MRI基本原理和臨床應(yīng)用培訓(xùn)課件

1、MRI基本原理和臨床應(yīng)用MRI基本原理和臨床應(yīng)用磁共振成像（MagneticResonance Image MRI）是利用原子核在磁場內(nèi)共振所產(chǎn)生的信號，經(jīng)重建成像的一種檢查技術(shù)。近年來，核磁共振成像技術(shù)發(fā)展十分迅速，臨床應(yīng)用日益廣泛，檢查范圍基本覆蓋了全身各系統(tǒng)。為了準(zhǔn)確反應(yīng)其成像基礎(chǔ)，避免與核素成像混淆，目前均稱為磁共振成像。MRI基本原理和臨床應(yīng)用2磁共振成像（MagneticResonance Image發(fā)展史1946 Bloch,Purcell 核磁共振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1971 Damadian 腫瘤T1，T2時間延長1973 Lauterbur 兩個充水試管的NMR圖像1974 Laut

2、erbur 活鼠NMR圖像1976 Damadian 人胸部NMR圖像1977 Mallard 初期的NMR全身圖像1980 MRI裝備商品化1989 安科公司 國產(chǎn)永磁型 0.15T裝備商品化MRI基本原理和臨床應(yīng)用3發(fā)展史1946 Bloch,Purcell 核磁共振現(xiàn)一、 MRI成像基本原理1.物理基礎(chǔ)（1）原子結(jié)構(gòu) （6）共振現(xiàn)象（2）原子核自旋 （7） 磁共振信產(chǎn)生（3）自由空間原子核狀態(tài) （8）弛豫 現(xiàn)象（4）磁場對原子核的作用 （9）磁共振信號測量（5）進動與Larmor頻率MRI基本原理和臨床應(yīng)用4一、 MRI成像基本原理1.物理基礎(chǔ)MRI基本原理和臨床應(yīng)用（1）原子結(jié)構(gòu)原子由

3、原子核及核外電子組成，電子以特定的軌道繞原子核旋轉(zhuǎn)，原子核由質(zhì)子和中子組成。MRI基本原理和臨床應(yīng)用5（1）原子結(jié)構(gòu)原子由原子核及核外電子組成，電子以特定的軌道繞(2)原子核自旋 原子核中的質(zhì)子并非處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)核內(nèi)質(zhì)子為奇數(shù)產(chǎn)生自旋（如：H1 P31），偶數(shù)質(zhì)子能量抵消。 自旋周圍電荷小磁場 氫在人體含量豐富，含量為1019 氫原子/mm3，為目前磁共振成像唯一利用的原子，是MRI信號主要來源。MRI基本原理和臨床應(yīng)用6(2)原子核自旋MRI基本原理和臨床應(yīng)用6（3）自由空間原子核狀態(tài) 排列雜亂 質(zhì)子間能量平衡 無磁性MRI基本原理和臨床應(yīng)用7（3）自由空間原子核狀態(tài)MRI基本原理和臨床應(yīng)

4、用7（4）磁場對原子核的作用外加一個磁場后，產(chǎn)生磁化，沿靜磁場方向排列MRI基本原理和臨床應(yīng)用8（4）磁場對原子核的作用MRI基本原理和臨床應(yīng)用8（5）進動與Larmor頻率在靜磁場中，氫核沿自身軸旋轉(zhuǎn)，同時沿靜磁場磁力線方向中心軸回旋，氫質(zhì)子在靜磁場中這種運動如同陀螺運動，我們將一個沿自身軸旋轉(zhuǎn)的同時又沿另一軸作回旋的運動稱為進動。將其運動頻率稱為進動頻率，以拉莫爾公式表示又稱拉莫爾頻率。拉莫爾頻率： W0=r*B0 r 旋磁比 B0靜磁場強度 H+在不同場強中共振頻率不同（0.5T，21.3MHZ）MRI基本原理和臨床應(yīng)用9（5）進動與Larmor頻率在靜磁場中，氫核沿自身軸旋轉(zhuǎn)，MRI基

