磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講培訓(xùn)課件

磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRI主要內(nèi)容:1、核磁共振原理2、弛豫過(guò)程、特征量T1、T2的意義3、MRI空間位置編碼4、磁共振信號(hào)5、脈沖序列6、圖像的重建7、磁共振成像的質(zhì)量控制2磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講GE1.5TMRIGE2.0TOPENMRI磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRI3磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRI4磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講T1WeightedsliceT2Weightedslice磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRI5磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講6磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講7磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講原子核及其磁特性原子核的一般特性同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的核構(gòu)成的元素

H有三種同位素：只有質(zhì)子，沒(méi)有中子臨床MRI主要原子核8磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋（spin)——MRI基礎(chǔ)

自旋角動(dòng)量大小—原子核、質(zhì)子、中子數(shù)方向—自旋軸9磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋磁矩原子核自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微觀磁場(chǎng)

—磁旋比，磁矩與角動(dòng)量之比—約化普朗克常數(shù)

10磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講凈自旋只有奇數(shù)質(zhì)子或奇數(shù)中子數(shù)的原子核產(chǎn)生的自旋磁矩泡利不相容原理：原子核內(nèi)成對(duì)質(zhì)子或中子的自旋相互抵消11磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講12磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講13磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講第一節(jié)：磁共振現(xiàn)象一、旋進(jìn)

（precession)：角動(dòng)量受到一個(gè)與之垂直的力矩的作用，角動(dòng)量矢量沿一圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。Ω為進(jìn)動(dòng)角速度（反映旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢），T為力矩，L為角動(dòng)量（反映旋轉(zhuǎn)的快慢）。14磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.進(jìn)動(dòng)15磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講1、核的自旋磁矩磁場(chǎng)對(duì)磁體的作用磁矩可以理解為由于電荷轉(zhuǎn)動(dòng)形成的小磁體磁性的強(qiáng)弱，顯然其與電荷轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量有關(guān)，同時(shí)與電荷的大小有關(guān)。16磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2、自旋質(zhì)子在磁場(chǎng)中的旋進(jìn)量子力學(xué)告訴我們，質(zhì)子在磁場(chǎng)中形成定態(tài)時(shí)，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(jí)在外磁場(chǎng)中的劈裂。17磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)自旋的運(yùn)動(dòng)18磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講磁化：磁場(chǎng)中樣體在外磁場(chǎng)作用下，在磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生磁性的過(guò)程。大小用磁化強(qiáng)度m表示磁化率：樣體在磁場(chǎng)中被磁化產(chǎn)生磁化的能力。（磁敏感性）磁化強(qiáng)度來(lái)源：原子核自旋磁矩核外電子分布*19磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋核磁矩在外加磁場(chǎng)中能量20磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋核的能級(jí)21磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋核的能級(jí)22磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講量子化自旋系統(tǒng)在外磁場(chǎng)作用下趨于磁場(chǎng)方向兩種能態(tài)：上旋—平行于磁場(chǎng)方向的核磁矩低能態(tài)E（+1/2）下旋—反向磁場(chǎng)方向的核磁矩高能態(tài)E（-1/2）23磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講磁場(chǎng)對(duì)自旋的量子化作用24磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講TheEffectofIrradiationtotheSpinSystemLowerHigherBasicQuantumMechanicsTheoryofMR25磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講SpinSystemAfterIrradiationBasicQuantumMechanicsTheoryofMR26磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布服從波爾茲曼分公式H:下旋態(tài),上旋態(tài)k—波爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23Jk-1T—絕對(duì)溫度

兩種能態(tài)自旋粒子分布27磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布28磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布29磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布30磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布31磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布32磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講兩種能態(tài)自旋粒子分布33磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講原子核系的靜磁學(xué)34磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講原子核系的靜磁學(xué)35磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講原子核系的靜磁學(xué)36磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講37磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講38磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講剩余自旋與凈磁化剩余自旋：平衡磁場(chǎng)中上旋態(tài)核磁矩與下旋態(tài)核磁矩之差凈磁化：平行于磁場(chǎng)方向由剩余自旋產(chǎn)生的磁化矢量（宏觀磁化矢量）39磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講凈磁化的產(chǎn)生40磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講影響凈磁化矢量的因素

凈磁化矢量M：由于自旋的量子化分布，平衡態(tài)樣體在磁力線方向上形成的穩(wěn)定磁化矢量。

M=·B0·N/T

—常數(shù)B0—磁場(chǎng)強(qiáng)度N—單位體積樣體質(zhì)子數(shù)（組織質(zhì)子密度）T—絕對(duì)溫度41磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講核磁矩在凈磁場(chǎng)0作用下產(chǎn)生力矩

