchng)中的旋進(jìn)中的旋進(jìn)量子力學(xué)告訴我們，質(zhì)子在磁場(cchng)中形成定態(tài)時，有如圖所示的兩種狀態(tài)。這兩種狀態(tài)的能量不同。這稱為自旋核能級在外磁場(cchng)中的劈裂。第15頁/共173頁第十六頁，共174頁。無外加磁場(cchng)時自旋的運動第16頁/共173頁第十七頁，共174頁。 磁化：磁場中樣體在外磁場作用下，在磁化：磁場中樣體在外磁場作用下，在 磁場方向上產(chǎn)生磁性的過程。磁場方向上產(chǎn)生磁性的過程。 大小用磁化強度大小用磁化強度m表示表示 磁化率磁化率 ：樣體在磁場中被磁化產(chǎn)生磁：樣體在磁場中被磁化

6、產(chǎn)生磁 化的能力化的能力(nngl)。（磁敏感。（磁敏感性）性） 磁化強度來源：原子核自旋磁矩磁化強度來源：原子核自旋磁矩 核外電子分布核外電子分布*第17頁/共173頁第十八頁，共174頁。自旋核磁矩在外加(wiji)磁場中能量第18頁/共173頁第十九頁，共174頁。自旋(z xun)核的能級第19頁/共173頁第二十頁，共174頁。自旋(z xun)核的能級第20頁/共173頁第二十一頁，共174頁。量子化量子化自旋系統(tǒng)在外磁場作用自旋系統(tǒng)在外磁場作用(zuyng)下趨于下趨于磁場方向磁場方向 兩種能態(tài)：兩種能態(tài)： 上旋上旋平行于磁場方向的核磁矩平行于磁場方向的核磁矩 低能態(tài)低能態(tài) E（

7、+1/2） 下旋下旋反向磁場方向的核磁矩反向磁場方向的核磁矩 高能態(tài)高能態(tài) E（-1/2）第21頁/共173頁第二十二頁，共174頁。磁場(cchng)對自旋的量子化作用第22頁/共173頁第二十三頁，共174頁。The Effect of Irradiation to the Spin SystemLowerHigher第23頁/共173頁第二十四頁，共174頁。Spin System After Irradiation第24頁/共173頁第二十五頁，共174頁。 兩種能態(tài)自旋粒子分布服從波爾茲曼分公式兩種能態(tài)自旋粒子分布服從波爾茲曼分公式(gngsh) H :下旋態(tài)下旋態(tài),上旋態(tài)上旋態(tài) k

8、波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，1.3810-23Jk-1 T絕對溫度絕對溫度 兩種能態(tài)自旋粒子兩種能態(tài)自旋粒子(lz)分布分布第25頁/共173頁第二十六頁，共174頁。兩種能態(tài)自旋粒子兩種能態(tài)自旋粒子(lz)分布分布第26頁/共173頁第二十七頁，共174頁。兩種能態(tài)自旋兩種能態(tài)自旋(z xun)粒子分布粒子分布第27頁/共173頁第二十八頁，共174頁。兩種能態(tài)自旋粒子兩種能態(tài)自旋粒子(lz)分布分布第28頁/共173頁第二十九頁，共174頁。兩種能態(tài)自旋粒子兩種能態(tài)自旋粒子(lz)分布分布第29頁/共173頁第三十頁，共174頁。兩種能態(tài)自旋粒子兩種能態(tài)自旋粒子(lz)分布分布第30頁/共

9、173頁第三十一頁，共174頁。兩種能態(tài)自旋粒子兩種能態(tài)自旋粒子(lz)分布分布第31頁/共173頁第三十二頁，共174頁。原子核系的靜磁學(xué)原子核系的靜磁學(xué)第32頁/共173頁第三十三頁，共174頁。原子核系的靜磁學(xué)原子核系的靜磁學(xué)第33頁/共173頁第三十四頁，共174頁。原子核系的靜磁學(xué)原子核系的靜磁學(xué)第34頁/共173頁第三十五頁，共174頁。第35頁/共173頁第三十六頁，共174頁。第36頁/共173頁第三十七頁，共174頁。剩余剩余(shngy)自旋與凈磁化自旋與凈磁化剩余剩余(shngy)自旋：平衡磁場中上旋態(tài)自旋：平衡磁場中上旋態(tài)核磁核磁 矩與下旋態(tài)核磁矩之差矩與下旋態(tài)核磁矩之