5、本原理和臨床應(yīng)用10MRI基本原理和臨床應(yīng)用10（6）共振現(xiàn)象能量從一個物體傳遞到另一個物體，接受者與傳遞者以同樣頻率振動的現(xiàn)象。條件：激勵驅(qū)動者的能源頻率與被激勵者的固有頻率一致。MRI系統(tǒng)中，被激勵者為生物體組織中的氫原子核，激勵者為射頻脈沖，只有射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進動頻率一致時，才能產(chǎn)生共振。所施加射頻脈沖必須與Larmor頻率一致。1.0T為例，必須施加42。5MHz的射頻脈沖才能使質(zhì)子出現(xiàn)共振。MRI基本原理和臨床應(yīng)用11（6）共振現(xiàn)象能量從一個物體傳遞到另一個物體，接受者與傳遞者患者進入MR機磁體內(nèi)，患者本身產(chǎn)生磁化，沿外磁場總之縱軸（Z軸）方向 縱向磁化，向患者發(fā)射短促無線電

6、波（射頻脈沖RF）,如RF脈沖與質(zhì)子進動頻率相同出現(xiàn)共振MRI基本原理和臨床應(yīng)用12患者進入MR機磁體內(nèi)，患者本身產(chǎn)生磁化，沿外磁場總之縱軸（Z（7） 磁共振信號產(chǎn)生 H+靜磁場內(nèi)磁化 激發(fā) 射頻脈沖（RF頻率一致）H+吸收能量，產(chǎn)生共振，停止激發(fā)，H+恢復(fù)原位，稱弛豫過程，產(chǎn)生能量相位變化電信號圖象形成基礎(chǔ)。MRI基本原理和臨床應(yīng)用13（7） 磁共振信號產(chǎn)生MRI基本原理和臨床應(yīng)用13（8）馳豫現(xiàn)象射頻脈沖激勵質(zhì)子群產(chǎn)生共振 質(zhì)子群宏觀磁矢量M不在與原來主磁場平行，離開原來平衡狀態(tài)。其變化程度取決與施加射頻脈沖的強度和時間。MRI使用：90、180脈沖，如施加90 脈沖 宏觀磁化量M以螺旋形

7、式離開原位；脈沖停止 宏觀磁化量M垂直于主磁場B。隨后自發(fā)回到平衡狀態(tài)，這個過程稱為核磁馳豫。MRI基本原理和臨床應(yīng)用14（8）馳豫現(xiàn)象射頻脈沖激勵質(zhì)子群產(chǎn)生共振 質(zhì)子群宏觀磁矢T1馳豫 縱向馳豫90脈沖停止后，縱向磁化量Mz逐漸恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程。由于是在Z軸上的恢復(fù)，稱為縱向馳豫。質(zhì)子群通過釋放已吸收的能量而恢復(fù)原來的高低能態(tài)平衡過程能量轉(zhuǎn)移是從質(zhì)子轉(zhuǎn)移至周圍環(huán)境，稱自旋晶格馳豫?？v向磁化量(Mz)達到平衡狀態(tài)63%的時間為T1馳豫時間。獲得選定層面中各種組織的T1差別形成的組織圖像為T1加權(quán)像MRI基本原理和臨床應(yīng)用15T1馳豫 縱向馳豫90脈沖停止后，縱向磁化量Mz逐漸MRI基本原理

8、和臨床應(yīng)用16MRI基本原理和臨床應(yīng)用16T2馳豫 橫向馳豫90脈沖停止后，橫向磁化量Mxy逐漸衰減到零，該過程為橫向馳豫在橫向馳豫中，能量是在質(zhì)子間相互傳遞，但無能量散出，稱為自旋自旋馳豫。橫向磁化量（Mxy）由最大減少原來值的37%的時間為T2馳豫時間由各種組織中T2差別形成的圖像為T2加權(quán)像MRI基本原理和臨床應(yīng)用17T2馳豫 橫向馳豫90脈沖停止后，橫向磁化量Mxy逐T1長與T2 生物組織的馳豫時間，T1 為300-2000ms,T2為30-150msT1的長短與組織成分、結(jié)構(gòu)和磁環(huán)境有關(guān)，與外磁場場強也有關(guān)系。T2的長短同外磁場和組織內(nèi)磁場的均勻性有關(guān)。MRI基本原理和臨床應(yīng)用18T