=0核磁矩對(duì)時(shí)間的變化率

42磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講核磁矩在凈磁場(chǎng)0中的運(yùn)動(dòng)磁矩分解為Z軸、X-Y平面矢量旋進(jìn)過(guò)程中Z軸矢量方向不變X-Y平面矢量繞Z軸方向不斷變化X-Y平面矢量相位隨機(jī)不形成宏觀磁化矢量

43磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

進(jìn)動(dòng)時(shí)核磁矩各分量的運(yùn)動(dòng)44磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講在靜磁場(chǎng)中，核磁矩圍繞0進(jìn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為圓錐進(jìn)動(dòng)的特征頻率——拉莫頻率0(Larmorfrequency)

0=0拉莫進(jìn)動(dòng)——核磁矩的進(jìn)動(dòng)0取決于：原子核種類外加磁場(chǎng)強(qiáng)度45磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講46磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講47磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講48磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講二、磁共振現(xiàn)象分子、原子或原子核能級(jí)在外磁場(chǎng)中劈裂后，當(dāng)外界電磁場(chǎng)（電磁波）的頻率適當(dāng)（光子能量適當(dāng)）時(shí)，處于低能態(tài)的分子、原子或原子核等吸收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。49磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講50磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講核磁共振NMR的條件

原子核在進(jìn)動(dòng)中吸收外界能量產(chǎn)生能級(jí)躍遷現(xiàn)象

外界能量

短射頻脈沖激發(fā)源射頻磁場(chǎng)RF自旋磁矩在主磁場(chǎng)中進(jìn)動(dòng).51磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講核磁共振NMR的條件射頻脈沖頻率必須與磁場(chǎng)中自旋磁矩的旋進(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(duì)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。52磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講三、磁共振的宏觀描述1、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，但是，一般物體并不對(duì)外顯磁性，是由于這些小磁體雜亂無(wú)章的排列，磁性相互抵消，對(duì)外不顯磁性。在外磁場(chǎng)的作用下，這些磁矩有沿外磁場(chǎng)排列的趨勢(shì)，從而對(duì)外顯磁性，這就是我們熟知的磁化現(xiàn)象。B53磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講激發(fā)—射頻磁場(chǎng)對(duì)自旋系統(tǒng)的作用過(guò)程核磁共振——原子核自旋系統(tǒng)吸收相同頻率的射頻磁場(chǎng)能量而從平衡態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過(guò)程系統(tǒng)激發(fā)后特征：MZ<M0；MXY054磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講55磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講56磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講飽和現(xiàn)象(Saturation)自旋核系統(tǒng)對(duì)射頻能量的吸收減少或完全不能吸收，導(dǎo)致NMR信號(hào)減小或消失的現(xiàn)象化學(xué)位移（chemicalshift)由化學(xué)環(huán)境不同而引起的共振頻率偏移的現(xiàn)象57磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講MRI中的弛豫原子核系統(tǒng)從受激的不平衡態(tài)向平衡態(tài)恢復(fù)的過(guò)程包括兩方面:縱向磁化分量MZ的恢復(fù)橫向磁化分量MXY的衰減58磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