10、差凈磁化：平行于磁場方向由剩余凈磁化：平行于磁場方向由剩余(shngy)自自 旋產(chǎn)生的磁化矢量（宏觀旋產(chǎn)生的磁化矢量（宏觀 磁化矢量）磁化矢量）第37頁/共173頁第三十八頁，共174頁。凈磁化凈磁化(chu)的產(chǎn)生的產(chǎn)生第38頁/共173頁第三十九頁，共174頁。影響凈磁化矢量的因素影響凈磁化矢量的因素 凈磁化矢量凈磁化矢量M：由于自旋的量子化分布，：由于自旋的量子化分布，平平 衡態(tài)樣體在磁力線方向上衡態(tài)樣體在磁力線方向上形形 成的穩(wěn)定磁化矢量。成的穩(wěn)定磁化矢量。 M=B0N/T 常數(shù)常數(shù) B0磁場強度磁場強度(cchng qingd) N單位體積樣體質(zhì)子數(shù)（組織質(zhì)子密度單位體積樣體質(zhì)子數(shù)（

11、組織質(zhì)子密度） T絕對溫度絕對溫度第39頁/共173頁第四十頁，共174頁。核磁矩核磁矩在凈磁場在凈磁場0作用下作用下 產(chǎn)生產(chǎn)生(chnshng)力矩力矩 = 0核磁矩對時間的變化率核磁矩對時間的變化率 第40頁/共173頁第四十一頁，共174頁。 核磁矩核磁矩在凈磁場在凈磁場0中的運動中的運動 磁矩分解為磁矩分解為Z軸、軸、X-Y平面矢量平面矢量(shling) 旋進(jìn)過程中旋進(jìn)過程中Z軸矢量軸矢量(shling)方向不方向不變變 X-Y平面矢量平面矢量(shling)繞繞Z軸方向不斷軸方向不斷變化變化 X-Y平面矢量平面矢量(shling)相位隨機(jī)相位隨機(jī) 不形成宏觀磁化矢量不形成宏觀磁化矢

12、量(shling) 第41頁/共173頁第四十二頁，共174頁。 進(jìn)動(jn dn)時核磁矩各分量的運動第42頁/共173頁第四十三頁，共174頁。 在靜磁場中，核磁矩圍繞在靜磁場中，核磁矩圍繞(wiro)0進(jìn)動，運動軌跡為圓錐進(jìn)動，運動軌跡為圓錐進(jìn)動的特征頻率進(jìn)動的特征頻率拉莫頻率拉莫頻率0 (Larmor frequency) 0=0拉莫進(jìn)動拉莫進(jìn)動核磁矩的進(jìn)動核磁矩的進(jìn)動0取決于：原子核種類取決于：原子核種類 外加磁場強度外加磁場強度第43頁/共173頁第四十四頁，共174頁。第44頁/共173頁第四十五頁，共174頁。第45頁/共173頁第四十六頁，共174頁。第46頁/共173頁第四

13、十七頁，共174頁。二、磁共振現(xiàn)象二、磁共振現(xiàn)象(xinxing) 分子、原子或原子核能級在外磁場中劈裂后，當(dāng)外界電磁場（電磁波）的頻率適當(dāng)（光子能量適當(dāng)）時，處于低能態(tài)的分子、原子或原子核等吸收(xshu)電磁波的能量躍遷至高能態(tài)，這種現(xiàn)象稱為磁共振現(xiàn)象。第47頁/共173頁第四十八頁，共174頁。第48頁/共173頁第四十九頁，共174頁。核磁共振NMR的條件 原子核在進(jìn)動中吸收外界能量產(chǎn)生能級(nngj)躍遷現(xiàn)象 外界能量 短射頻脈沖激發(fā)源 射頻磁場RF 自旋磁矩在主磁場中進(jìn)動.第49頁/共173頁第五十頁，共174頁。核磁共振NMR的條件射頻脈沖頻率必須與磁場(cchng)中自旋磁矩的

