磁共振原理講解課件

1、磁共振成像（MRI）原理安徽省立醫(yī)院 影像科劉 影1什么是磁共振成像磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)，又稱核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance，NMR），是一種新的、非創(chuàng)傷性的成像方法。2原 理核磁共振現(xiàn)象激勵馳豫馳豫時間T1、T2T1WI、T2WI3人體由很多分子組成，分子由原子組成。所有原子的核心都是原子核。氫原子核： 只有一個自旋的質(zhì)子，自然界含量豐富，能提供最強的核磁共振信號，其所產(chǎn)生的磁共振信號要比其他原子強1000倍。目前磁共振成像主要利用人體內(nèi)的氫原子核。核磁共振現(xiàn)象 4核磁共振現(xiàn)象人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核，

2、其質(zhì)子有自旋運動，帶正電，產(chǎn)生磁矩，有如一個小磁體。5小磁體的自旋軸排列無一定規(guī)律。但如在均勻的強磁場中，則將按磁場磁力線的方向重新排列。此時，用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF）進行激發(fā)，氫原子核吸收一定的能量而共振，即發(fā)生了（核）磁共振現(xiàn)象。6激 勵給磁場中氫質(zhì)子施加一個與Larmor頻率相同的射頻脈沖時，質(zhì)子吸收能量，又將吸收的能量以相同頻率的無線電波形式釋放出來。這一吸收能量的過程稱激勵。7弛豫過程射頻脈沖停止，被激發(fā)的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來，其相位和能級都恢復到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復過程稱為弛豫過程。8馳豫時間恢復到原來平衡狀態(tài)所需的時間?？v向弛豫時

3、間，又稱自旋-晶格弛豫時間，是90射頻脈沖后，縱向磁化恢復的過程，在這過程中有能量傳遞，是以熱的形式逸散，稱T1。橫向弛豫時間，又稱自旋-自旋弛豫時間，反映橫向磁化衰減、喪失的過程，也即是橫向磁化所維持的時間，稱T2。9信號的接收用射頻線圈做天線接收器，將釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為信號。10圖像的形成接收的信號經(jīng)計算機處理，轉(zhuǎn)變成不同灰度的圖像。信號強度。11人體被置于強磁場內(nèi)(外加磁場，約是地球磁場強度的3萬倍)。磁力作用于磁場內(nèi)的人體氫原子核，質(zhì)子群均按所在磁場的方向進行排列-平衡狀態(tài)。施加一種射頻脈沖(RF)激勵磁場中已被磁化的質(zhì)子群。釋放能量接收線圈，能接收所發(fā)出的射頻信號。借助于梯度場定位

4、以及傅立葉變換，形成了MRI成像。 成像原理及過程12不同的圖像灰度（信號強度）質(zhì)子的密度組織磁化的弛豫時間13與X線和CT成像的原理不同，MRI沒有X線輻射，而主要利用質(zhì)子密度與質(zhì)子的弛豫時間（T1與T2）的差異成像，尤其是弛豫時間更為重要。因為質(zhì)子在人體中的差異僅10，但弛豫時間可相差百分之數(shù)百。14質(zhì)子密度加權像：PdWIT1加權像: T1WIT2加權像 T2WI幾種加權像15脈沖序列與掃描參數(shù)脈沖序列是由一系列不同強度的射頻脈沖的組合，例如90和/或180脈沖。磁共振的信號不但取決于這些脈沖的強度，而且取決于各脈沖間的時間間隔和組成方式。自旋回波（spin echo, SE）以及快速自

5、旋回波部分飽和（partial saturation, PS）反轉(zhuǎn)恢復（inversion recovery, IR）梯度回波(gradient echo, GE)等序列。16自旋回波脈沖序列由于人體的內(nèi)在磁場的不均衡，一個回波比前一個回波信號低。在用自旋回波技術時，組織間信號的對比取決于所選用的時間參數(shù)，即TR與TE。還取決于組織的T1及T2弛豫時間。質(zhì)子密度對信號強度及組織間信號的對比也有影響。17TR:重復時間從一個脈沖序列到下一個脈沖序列的重復，其間的時間間隔稱為重復時間。TE:回波時間。改變這些參數(shù)可以改變組織T1、T2弛豫時間或質(zhì)子密度對圖像亮度的響以及組織間的信號對比。18長TR