磁化強(qiáng)度矢量的弛豫過(guò)程59磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講核磁化強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)-Bloch方程60磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講核磁化強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)-Bloch方程61磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講62磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講63磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2、射頻電磁波對(duì)樣品的激勵(lì)。如圖：在射頻電磁波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，磁化強(qiáng)度矢量或宏觀磁矩矢量沿著如圖所示的曲線變化，從而改變了宏觀磁矩的大小和方向。（在磁共振中主要是改變方向。）64磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講角脈沖射頻（RF電磁波）脈沖使磁化矢量偏離外磁場(chǎng)方向的角度，與脈沖時(shí)間成正比。65磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講66磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講ElectromagneticExcitationPulse(RFPulse)0tFoFoFo+1/tTimeFrequencytFoFoDF=1/tFTFT67磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講3、自由感應(yīng)衰減信號(hào)（freeinduceddecay,FID):射頻脈沖停止后樣品的射頻輻射。（1）弛豫過(guò)程（relaxationprocess)：磁矩在射頻場(chǎng)結(jié)束后，在主磁場(chǎng)的作用下，進(jìn)行“自由旋轉(zhuǎn)”，由于粒子之間的能量交換，所有磁矩將從不平衡態(tài)逐漸過(guò)渡到平衡態(tài)，這一過(guò)程稱為弛豫過(guò)程。這一過(guò)程將發(fā)生相對(duì)獨(dú)立的縱向弛豫和橫向弛豫。下面以90度脈沖后弛豫過(guò)程加以說(shuō)明。68磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講a.橫向弛豫：在垂直于主磁場(chǎng)的橫向磁化矢量由初始值逐漸復(fù)零的過(guò)程。滿足下式，T2稱為橫向弛豫時(shí)間，經(jīng)過(guò)T2，Mxy減少63%。由于磁矩之間的相互作用，各磁矩的旋進(jìn)速度不一樣，從而使基本一致的取向逐漸消失，變?yōu)樵跈M向雜亂無(wú)章的排列，從而使橫向磁化矢量減小至最后為零。又稱自旋——自旋弛豫。主要反應(yīng)樣品磁環(huán)境的不均勻性。69磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講70磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講b.縱向弛豫：和主磁場(chǎng)方向平行的磁化矢量由零逐漸恢復(fù)最大值的過(guò)程。滿足下式，T1稱為縱向弛豫時(shí)間，經(jīng)過(guò)T1，Mz恢復(fù)63%。這是由于熱輻射的存在，從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)的磁矩逐漸躍遷至低能態(tài)，恢復(fù)平衡態(tài)。這一馳豫過(guò)程常又稱熱弛豫或自旋——晶格弛豫。主要反映局部的能量交換信息。一般說(shuō)來(lái)，縱向弛豫時(shí)間遠(yuǎn)大于橫向弛豫時(shí)間。而且，不同的組織與器官的弛豫時(shí)間顯著不同，從而對(duì)軟組織及器官有特殊的分辨能力。在主磁場(chǎng)為0.4~2T時(shí)，人體組織T1~103ms，T2~102ms。71磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講72磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

縱向弛豫與縱向弛豫時(shí)間常數(shù)的關(guān)系t=T1時(shí),Mz/M0=1-e-1=63%73磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講縱向磁化對(duì)比（組織對(duì)比）各種組織在縱向磁化完全恢復(fù)之前，已恢復(fù)的縱向磁化內(nèi)產(chǎn)生的不同組織T1不同而形成縱向磁化不同的現(xiàn)象。74磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

不同組織的縱向弛豫時(shí)間常數(shù)

75磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

橫向弛豫與橫向弛豫時(shí)間常數(shù)的關(guān)系t=T2時(shí),MXY/M0=1/e=37%76磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

在1.0T磁場(chǎng)中不同組織的橫向弛豫時(shí)間常數(shù)77磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講T2*弛豫——有效橫向弛豫T2′弛豫效應(yīng)——由于磁場(chǎng)不均勻性所致橫向弛豫效應(yīng)T2*弛豫——由T2弛豫效應(yīng)和T2′弛豫效應(yīng)共同作用所產(chǎn)生的橫向弛豫

1/T2*=1/T2′+1/T278磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

T2、T2′和T2*衰減的關(guān)系79磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講T2*加權(quán)又稱磁敏感加權(quán)磁敏感對(duì)比MRI常采集T2*產(chǎn)生T2*加權(quán)圖象，用于發(fā)現(xiàn)具有磁化率不同的病灶80磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自由感應(yīng)衰減信號(hào)（freeinductiondecaysignal,FID)

射頻脈沖停止→橫向磁化矢量MXY在X-Y平面以拉莫頻率自由旋進(jìn)→相位相干逐漸消失→MXY迅速衰減—翻轉(zhuǎn)角81磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID——以拉莫頻率在X-Y平面內(nèi)自由旋進(jìn)的橫向磁化矢量，在線圈內(nèi)感應(yīng)出與拉莫頻率相同、幅度快速衰減的MR的波動(dòng)信號(hào)

82磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

自由感應(yīng)衰減信號(hào)83磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講FID不包含位置信息FID是NMR信號(hào)源FID又稱自由進(jìn)動(dòng)衰減自由進(jìn)動(dòng)——射頻場(chǎng)作用停止后磁化矢量M的運(yùn)動(dòng)84磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講85磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講86磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講87磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講88磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講自旋回波的信號(hào)1.自旋回波靜磁場(chǎng)的不均勻性所致的自旋磁矩去相位效應(yīng)T2′，可用180°翻轉(zhuǎn)脈沖重聚相位而產(chǎn)生回波信號(hào)。89磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講相位重聚——180°翻轉(zhuǎn)脈沖作用后，慢頻率自旋磁矩在遠(yuǎn)位趕上快頻率自旋磁矩的過(guò)程自旋回波信號(hào)——隨著相位的重新聚合，產(chǎn)生的新的MR信號(hào)90磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講Hahn回波——沿與激發(fā)脈沖垂直方向施加180°翻轉(zhuǎn)脈沖，所產(chǎn)生的回波。回波在+Y方向CPMG自旋回波序列——沿激發(fā)脈沖方向施加180°翻轉(zhuǎn)脈沖，所產(chǎn)生的回波?；夭ㄔ?Y方向91磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講與FID同相位的SE(Hahn回波）92磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講與FID反相的SE(CPMG回波）93磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講回波時(shí)間TE自旋回波信號(hào)幅度隨相位重聚達(dá)到峰值的時(shí)間?；夭〞r(shí)間信號(hào)的變化180°翻轉(zhuǎn)脈沖只能使由于靜磁場(chǎng)不均勻所造成的自旋去相位產(chǎn)生相位重聚94磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