14、旋進(jìn)頻率相同，與宏觀磁化M的固有頻率相同，與質(zhì)子的拉莫頻率相同。射頻對自旋系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，在RF激發(fā)下，宏觀磁化矢量產(chǎn)生共振NMR。第50頁/共173頁第五十一頁，共174頁。三、磁共振的宏觀三、磁共振的宏觀(hnggun)描述描述1、磁化現(xiàn)象：作為宏觀物體，包含大、磁化現(xiàn)象：作為宏觀物體，包含大量的自旋磁矩，即大量的微小磁體，量的自旋磁矩，即大量的微小磁體，但是，一般物體并不對外顯磁性，是但是，一般物體并不對外顯磁性，是由于這些由于這些(zhxi)小磁體雜亂無章的小磁體雜亂無章的排列，磁性相互抵消，對外不顯磁性排列，磁性相互抵消，對外不顯磁性。在外磁場的作用下，這些。在外磁場的作用下

15、，這些(zhxi)磁矩有沿外磁場排列的趨勢，從而對磁矩有沿外磁場排列的趨勢，從而對外顯磁性，這就是我們熟知的磁化現(xiàn)外顯磁性，這就是我們熟知的磁化現(xiàn)象。象。B第51頁/共173頁第五十二頁，共174頁。激發(fā)激發(fā)射頻磁場射頻磁場(cchng)對自旋系統(tǒng)對自旋系統(tǒng)的作用的作用 過程過程核磁共振核磁共振原子核自旋系統(tǒng)吸收相原子核自旋系統(tǒng)吸收相同頻率的射頻磁場同頻率的射頻磁場(cchng)能量而能量而從平衡態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過程從平衡態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過程系統(tǒng)激發(fā)后特征：系統(tǒng)激發(fā)后特征： MZ v2進(jìn)動頻率進(jìn)動頻率 v1進(jìn)動頻率進(jìn)動頻率第108頁/共173頁第一百零九頁，共174頁。相位相位(xingwi)編碼

16、數(shù)學(xué)原理編碼數(shù)學(xué)原理3、進(jìn)動頻率不同導(dǎo)致、進(jìn)動頻率不同導(dǎo)致(dozh)進(jìn)動相位進(jìn)動相位不同不同 相位編碼梯度持續(xù)時間相位編碼梯度持續(xù)時間ty ty時間后各體素的進(jìn)動相位時間后各體素的進(jìn)動相位y y=ytv= (B0+yGy) tv 相位差相位差 y= yGytv= y y tv第109頁/共173頁第一百一十頁，共174頁。 Gy 對相位對相位(xingwi)的作用的作用第110頁/共173頁第一百一十一頁，共174頁。4、 t=ty時刻，相位編碼梯度時刻，相位編碼梯度(t d)關(guān)斷關(guān)斷 各體素再次置于相同的外磁場：各體素再次置于相同的外磁場：進(jìn)動頻率恢復(fù)進(jìn)動頻率恢復(fù)Gy作用前數(shù)值作用前數(shù)值G

17、y誘發(fā)的進(jìn)動相位差保留誘發(fā)的進(jìn)動相位差保留相位記憶相位記憶相位相位(xingwi)編碼數(shù)學(xué)原理編碼數(shù)學(xué)原理第111頁/共173頁第一百一十二頁，共174頁。3、頻率編碼：在相位編碼結(jié)速后，沿、頻率編碼：在相位編碼結(jié)速后，沿X軸方向加一梯度軸方向加一梯度(t d)磁場磁場GX，從而使不同，從而使不同X坐標(biāo)的坐標(biāo)的自旋磁矩的進(jìn)動頻率不一樣，進(jìn)而依據(jù)這種進(jìn)動頻率的差異來確定自旋磁矩的進(jìn)動頻率不一樣，進(jìn)而依據(jù)這種進(jìn)動頻率的差異來確定X坐標(biāo)。稱為頻率編碼。坐標(biāo)。稱為頻率編碼。通過空間編碼以后，不同體素發(fā)射的MR信號頻率、相位、相位變化率不同，依據(jù)這些(zhxi)信息和信號強度可正確地重建圖像。第112頁