9、1長與T2 生物組織的馳豫時間，T1 為300-2000（9）磁共振信號測量在馳豫過程中測量橫向馳豫Mxy可以測得生物組織MR信號。橫向磁化矢量垂直并圍繞主磁場B。以Larmor頻率旋進，其變化使環(huán)境在人體周圍的接受線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個可以放大的電流就是MR信號。其以指數(shù)形式衰減，稱自由感應(yīng)衰減。需要強調(diào)的是MR信號的測量只能在垂直與主磁場的Mxy平面進行。MRI基本原理和臨床應(yīng)用19（9）磁共振信號測量在馳豫過程中測量橫向馳豫Mxy可以測得生MRI基本原理和臨床應(yīng)用20MRI基本原理和臨床應(yīng)用202、醫(yī)學(xué)成像基礎(chǔ)（1）正常組織、病理組織質(zhì)子密度不一（2）T1、T2豫弛時間不一MRI基本原

10、理和臨床應(yīng)用212、醫(yī)學(xué)成像基礎(chǔ)（1）正常組織、病理組織質(zhì)子密度不一MRI基二、 MRI設(shè)備1、靜磁場 單位Tesla “T” 高斯（Gauss） 1T=10000高斯(1) 永磁型：用磁性物質(zhì)制成，較重，磁場強度低，最多達0.3T(2) 常導(dǎo)型：用銅鋁線繞成，磁場強度達0.15-2.0T，耗水耗電(3) 超導(dǎo)型：線圈用鈮 鈦合金繞成，磁場強度達0.352.0T，需液氦及液氮冷卻。MRI基本原理和臨床應(yīng)用22二、 MRI設(shè)備1、靜磁場 單位Tesla “T” 2、梯度磁場 選層 頻率編碼 相位編碼作用MR信號與T1、T2旋進頻率及相位有關(guān)，為了控制MR信號的旋進頻率及相位，必須使用梯度磁場。從

11、而決定MR信號在空間的定位。MRI基本原理和臨床應(yīng)用232、梯度磁場 選層 頻率編碼 相位編碼作用MRI基本原梯度磁場是一個在主磁場基礎(chǔ)上附加的磁場，其磁場強度隨距離不同而有微弱變化。這樣由于生物組織所處的位置不同，其磁場強度不同。典型的梯度磁場從 110 mT/m (0.11Gauss/cm)。梯度場在X、Y、Z軸均有。MR1掃描時分別開放層面選擇梯度、相位偏碼梯度、頻率偏碼梯度、后行圖像重建。獲得一幅MR1圖像.MRI基本原理和臨床應(yīng)用24梯度磁場是一個在主磁場基礎(chǔ)上附加的磁場，其磁場強度隨距離不同3、射頻脈沖 發(fā)射與接收作用（稱表面線圈）：激發(fā)人體氫原子核，產(chǎn)生信號，并進行接收。主要完成

12、射頻信號的傳輸及接受質(zhì)子產(chǎn)生的信號。無線電廣播使用的短波頻率一般在326MHz，調(diào)頻廣播和電視頻率一般在54216MHz，一臺1.5T MR機的主頻率為63.86MHzMRI基本原理和臨床應(yīng)用253、射頻脈沖 發(fā)射與接收作用（稱表面線圈）：激發(fā)人體氫4、計算機控制顯像系統(tǒng)5、磁屏蔽 射頻屏蔽：防止磁場對外界影響及外界電磁波對磁場的影響MRI基本原理和臨床應(yīng)用264、計算機控制顯像系統(tǒng)MRI基本原理和臨床應(yīng)用26MRI基本原理和臨床應(yīng)用27MRI基本原理和臨床應(yīng)用27MRI基本原理和臨床應(yīng)用28MRI基本原理和臨床應(yīng)用28 三、MR1檢查技術(shù)1、脈沖序列和加權(quán)像 脈沖序列是指射頻線圈開放和關(guān)閉的

13、方式。一般包括90、180脈沖。使縱向磁化傾斜90的脈沖為90脈沖，而傾斜180的脈沖為180脈沖，連續(xù)施加脈沖稱為脈沖序列，脈沖序列將決定從組織中獲得何種信號 TR 重復(fù)時間 (Repetition time)：第一個90RF到第二個90RF出現(xiàn)的時間。TE 回波時間 (Echo time):自90脈沖開始至測量回波出現(xiàn)的時間。MRI基本原理和臨床應(yīng)用29 三、MR1檢查技術(shù)1、脈沖序列和加權(quán)像MRI基本原理和（1） 自旋回波序列 （SE）（2） 反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列 （IR）（3） 梯度回波序列 （GRE）（4） 平面回波成像 （EPI）2、脂肪抑制3、對比增強4、MRA5、水成像6、功能性MR1