自旋回波信號(hào)的變化95磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講四、弛豫時(shí)間的測(cè)量（自旋回波（SE)法）在磁共振現(xiàn)象中，物質(zhì)的宏觀磁化強(qiáng)度及變化與自旋核的密度、T1、T2密切相關(guān)，但這些信息不能直接測(cè)出，只能通過(guò)弛豫過(guò)程中輻射的射頻信號(hào)來(lái)分析。96磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講180度脈沖的作用：使去相位狀態(tài)（dephase)變?yōu)樵谙辔粻顟B(tài)(inphase)97磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講考慮自旋核運(yùn)動(dòng)（如血流）時(shí)98磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講討論：自由衰減速信號(hào)包含了，T1，T2信息。不同時(shí)刻測(cè)得的信號(hào)各因素起的作用（權(quán)重）不一樣?？梢酝ㄟ^(guò)不同時(shí)刻測(cè)得的自由衰減信號(hào)聯(lián)立解方程求出上述三個(gè)物理量。這就是核磁共振成像的數(shù)理基礎(chǔ)。99磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講第二節(jié)：圖像重建原理一、加權(quán)圖像（imagineweight,IW)MR回波信號(hào)僅由（自旋核密度）決定。稱為加權(quán)。MR回波信號(hào)由（自旋核密度）和T2決定。稱為T2加權(quán)。100磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講MR回波信號(hào)由（自旋核密度）和T1決定。稱為T1加權(quán)通過(guò)的測(cè)量可以判斷自旋核的密度，例如，人體氫核磁共振圖像反映不同組織含水量的多少，T1，T2的測(cè)量可能反應(yīng)自旋核所處的化學(xué)環(huán)境的差異，如水以自由水還是結(jié)合水存在，或者氫核存在于特定的原子團(tuán)中等。對(duì)于揭示能量代謝和生化反應(yīng)的過(guò)程很有幫助，磁共振技術(shù)必將在未來(lái)的人體檢查中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。101磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講二、空間位置編碼我們測(cè)到的MR信號(hào)，但如何知道這一信號(hào)來(lái)自何處呢？收音機(jī)給了我們有益的啟示。如果空間兩點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，則與之發(fā)生共振的射頻頻率不同，從而依據(jù)共振頻率可確定磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而確定空間位置。這就是層面選擇的原理。1、層面選擇：樣品中加一個(gè)均勻的主磁場(chǎng)B0后，再在主磁場(chǎng)上加一不均勻的梯度磁場(chǎng)BG。從而使不同層面的磁場(chǎng)強(qiáng)度不一樣，共振頻率不一樣，依據(jù)不同的共振頻率可以確定自旋核所處的層面。102磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講層厚取決于對(duì)頻率差別的區(qū)分能力，梯度磁場(chǎng)的梯度大小。一般為3~20mm。103磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講梯度場(chǎng)與層面厚度的關(guān)系104磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講1、選層梯度GSS2、相位重聚梯度：與選層梯度脈沖相位相反（180°），使層面內(nèi)質(zhì)子相位相干，補(bǔ)償信號(hào)幅度的降低選層梯度及相位重聚梯度105磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講相位重聚梯度106磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2、相位編碼：在激勵(lì)脈沖結(jié)束后，在沿層面的Y軸方向加一短時(shí)間的梯度磁場(chǎng)GY，由于不同Y坐標(biāo)的自旋磁矩的進(jìn)動(dòng)頻率不一樣，從而在磁場(chǎng)GY撤除后，磁矩的位相不一樣。依據(jù)位相的不同可以區(qū)分Y坐標(biāo)。這稱為相位編碼。107磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講