18、/共173頁第一百一十三頁，共174頁。沿沿x軸方向施加軸方向施加x梯度梯度Gx；與；與y軸平行的各軸平行的各列體素的進(jìn)動頻率列體素的進(jìn)動頻率x為為 x= (B0+xGx)x是是x的函數(shù)，不同的的函數(shù)，不同的x決定了不同的進(jìn)決定了不同的進(jìn)動頻率動頻率所接受的信號中已包含有體素的空間所接受的信號中已包含有體素的空間(kngjin)位置信息位置信息頻率頻率(pnl)編碼數(shù)學(xué)原理編碼數(shù)學(xué)原理第113頁/共173頁第一百一十四頁，共174頁。頻率頻率(pnl)編碼數(shù)學(xué)原理編碼數(shù)學(xué)原理第114頁/共173頁第一百一十五頁，共174頁。 頻率編碼梯度一般只在頻率編碼梯度一般只在NMR信號出現(xiàn)時施信號出現(xiàn)時

19、施加，所以又被稱為讀出梯度或測量加，所以又被稱為讀出梯度或測量(cling)梯度。梯度。 每個測量每個測量(cling)周期的頻率編碼脈沖均周期的頻率編碼脈沖均相同。相同。頻率頻率(pnl)編碼基本特征編碼基本特征第115頁/共173頁第一百一十六頁，共174頁。頻率頻率(pnl)編碼信號特征編碼信號特征第116頁/共173頁第一百一十七頁，共174頁。頻率編碼頻率編碼(bin m)信號特征信號特征第117頁/共173頁第一百一十八頁，共174頁。三、磁共振成像系統(tǒng)(xtng)1、磁場系統(tǒng)：（1）靜磁場：是核心部鍵，要求磁場強度大，1T，且要求均勻度高，常用超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生(chnshng)，維

20、護(hù)費用高。也是磁共振系統(tǒng)的關(guān)鍵部鍵。（2）梯度磁場（3個）：是空間編碼磁場，比靜磁場小得多，約百分之一。2、射頻(sh pn)率系統(tǒng)：由射頻(sh pn)發(fā)生器，射頻(sh pn)接收器，控制系統(tǒng)組成。3、圖像重建系統(tǒng)：核心是計算機(jī)處理系統(tǒng)。第118頁/共173頁第一百一十九頁，共174頁。處于靜磁場(cchng)的成像物體用Z軸方向的梯度(t d)磁場選擇層面用X軸方向的梯度磁場頻率(pnl)編碼用Y軸方向的梯度磁場相位編碼信號采集信號處理，得到數(shù)字圖像層面圖像顯示磁共振成像過程框圖磁共振成像過程框圖第119頁/共173頁第一百二十頁，共174頁。磁共振成像過程磁共振成像過程(guchng)

21、1、梯度周期、梯度周期(zhuq)與成與成像時序像時序第120頁/共173頁第一百二十一頁，共174頁。第121頁/共173頁第一百二十二頁，共174頁。1、t=0時刻時刻Gz開啟；同時產(chǎn)生開啟；同時產(chǎn)生90射頻脈沖射頻脈沖 激勵限制在激勵限制在Gz所決定的特定所決定的特定(tdng)平面內(nèi)平面內(nèi)； 受激層面宏觀磁化矢量受激層面宏觀磁化矢量M倒向倒向xoy面面2、t=t1時刻時刻Gz關(guān)斷；相位編碼梯度關(guān)斷；相位編碼梯度Gy加入加入 t1t2 Gz持續(xù)時間；持續(xù)時間； 相位編碼梯度脈寬相位編碼梯度脈寬 ty=t2-t1 FID信號出現(xiàn)，但暫不檢測信號出現(xiàn)，但暫不檢測 ty稱為預(yù)備期稱為預(yù)備期第1