14、成像MRI基本原理和臨床應(yīng)用30（1） 自旋回波序列 （SE）MRI基本原理和臨床應(yīng)用30MRI基本原理和臨床應(yīng)用31MRI基本原理和臨床應(yīng)用31MRI基本原理和臨床應(yīng)用培訓(xùn)課件 2、T1、T2鑒別 臨床常用T1和T2來進行比較診斷，在具體分析圖像時，以SE序列為例，先應(yīng)區(qū)分哪幅圖像為T1加權(quán)像（T1 weighted image，T1WI），哪幅為T2加權(quán)像（T2 weighted image，T2WI）或質(zhì)子密度像（PD weight image）；最簡易的方法是首先觀察腦脊液和眼球，兩張影像比較，哪一張呈現(xiàn)黑色（低信號）則就是T1加權(quán)像，如果兩張影像為不同序列掃描所獲得，哪一張眼球或腦脊

15、液越黑則越趨于T1加權(quán)像，相反則趨向T2加權(quán)像。MRI基本原理和臨床應(yīng)用33 2、T1、T2鑒別 MRI基本原理和臨床應(yīng)用33了解SE序列的各加權(quán)像參數(shù)，能區(qū)分以上三種加權(quán)像SE序列各加權(quán)像的參數(shù)加權(quán)像 TR TET1加權(quán)像 短（500ms） 短（2000ms） 長（75ms）質(zhì)子加權(quán)像 長（2000ms） 短（25ms） 一般認為T1加權(quán)像基本上以發(fā)現(xiàn)病變?yōu)橹?，且特別有助于定位診斷，而T2加權(quán)像則一般可對病變性質(zhì)進行評價，有助于定性診斷。MRI基本原理和臨床應(yīng)用34了解SE序列的各加權(quán)像參數(shù)，能區(qū)分以上三種加權(quán)像MRI基本原3、圖像特點 A:灰階成像其反映的是信號強度的不同或弛豫時間的 T1

16、T2長短，而不同于灰度反映的是組織密度。 人體不同組織T1WI與T2WI上的灰度MRI基本原理和臨床應(yīng)用353、圖像特點 MRI基本原理和臨床應(yīng)用35MRI基本原理和臨床應(yīng)用36MRI基本原理和臨床應(yīng)用36B: 流空效應(yīng) 流空效應(yīng)(Flowing Void Effect)：心血管內(nèi)的血液流動迅速，使發(fā)射MR信號的氫原子核離開接收范圍之外，測不到MR信號，T1WI與T2WI均呈黑影，即流空效應(yīng)，可使心臟與血管顯影。MRI基本原理和臨床應(yīng)用37B: 流空效應(yīng)MRI基本原理和臨床應(yīng)用37三維成像： MRI可獲得人體軸位、冠狀、矢狀及任何方位斷面成像，有利于病變?nèi)S定位,采用重建方法，可獲得三維重建立

17、體像。C:三維成像MRI基本原理和臨床應(yīng)用38三維成像： MRI可獲得人體軸位、冠狀、矢狀及任何方位斷面成運動器官成像：采用呼吸和心電門控(gating)成像技術(shù)，可獲得心臟大血管動態(tài)圖像。 D: 運動器官成像MRI基本原理和臨床應(yīng)用39運動器官成像：采用呼吸和心電門控(gating)成像技術(shù)，可造影劑GdDTPA 釓二乙烯三胺五醋酸順磁性 磁顯葡胺E：增強掃描MRI基本原理和臨床應(yīng)用40造影劑GdDTPA 釓二乙烯三胺五醋酸E：增強掃描MRI基本原理和臨床應(yīng)用41MRI基本原理和臨床應(yīng)用41F：MR血管造影 MR血管造影-MRA流空效應(yīng)MR血管成像 MRA常用的方法有：時間飛躍法TOF(Time of flight)和相位對比法PC(Phase contrast)，無需注射造影劑，使血管成像。MRI基本原理和臨床應(yīng)用42F：MR血管造影 MR血管造影-MRAMRI基本MRI基本原理和臨床應(yīng)用43MRI基本原理和臨床應(yīng)用43MRI基本原理和臨床應(yīng)用44MRI基本原理和臨床應(yīng)用44五、 適應(yīng)癥 禁忌癥 注意事項禁忌癥（1）體內(nèi)金屬異物（2）危重病人需監(jiān)護（一般急診不適宜）（3）掃描時間長