v1,v2,v3分別表示相位編碼方向上三個(gè)相鄰的體素1、開(kāi)始時(shí)所有體素的磁化矢量M1,M2,M3相位相同并以相同頻率進(jìn)動(dòng)。t=0時(shí)，相位編碼梯度Gy開(kāi)啟相位編碼數(shù)學(xué)原理108磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講Gy加入前磁化矢量的相位相位編碼數(shù)學(xué)原理109磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講相位編碼數(shù)學(xué)原理2、Gy作用下，相位編碼方向上各體素處于不同磁場(chǎng)。沿相位編碼方向各磁化強(qiáng)度矢量進(jìn)動(dòng)頻率為

y=(B0+yGy)v3進(jìn)動(dòng)頻率>v2進(jìn)動(dòng)頻率>

v1進(jìn)動(dòng)頻率110磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講相位編碼數(shù)學(xué)原理3、進(jìn)動(dòng)頻率不同導(dǎo)致進(jìn)動(dòng)相位不同相位編碼梯度持續(xù)時(shí)間tyty時(shí)間后各體素的進(jìn)動(dòng)相位y

y=ytv=(B0+yGy)tv相位差

y=yGytv=yytv111磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講Gy對(duì)相位的作用112磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講4、t=ty時(shí)刻，相位編碼梯度關(guān)斷各體素再次置于相同的外磁場(chǎng)：進(jìn)動(dòng)頻率恢復(fù)Gy作用前數(shù)值Gy誘發(fā)的進(jìn)動(dòng)相位差保留—相位記憶相位編碼數(shù)學(xué)原理113磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講3、頻率編碼：在相位編碼結(jié)速后，沿X軸方向加一梯度磁場(chǎng)GX，從而使不同X坐標(biāo)的自旋磁矩的進(jìn)動(dòng)頻率不一樣，進(jìn)而依據(jù)這種進(jìn)動(dòng)頻率的差異來(lái)確定X坐標(biāo)。稱為頻率編碼。通過(guò)空間編碼以后，不同體素發(fā)射的MR信號(hào)頻率、相位、相位變化率不同，依據(jù)這些信息和信號(hào)強(qiáng)度可正確地重建圖像。114磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講沿x軸方向施加x梯度Gx；與y軸平行的各列體素的進(jìn)動(dòng)頻率x為x=(B0+xGx)x是x的函數(shù)，不同的x決定了不同的進(jìn)動(dòng)頻率所接受的信號(hào)中已包含有體素的空間位置信息頻率編碼數(shù)學(xué)原理115磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講頻率編碼數(shù)學(xué)原理116磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講頻率編碼梯度一般只在NMR信號(hào)出現(xiàn)時(shí)施加，所以又被稱為讀出梯度或測(cè)量梯度。每個(gè)測(cè)量周期的頻率編碼脈沖均相同。頻率編碼基本特征117磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講頻率編碼信號(hào)特征118磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講頻率編碼信號(hào)特征119磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講三、磁共振成像系統(tǒng)1、磁場(chǎng)系統(tǒng)：（1）靜磁場(chǎng)：是核心部鍵，要求磁場(chǎng)強(qiáng)度大，~1T，且要求均勻度高，常用超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生，維護(hù)費(fèi)用高。也是磁共振系統(tǒng)的關(guān)鍵部鍵。（2）梯度磁場(chǎng)（3個(gè)）：是空間編碼磁場(chǎng)，比靜磁場(chǎng)小得多，約百分之一。2、射頻率系統(tǒng)：由射頻發(fā)生器，射頻接收器，控制系統(tǒng)組成。3、圖像重建系統(tǒng)：核心是計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。120磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講處于靜磁場(chǎng)的成像物體用Z軸方向的梯度磁場(chǎng)選擇層面用X軸方向的梯度磁場(chǎng)頻率編碼用Y軸方向的梯度磁場(chǎng)相位編碼信號(hào)采集信號(hào)處理，得到數(shù)字圖像層面圖像顯示磁共振成像過(guò)程框圖121磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講磁共振成像過(guò)程1、梯度周期與成像時(shí)序122磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講123磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講1、t=0時(shí)刻Gz開(kāi)啟；同時(shí)產(chǎn)生90°射頻脈沖激勵(lì)限制在Gz所決定的特定平面內(nèi)；受激層面宏觀磁化矢量M倒向xoy面2、t=t1時(shí)刻Gz關(guān)斷；相位編碼梯度Gy加入t1~t2Gz持續(xù)時(shí)間；相位編碼梯度脈寬ty=t2-t1FID信號(hào)出現(xiàn)，但暫不檢測(cè)ty稱為預(yù)備期124磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講3、t=t2時(shí)刻，Gy關(guān)斷，Gz再一次開(kāi)啟限制180°重聚焦脈沖僅作用于既定層面4、t=t3時(shí)刻，頻率編碼梯度Gx出現(xiàn)t3~t5Gx持續(xù)時(shí)間；采樣從回波信號(hào)的峰值開(kāi)始檢測(cè)期—