22、22頁/共173頁第一百二十三頁，共174頁。3、t=t2時刻，時刻，Gy關(guān)斷，關(guān)斷，Gz再一次開啟再一次開啟 限制限制180重聚焦脈沖重聚焦脈沖(michng)僅作僅作用于既定層面用于既定層面4、t=t3 時刻，頻率編碼梯度時刻，頻率編碼梯度Gx出現(xiàn)出現(xiàn) t3t5 Gx持續(xù)時間；持續(xù)時間； 采樣從回波信號的峰值開始采樣從回波信號的峰值開始 檢測期檢測期 Gx的脈寬的脈寬tx=t5- t3第123頁/共173頁第一百二十四頁，共174頁。5、t5t6延遲時間延遲時間 等待宏觀磁化矢量等待宏觀磁化矢量Mz恢復(fù)至其穩(wěn)態(tài)值恢復(fù)至其穩(wěn)態(tài)值M0; 為下一次掃描做準(zhǔn)備為下一次掃描做準(zhǔn)備 t0t6重復(fù)時間重

23、復(fù)時間TR，反映每個掃，反映每個掃 描周期描周期(zhuq)的長短的長短 t0t4回波時間回波時間TE第124頁/共173頁第一百二十五頁，共174頁。 2、 MRI圖像圖像(t xin)重建過程重建過程第125頁/共173頁第一百二十六頁，共174頁。 2、 MRI圖像重建圖像重建(zhn jin)過程過程第126頁/共173頁第一百二十七頁，共174頁。第127頁/共173頁第一百二十八頁，共174頁。Gradient Magnetic FieldGradient coils generate spatially varying magnetic field so that spins a

24、t different location precess at frequencies unique to their location, allowing us to reconstruct 2D or 3D images.X gradient Y gradient Z gradientxyzxzzxyy第128頁/共173頁第一百二十九頁，共174頁。A Simple Example of Spatial Encodingw/o encodingw/ encodingConstantMagnetic FieldVaryingMagnetic Field第129頁/共173頁第一百三十頁，共

25、174頁。Spatial Decoding of the MR SignalFrequencyDecomposition第130頁/共173頁第一百三十一頁，共174頁。應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)專用的圖像處理計算機(jī)（圖像專用的圖像處理計算機(jī)（圖像處理器）中進(jìn)行圖像重建處理器）中進(jìn)行圖像重建 2DFT成像方法中，圖像重建所進(jìn)行的運算主成像方法中，圖像重建所進(jìn)行的運算主要是快速傅里葉變換要是快速傅里葉變換(FFT，the fast Fourier transform).FFT包括行和列兩個方向，運算量極大包括行和列兩個方向，運算量極大FFT的快慢，基本上決定著圖像重建的速度的快慢，基本上決定著圖像

26、重建的速度3、圖像、圖像(t xin)重建重建第131頁/共173頁第一百三十二頁，共174頁。 每幅圖像對應(yīng)每幅圖像對應(yīng)(duyng)兩個原始數(shù)據(jù)矩陣：兩個原始數(shù)據(jù)矩陣： 信號的實部矩陣，信號的虛部矩陣信號的實部矩陣，信號的虛部矩陣實部和虛部矩實部和虛部矩陣陣(j zhn)送入傅里葉變送入傅里葉變換器換器行和列兩個行和列兩個方向快速方向快速(kui s)傅里葉變換傅里葉變換還原出帶有還原出帶有定位信息的定位信息的實部和虛部實部和虛部圖像矩陣圖像矩陣圖像處理器圖像處理器對兩個矩陣對兩個矩陣的對應(yīng)點取的對應(yīng)點取模模得出一個新矩陣（得出一個新矩陣（模矩陣，行和列數(shù)模矩陣，行和列數(shù)分別為分別為L L

27、和和C C）模矩陣中元素值大模矩陣中元素值大小正比于每個體素小正比于每個體素NMRNMR信號強度信號強度以其作為亮度值以其作為亮度值得出所需的圖像得出所需的圖像第132頁/共173頁第一百三十三頁，共174頁。第133頁/共173頁第一百三十四頁，共174頁。第三節(jié)：磁共振成像的質(zhì)量第三節(jié)：磁共振成像的質(zhì)量(zhling)控制控制一、信噪比：正確(zhngqu)信號與噪聲信號之比。影響因素主要(zhyo)有：能級劈裂間距（由磁場大小決定），體素大小，自旋核密度，T2，接收線圈形狀，樣品和線圈的溫度等。增大V可提高信噪比，但會降低空間分辨力。增加磁場強度可提高信噪比，對磁場的要求高，同時會增加R