6、、長TET2WI短TR、短TET1WI長TR、短TE時，所得圖象既非T1加權，也非T2加權，而主要由組織的質(zhì)子密度決定，稱為質(zhì)子密度加權像，PdWI。19MRI的設備磁體梯度系統(tǒng)射頻系統(tǒng)計算機系統(tǒng)20 一、磁 體磁共振的磁體（Magnet）的主要作用是產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的靜磁場使組織產(chǎn)生磁化。磁體有三種類型（一）常導型磁體（二）永磁型磁體（三）超導型磁體21一、磁 體（一）常導型磁體（Resistive Magnet）常導型磁體的線圈由銅或鋁線繞制的線圈組成，按線圈有無鐵芯可分為鐵芯常導型和空心常導型。常導型磁體制造工藝簡單且成本低，可以做成開放式磁體，磁場可以關閉。但磁場穩(wěn)定性差，電力消耗大，對電

7、源穩(wěn)定性要求高，運行維護費用高。22一、磁 體（二）永磁型磁體（Permanent Magnet） 永磁型磁體由鐵氧體或釹鐵硼等鐵磁性物質(zhì)及合金組成。該磁體對周圍環(huán)境影響小，屏蔽簡單，可做成開放式磁體，安裝及維護費用低，但場強較低，磁場的穩(wěn)定性和均勻性差，受環(huán)境溫度變化影響大。23一、磁 體（三）超導型磁體（Superconducting Magnet）超導型磁體由某些特殊合金如鈮鈦合金導線（超導溫度8K）繞制成的超導線圈，當放置于超導磁體的液氦（溫度4.2K，-269）當中時，其導線的電阻降為0，線圈呈超導狀態(tài)，此時線圈導線中可通過強大的電流而不產(chǎn)生任何能量損耗。勵磁后可將電源斷開，超導線圈

8、內(nèi)的電流恒定不變。超導磁體的磁場強度高，目前臨床應用可達到19，磁場的穩(wěn)定性和均勻性好。24一、磁 體（三）超導型磁體超導磁體設計制造工藝復雜、成本高、維護費用高，消耗一定量的液氦，消耗的液氦要及時補充，否則達到一定程度時能引起”失超“，消耗大量液氦而造成更大的損失。25 二、梯度系統(tǒng)梯度系統(tǒng)（gradient system）的作用是產(chǎn)生線性變化的梯度磁場，用于組織的空間定位。梯度系統(tǒng)主要由X、Y、Z三組梯度功率放大器及對應的X、Y、Z三個方向的梯度線圈組成。26二、梯度系統(tǒng)梯度功率放大器對MRI控制器發(fā)出的梯度給定信號進行功率放大后，輸出給梯度系統(tǒng)的X、Y、Z線圈，在主磁場內(nèi)形成X、Y、Z三

9、個方向相互垂直的線性梯度磁場。在磁共振成像中分別用于層面選擇、相位編碼及頻率編碼。27 三、射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng)（RF system）用于發(fā)射射頻脈沖和接收MR信號，射頻系統(tǒng)主要由三部分組成。（一）射頻發(fā)射機（二）射頻接收機 （三）射頻線圈28四、計算機系統(tǒng)磁共振的計算機系統(tǒng)（computer system）可分為硬件和軟件二大部分。（一）硬件部分由主計算機及陣列處理機、MR控制器等組成。其作用是進行系統(tǒng)控制，產(chǎn)生脈沖序列，完成磁共振系統(tǒng)的掃描，圖像采集、重建、顯示和存貯。29四、計算機系統(tǒng)（二）軟件系統(tǒng)磁共振計算機軟件可分為以下幾個部分。計算機操作系統(tǒng)軟件由計算機公司編制，用于計算機運行管理。磁共振應用軟件，用于MR系統(tǒng)的運行控制、病人數(shù)據(jù)的錄入、掃描序列的選擇和參數(shù)設定，病人掃描數(shù)據(jù)采集，存貯和圖像重建，以及各種圖像和數(shù)據(jù)的后處理等。30臨床應用非常廣泛： 中樞神經(jīng)系統(tǒng) 骨關節(jié)/軟組織 泌尿生殖系統(tǒng) 消化系統(tǒng) 心血管 小器官：眼/耳/喉/垂體等新技術：MRA/MRCP/MRU/內(nèi)耳成像功能成像：DWI/PWI/SWI/MRS/fMRI31禁 忌 證腦內(nèi)血管銀夾