Gx的脈寬tx=t5-t3125磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講5、t5~t6延遲時(shí)間等待宏觀磁化矢量Mz恢復(fù)至其穩(wěn)態(tài)值M0;為下一次掃描做準(zhǔn)備t0~t6—重復(fù)時(shí)間TR，反映每個(gè)掃描周期的長(zhǎng)短t0~t4—回波時(shí)間TE126磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2、MRI圖像重建過(guò)程127磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2、MRI圖像重建過(guò)程128磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講FrequencyandPhaseAreKeyParameterinMRImagingqwq=wtThespatialinformationoftheprotonpoolscontributingMRsignalisdeterminedbythespatialfrequencyandphaseoftheirmagnetization.129磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講GradientMagneticFieldGradientcoils

generatespatiallyvaryingmagneticfieldsothatspinsatdifferentlocationprecessatfrequenciesuniquetotheirlocation,allowingustoreconstruct2Dor3Dimages.XgradientYgradientZgradientxyzxzzxyy130磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講ASimpleExampleofSpatialEncodingw/oencodingw/encodingConstantMagneticFieldVaryingMagneticField131磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講SpatialDecodingoftheMRSignalFrequencyDecomposition132磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講應(yīng)用專用的圖像處理計(jì)算機(jī)（圖像處理器）中進(jìn)行圖像重建2DFT成像方法中，圖像重建所進(jìn)行的運(yùn)算主要是快速傅里葉變換(FFT，thefastFouriertransform).FFT包括行和列兩個(gè)方向，運(yùn)算量極大．FFT的快慢，基本上決定著圖像重建的速度．3、圖像重建133磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講每幅圖像對(duì)應(yīng)兩個(gè)原始數(shù)據(jù)矩陣：信號(hào)的實(shí)部矩陣，信號(hào)的虛部矩陣．實(shí)部和虛部矩陣送入傅里葉變換器行和列兩個(gè)方向快速傅里葉變換還原出帶有定位信息的實(shí)部和虛部圖像矩陣圖像處理器對(duì)兩個(gè)矩陣的對(duì)應(yīng)點(diǎn)取模得出一個(gè)新矩陣（模矩陣，行和列數(shù)分別為L(zhǎng)和C）模矩陣中元素值大小正比于每個(gè)體素NMR信號(hào)強(qiáng)度以其作為亮度值得出所需的圖像134磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講135磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講第三節(jié)：磁共振成像的質(zhì)量控制一、信噪比：正確信號(hào)與噪聲信號(hào)之比。影響因素主要有：能級(jí)劈裂間距（由磁場(chǎng)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(huì)降低空間分辨力。增加磁場(chǎng)強(qiáng)度可提高信噪比，對(duì)磁場(chǎng)的要求高，同時(shí)會(huì)增加RF能量，人體劑量增加。136磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講二、均勻度：主要由靜磁場(chǎng)B0的均勻度決定，因?yàn)槿梭w內(nèi)的磁環(huán)境相差很小，靜磁場(chǎng)很小的不均勻度將掩蓋這種差異。靜磁場(chǎng)的不均勻性要求在百萬(wàn)分之幾。三、線性度：決定于梯度磁場(chǎng)的線性度。四、空間分辨力：指單個(gè)體素的大小，主要由三個(gè)梯度磁場(chǎng)的梯度和靜磁場(chǎng)及檢測(cè)器對(duì)頻率差異的區(qū)分能力決定。五、對(duì)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(duì)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T1或T2加權(quán)圖像。在需要時(shí)，可以用造影劑來(lái)增加對(duì)比度。137磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講討論：磁共振成像的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：多個(gè)參數(shù)成像，診斷信息豐富；無(wú)電離輻射，安全；組織分辨力強(qiáng)；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(diǎn)：掃描時(shí)間長(zhǎng)，空間分辨力不理想。138磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講第四節(jié)：脈沖序列構(gòu)成