28、F能量，人體劑量增加。第134頁/共173頁第一百三十五頁，共174頁。二、均勻度：主要由靜磁場B0的均勻度決定，因為(yn wi)人體內(nèi)的磁環(huán)境相差很小，靜磁場很小的不均勻度將掩蓋這種差異。靜磁場的不均勻性要求在百萬分之幾。三、線性度：決定于梯度(t d)磁場的線性度。四、空間分辨力：指單個體素的大小，主要由三個梯度(t d)磁場的梯度(t d)和靜磁場及檢測器對頻率差異的區(qū)分能力決定。五、對比度。核磁共振圖像有三種加權(quán)圖像，根據(jù)具體情形可以選擇適當(dāng)?shù)募訖?quán)圖像，以氫核為例，由于除骨外，人體其他組織的含水量差別并不大，即加權(quán)圖像的對比度并不大，但病變組織和正常組織T1，T2的差別大，因此可以用

29、T1或T2加權(quán)圖像。在需要時，可以用造影劑來增加對比度。第135頁/共173頁第一百三十六頁，共174頁。討論：磁共振成像的優(yōu)缺點。優(yōu)點(yudin)：多個參數(shù)成像，診斷信息豐富；無電離輻射，安全；組織分辨力強；容易觀察心臟和血管系統(tǒng)（不需造影劑）；掃描（切層）靈活。缺點：掃描時間長，空間分辨力不理想。第136頁/共173頁第一百三十七頁，共174頁。第四節(jié)：脈沖序列構(gòu)成第四節(jié)：脈沖序列構(gòu)成(guchng) 磁共振成像的脈沖序列是各種參數(shù)磁共振成像的脈沖序列是各種參數(shù)測量技術(shù)的總稱。測量技術(shù)的總稱。 質(zhì)子密度、質(zhì)子密度、T1、 T2弛豫時間以及流動效應(yīng)等都是組織的弛豫時間以及流動效應(yīng)等都是組織

30、的本征參數(shù)，通過它們可以推知組織結(jié)構(gòu)本征參數(shù)，通過它們可以推知組織結(jié)構(gòu)甚至功能甚至功能(gngnng)狀態(tài)。狀態(tài)。第137頁/共173頁第一百三十八頁，共174頁。在MR中參數(shù)測量通過對90或180射頻脈沖及梯度脈沖的適當(dāng)編排(binpi)實現(xiàn)。脈沖的幅度、寬度、間隔時間、施加(shji)順序直接影響信號的產(chǎn)生和空間編碼。第138頁/共173頁第一百三十九頁，共174頁。 MRI信號強度取決于多參數(shù)，多因素(yn s)對信號的貢獻(xiàn)可由RF脈沖的大?。ㄐ螤?、梯度脈沖的幅值及寬度、數(shù)據(jù)采集時間等控制。脈沖序列設(shè)置(shzh)射頻脈沖、梯度脈沖順序(shnx)設(shè)置脈沖參數(shù)、時序設(shè)置第139頁/共1

31、73頁第一百四十頁，共174頁。 具有一定帶寬、一定幅度的射頻脈沖與梯度脈沖的有機(jī)組合 典型MRI序列由自旋準(zhǔn)備和信號產(chǎn)生(chnshng)兩個功能單元組成1、脈沖序列構(gòu)成、脈沖序列構(gòu)成(guchng)第140頁/共173頁第一百四十一頁，共174頁。2、脈沖序列分類(fn li) 按檢測信號類型分 直接測定FID信號的序列 測定自旋回波的序列 測定梯度回波的序列 按序列用途分 通用序列人體組織正常(zhngchng)成像 專用序列心臟電影、脂肪抑制序列等 按成像速度分 快速成像序列，普通序列翻轉(zhuǎn)(fn zhun)恢復(fù)序列飽和恢復(fù)序列第141頁/共173頁第一百四十二頁，共174頁。3、脈沖序

32、列參數(shù)(cnsh)的定義一.時間(shjin)參數(shù)1.重復(fù)時間(shjin)（TR)-脈沖序列執(zhí)行一遍所需時間(shjin)第142頁/共173頁第一百四十三頁，共174頁。2.回波時間（回波時間（TE) 從第一個從第一個RF脈沖到回波信號產(chǎn)生所需時間脈沖到回波信號產(chǎn)生所需時間 多回波序列中多回波序列中 在自旋回波和梯度回波序列中在自旋回波和梯度回波序列中TE和和TR共同共同(gngtng)決定圖像的對比度決定圖像的對比度RF脈沖到第一個回波脈沖到第一個回波(hu b)信號產(chǎn)生信號產(chǎn)生所需時間稱所需時間稱TE1RF脈沖脈沖(michng)到第二個回波信號產(chǎn)生到第二個回波信號產(chǎn)生所需時間稱所需時

33、間稱TE2第143頁/共173頁第一百四十四頁，共174頁。3.反轉(zhuǎn)時間反轉(zhuǎn)時間(shjin)（TI,invertion time) 在反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列中，在反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列中，180反轉(zhuǎn)脈沖與反轉(zhuǎn)脈沖與90激勵脈激勵脈沖之間的時間沖之間的時間(shjin)間隔。間隔。 檢測對象檢測對象組織組織T1特性特性 根據(jù)臨床需要進(jìn)行選擇根據(jù)臨床需要進(jìn)行選擇TI對脂肪信號實施壓制(yzh)時短TI掃描辨別(binbi)腦灰質(zhì)和腦白質(zhì)時取長TI第144頁/共173頁第一百四十五頁，共174頁。4、快速、快速(kui s)成像序成像序列的參數(shù)列的參數(shù)1. 回波鏈長度（回波鏈長度（ETL,echo train len

34、gth) 掃描層中每個掃描層中每個TR時間時間(shjin)內(nèi)用不同的相位編內(nèi)用不同的相位編碼來采樣的回波數(shù)碼來采樣的回波數(shù)第145頁/共173頁第一百四十六頁，共174頁。2.回波間隔時間（回波間隔時間（ETS,echo train spacing ) 快速自旋回波序列回波鏈中相鄰兩個回波之間的時快速自旋回波序列回波鏈中相鄰兩個回波之間的時間間隔。決定序列回波時間長短，圖像對比度。間間隔。決定序列回波時間長短，圖像對比度。3.有效回波時間（有效回波時間（ETE,effective echo time) 在最終圖像上反映出來的回波時間。當(dāng)相位在最終圖像上反映出來的回波時間。當(dāng)相位(xingwi

35、)編碼梯度幅度為零或零附近時，所采信編碼梯度幅度為零或零附近時，所采信號的回波時間。影響圖像對比度。號的回波時間。影響圖像對比度。第146頁/共173頁第一百四十七頁，共174頁。5、圖像(t xin)對比度與加權(quán)一一.T1值和值和T1圖像圖像(t xin)對比度對比度 兩種組織兩種組織(zzh)的縱向弛豫的縱向弛豫曲線曲線T1圖像對比度的形成圖像對比度的形成第147頁/共173頁第一百四十八頁，共174頁。二二.T2值和值和T2圖像圖像(t xin)對比度對比度T2圖像圖像(t xin)對比度的形對比度的形成成t=TE時獲得最大圖像(t xin)對比第148頁/共173頁第一百四十九頁，共1

36、74頁。三三.質(zhì)子質(zhì)子(zhz)密度圖像對比密度圖像對比度度 體素內(nèi)質(zhì)子密度決定弛豫過程中縱向體素內(nèi)質(zhì)子密度決定弛豫過程中縱向(zn xin)磁化的最大值。磁化的最大值。 組織質(zhì)子密度差產(chǎn)生的對比稱質(zhì)子密度對比度，組織質(zhì)子密度差產(chǎn)生的對比稱質(zhì)子密度對比度，突出質(zhì)子密度分布的圖像叫質(zhì)子密度像突出質(zhì)子密度分布的圖像叫質(zhì)子密度像第149頁/共173頁第一百五十頁，共174頁。質(zhì)子密度質(zhì)子密度(md)對比度的形成對比度的形成具有相同具有相同(xin tn)T1值，質(zhì)子密度不值，質(zhì)子密度不同的組織弛豫過程同的組織弛豫過程t=1500ms兩種組兩種組織的縱向織的縱向(zn xin)磁磁化差達(dá)到化差達(dá)到最大