磁共振成像的脈沖序列是各種參數(shù)測(cè)量技術(shù)的總稱。質(zhì)子密度、T1、T2弛豫時(shí)間以及流動(dòng)效應(yīng)等都是組織的本征參數(shù)，通過(guò)它們可以推知組織結(jié)構(gòu)甚至功能狀態(tài)。139磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講在MR中參數(shù)測(cè)量通過(guò)對(duì)90°或180°射頻脈沖及梯度脈沖的適當(dāng)編排實(shí)現(xiàn)。脈沖的幅度、寬度、間隔時(shí)間、施加順序直接影響信號(hào)的產(chǎn)生和空間編碼。140磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講MRI信號(hào)強(qiáng)度取決于多參數(shù)，多因素對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)可由RF脈沖的大小（形狀)、梯度脈沖的幅值及寬度、數(shù)據(jù)采集時(shí)間等控制。脈沖序列設(shè)置射頻脈沖、梯度脈沖順序設(shè)置脈沖參數(shù)、時(shí)序設(shè)置141磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講具有一定帶寬、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(hào)產(chǎn)生兩個(gè)功能單元組成1、脈沖序列構(gòu)成142磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2、脈沖序列分類按檢測(cè)信號(hào)類型分

直接測(cè)定FID信號(hào)的序列測(cè)定自旋回波的序列測(cè)定梯度回波的序列按序列用途分

通用序列——人體組織正常成像專用序列——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)恢復(fù)序列飽和恢復(fù)序列143磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講3、脈沖序列參數(shù)的定義一.時(shí)間參數(shù)1.重復(fù)時(shí)間（TR)--脈沖序列執(zhí)行一遍所需時(shí)間144磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2.回波時(shí)間（TE)從第一個(gè)RF脈沖到回波信號(hào)產(chǎn)生所需時(shí)間

多回波序列中

在自旋回波和梯度回波序列中TE和TR共同決定圖像的對(duì)比度RF脈沖到第一個(gè)回波信號(hào)產(chǎn)生所需時(shí)間稱TE1RF脈沖到第二個(gè)回波信號(hào)產(chǎn)生所需時(shí)間稱TE2145磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講3.反轉(zhuǎn)時(shí)間（TI,invertiontime)在反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列中，180o反轉(zhuǎn)脈沖與90o激勵(lì)脈沖之間的時(shí)間間隔。檢測(cè)對(duì)象——組織T1特性根據(jù)臨床需要進(jìn)行選擇TI對(duì)脂肪信號(hào)實(shí)施壓制時(shí)短TI掃描辨別腦灰質(zhì)和腦白質(zhì)時(shí)取長(zhǎng)TI146磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講4、快速成像序列的參數(shù)1.回波鏈長(zhǎng)度（ETL,echotrainlength)

掃描層中每個(gè)TR時(shí)間內(nèi)用不同的相位編碼來(lái)采樣的回波數(shù)147磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講2.回波間隔時(shí)間（ETS,echotrainspacing)

快速自旋回波序列回波鏈中相鄰兩個(gè)回波之間的時(shí)間間隔。決定序列回波時(shí)間長(zhǎng)短，圖像對(duì)比度。3.有效回波時(shí)間（ETE,effectiveechotime)在最終圖像上反映出來(lái)的回波時(shí)間。當(dāng)相位編碼梯度幅度為零或零附近時(shí)，所采信號(hào)的回波時(shí)間。影響圖像對(duì)比度。148磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講5、圖像對(duì)比度與加權(quán)一.T1值和T1圖像對(duì)比度