37、最大第150頁/共173頁第一百五十一頁，共174頁。在在MRI脈沖序列中，通常用改變脈沖序列中，通常用改變TR的方法來的方法來達(dá)到獲取達(dá)到獲取(huq)最大質(zhì)子密度對比的目的最大質(zhì)子密度對比的目的要得到突出質(zhì)子密度對比的圖像，要得到突出質(zhì)子密度對比的圖像，TR只只能在弛豫過程的后期選取，能在弛豫過程的后期選取，TR=3T1可產(chǎn)生可產(chǎn)生幾乎是單質(zhì)子密度對比圖像。幾乎是單質(zhì)子密度對比圖像。(經(jīng)過經(jīng)過3T1時間時間，組織的縱向磁化，組織的縱向磁化(chu)可恢復(fù)其穩(wěn)態(tài)值可恢復(fù)其穩(wěn)態(tài)值的的95%以上）以上）第151頁/共173頁第一百五十二頁，共174頁。T1對比度和質(zhì)子(zhz)密度對比度的差別T

38、1對比度由宏觀磁化強度矢量的變化率產(chǎn)生對比度由宏觀磁化強度矢量的變化率產(chǎn)生質(zhì)子質(zhì)子(zhz)密度對比度由磁化強度矢量的最大值決定密度對比度由磁化強度矢量的最大值決定弛豫階段的早期以弛豫階段的早期以T1對比度為主，弛豫后期對比度為主，弛豫后期 質(zhì)子質(zhì)子(zhz)密度對比度占優(yōu)勢，隨縱向磁化最大值密度對比度占優(yōu)勢，隨縱向磁化最大值 的趨近，的趨近， T1對比度逐漸被質(zhì)子對比度逐漸被質(zhì)子(zhz)密度對比度密度對比度 取代。取代。第152頁/共173頁第一百五十三頁，共174頁。 T1 T1加權(quán)像（短加權(quán)像（短TETE、TR)TR) 短短T1T1組織吸收能量多顯示強信號，長組織吸收能量多顯示強信號，

39、長T1T1組織因飽和不能吸收太多能量，組織因飽和不能吸收太多能量，表現(xiàn)低信號表現(xiàn)低信號組織間信號強度的變化組織間信號強度的變化(binhu)(binhu)使圖使圖像的像的T1T1對比度得到增強對比度得到增強由于信號檢測總是在橫向進(jìn)行，采用由于信號檢測總是在橫向進(jìn)行，采用短短TETE可最大限度削減由于可最大限度削減由于T2T2弛豫造弛豫造成的橫向信號損失，排除了成的橫向信號損失，排除了T2T2的作的作用用第153頁/共173頁第一百五十四頁，共174頁。 T2 T2加權(quán)像（長加權(quán)像（長TETE、TR)TR)長長TRTR時掃描周期內(nèi)縱向磁化矢量已按時掃描周期內(nèi)縱向磁化矢量已按T1T1時間常數(shù)充分弛豫時間常數(shù)充分弛豫 采用長采用長TETE，信號中，信號中T1T1效應(yīng)被進(jìn)一步排除效應(yīng)被進(jìn)一步排除；可突出液體鄧橫向弛豫較慢的組織信；可突出液體鄧橫向弛豫較慢的組織信號。號。一般病變一般病變(bngbin)(bngbin)部位都會出現(xiàn)大量部位都會出現(xiàn)大量水的聚集，用水的聚集，用T2T2加權(quán)像可以非常滿意的加權(quán)像可以非常滿意的顯示這些水的分布，因此在確定病變顯示這些水的分布，因此在確定病變(bngbin)(bngbin)范圍上有重要作用范圍上有重要作用第154頁/共173頁第一百五十五頁，共174頁。 質(zhì)子密度質(zhì)