兩種組織的縱向弛豫曲線T1圖像對(duì)比度的形成149磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講二.T2值和T2圖像對(duì)比度T2圖像對(duì)比度的形成t=TE時(shí)獲得最大圖像對(duì)比150磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講三.質(zhì)子密度圖像對(duì)比度體素內(nèi)質(zhì)子密度決定弛豫過(guò)程中縱向磁化的最大值。組織質(zhì)子密度差產(chǎn)生的對(duì)比稱質(zhì)子密度對(duì)比度，突出質(zhì)子密度分布的圖像叫質(zhì)子密度像151磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講質(zhì)子密度對(duì)比度的形成具有相同T1值，質(zhì)子密度不同的組織弛豫過(guò)程t=1500ms兩種組織的縱向磁化差達(dá)到最大152磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講在MRI脈沖序列中，通常用改變TR的方法來(lái)達(dá)到獲取最大質(zhì)子密度對(duì)比的目的要得到突出質(zhì)子密度對(duì)比的圖像，TR只能在弛豫過(guò)程的后期選取，TR=3T1可產(chǎn)生幾乎是單質(zhì)子密度對(duì)比圖像。(經(jīng)過(guò)3T1時(shí)間，組織的縱向磁化可恢復(fù)其穩(wěn)態(tài)值的95%以上）153磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講T1對(duì)比度和質(zhì)子密度對(duì)比度的差別T1對(duì)比度由宏觀磁化強(qiáng)度矢量的變化率產(chǎn)生質(zhì)子密度對(duì)比度由磁化強(qiáng)度矢量的最大值決定弛豫階段的早期以T1對(duì)比度為主，弛豫后期質(zhì)子密度對(duì)比度占優(yōu)勢(shì)，隨縱向磁化最大值的趨近，T1對(duì)比度逐漸被質(zhì)子密度對(duì)比度取代。154磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講T1加權(quán)像（短TE、TR)短T1組織吸收能量多顯示強(qiáng)信號(hào)，長(zhǎng)T1組織因飽和不能吸收太多能量，表現(xiàn)低信號(hào)組織間信號(hào)強(qiáng)度的變化使圖像的T1對(duì)比度得到增強(qiáng)由于信號(hào)檢測(cè)總是在橫向進(jìn)行，采用短TE可最大限度削減由于T2弛豫造成的橫向信號(hào)損失，排除了T2的作用155磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講T2加權(quán)像（長(zhǎng)TE、TR)長(zhǎng)TR時(shí)掃描周期內(nèi)縱向磁化矢量已按T1時(shí)間常數(shù)充分弛豫采用長(zhǎng)TE，信號(hào)中T1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號(hào)。一般病變部位都會(huì)出現(xiàn)大量水的聚集，用T2加權(quán)像可以非常滿意的顯示這些水的分布，因此在確定病變范圍上有重要作用156磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講質(zhì)子密度加權(quán)像（長(zhǎng)TR短TE)長(zhǎng)TR可使組織的縱向磁化矢量在下一個(gè)激勵(lì)到來(lái)之前充分弛豫，削減T1對(duì)信號(hào)的影響；短TE主要削減T2對(duì)圖像的影響，這是圖像對(duì)比度僅與質(zhì)子密度有關(guān)157磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講無(wú)論何種加權(quán)像，均會(huì)包含一定的質(zhì)子密度、T1和T2對(duì)比度。因?yàn)闊o(wú)論TR和TE如何取值，縱向磁化MZ總是受質(zhì)子密度的影響；在可供測(cè)量的信號(hào)出現(xiàn)之前，一定程度的弛豫已經(jīng)發(fā)生；

通過(guò)序列參數(shù)的選擇，總能使圖像的某種對(duì)比度得以突出，同時(shí)使其它對(duì)比度的影響大大降低。158磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講磁共振成像脈沖序列常用參數(shù)160磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講二.參數(shù)優(yōu)化內(nèi)容1.對(duì)比度的影響參數(shù)及優(yōu)化影響參數(shù)TR、TE、TI、2.空間分辨率的影響參數(shù)及優(yōu)化3.信噪比的影響參數(shù)及優(yōu)化161磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講K空間K空間是傅立葉變換磁共振成像方法中的一個(gè)重要概念。在傅立葉變換磁共振成像方法中，K空間實(shí)際就是真實(shí)空間的傅立葉變換鏡像空間。

162磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講K空間K空間就是存放磁共振成像用原始數(shù)據(jù)的地方，也就是說(shuō)，這些數(shù)據(jù)是由脈沖序列運(yùn)行時(shí)采集來(lái)的，在進(jìn)行傅立葉變換后，就能變成圖像。K空間的每一行都是在加有頻率編碼梯度（也稱讀梯度）的時(shí)候采集的，二維傅立葉變換成像時(shí)每一行都對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的相位編碼梯度，而三維傅立葉變換成像時(shí)，每一行都對(duì)應(yīng)于一個(gè)相位編碼梯度和選片編碼梯度。163磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講K空間相位編碼和選片編碼梯度的幅度決定了它所編碼的信號(hào)的大小。例如，在任何序列里，K空間的中心行使用最小的編碼梯度，成像區(qū)域各質(zhì)子相位發(fā)散程度最小，因而產(chǎn)生最大幅度的信號(hào)，相應(yīng)地，較大幅度的編碼梯度產(chǎn)生較小的信號(hào)，但提供圖像的空間信息?？梢赃@樣簡(jiǎn)單理解，編碼步數(shù)越多，圖像空間分辨率越高（越銳利）。164磁共振成像醫(yī)學(xué)知識(shí)專題宣講K空間K空間某一位置的信息并不簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)于圖像的這一位置，也就是說(shuō)，K空間的右上角并不對(duì)應(yīng)于圖像的右上角。K空間的每一點(diǎn)都包含了整個(gè)圖像的信息。

K空間的不同位置的數(shù)據(jù)對(duì)最終圖像的貢獻(xiàn)是不同的，K空間中心部分的數(shù)據(jù)主要貢獻(xiàn)圖像的信噪比和對(duì)比度信息，K空間的邊緣部分主要貢獻(xiàn)圖