MRI核磁共振課件

核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英2016年9月23日核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英1核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英1核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程核磁共振成像物理基礎(chǔ)核磁共振成像圖像重建實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程2核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程2一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程3一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程3EdwardM.Purcell

FelixBloch

PaulC.Lauterbur

SirP.Mansfield

核磁共振波譜學(xué) 液體高分子的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu) 固體高分辨率核磁共振波譜分析

900MHz20T

化學(xué)、生物大分子、材料和制藥

核磁共振成像學(xué) 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

10T

石油測(cè)井 尋找地下水源EdwardM.PurcellFelixBloch4EdwardM.PurcellFelixBloch磁共振成像的萌芽期1946年到1972年RaymondDamadianPaulLauterbur1971年Science“用NMR信號(hào)可診斷疾病”“惡性組織中氫的T1時(shí)間延長(zhǎng)”1972年用NMR信號(hào)完全可以重建圖像1973年NMR成像突然出現(xiàn)在人們面前磁共振成像的萌芽期1946年到1972年Raymond5磁共振成像的萌芽期1946年到1972年Raymond磁共振成像的成熟期1973年到1978年達(dá)馬迪安、FONAR成像法和他的Indomitable

堅(jiān)定執(zhí)著無(wú)所畏懼磁共振成像的成熟期1973年到1978年達(dá)馬迪安、FON6磁共振成像的成熟期1973年到1978年達(dá)馬迪安、FON梯度場(chǎng)、勞特伯及其組合層析成像法1973年《自然》發(fā)表隨后有4mm的蛤蜊，活鼠成像冥思苦想幾個(gè)月1971年9月的一天數(shù)周的實(shí)驗(yàn)弄清三個(gè)問(wèn)題磁共振成像的成熟期1973年到1978年勞特伯首先創(chuàng)立了用一組投影得到NMR圖像的方法梯度場(chǎng)、勞特伯及其組合層析成像法冥思苦想幾個(gè)月磁共振成像的成7梯度場(chǎng)、勞特伯及其組合層析成像法冥思苦想幾個(gè)月磁共振成像的成磁共振成像的成熟期1973年到1978年磁共振成像的成熟期1973年到1978年8磁共振成像的成熟期1973年到1978年磁共振成像的成熟磁共振成像的發(fā)展期1978年以后研究方向的轉(zhuǎn)折商品化過(guò)程傳統(tǒng)放射學(xué)的新工具磁共振成像的發(fā)展期1978年以后研究方向的轉(zhuǎn)折9磁共振成像的發(fā)展期1978年以后研究方向的轉(zhuǎn)折磁共振成像我國(guó)核磁共振成像的臨床應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究萌芽探索期1986

~

1990年

1980年前后國(guó)際上已商品化放射學(xué)家、醫(yī)學(xué)物理學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家廣州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)物理學(xué)教授謝楠柱1983年8月參加美國(guó)會(huì)議同年11月美國(guó)史東尼克博士來(lái)華講學(xué)

1984年中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)研究會(huì)在北京成立

1984年底中國(guó)科健有限公司成立

1987年1月安科公司成立運(yùn)作1990年初，首臺(tái)ASP-015在河北應(yīng)用我國(guó)核磁共振成像的臨床應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究萌芽探索期19810我國(guó)核磁共振成像的臨床應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究萌芽探索期198全面發(fā)展期1991年至今

陸續(xù)引進(jìn)一批1.0T、1.5T、2.0T超導(dǎo)成像設(shè)備一些大型教學(xué)醫(yī)院引進(jìn)3T臨床研究型系統(tǒng)磁共振成像產(chǎn)業(yè)的起步和發(fā)展

安科公司邁迪特公司西門(mén)子邁迪特公司寧波鑫高益磁材有限公司沈陽(yáng)東軟數(shù)字醫(yī)療股份有限公司北京萬(wàn)東醫(yī)療裝備股份有限公司西安藍(lán)港數(shù)網(wǎng)股份有限公司我國(guó)以低場(chǎng)永磁產(chǎn)品為主，水平達(dá)到世界先進(jìn)水平全面發(fā)展期1991年至今11全面發(fā)展期1991年至今全面發(fā)展期1991年至今二核磁共振成像物理基礎(chǔ)二核磁共振成像物理基礎(chǔ)12二核磁共振成像物理基礎(chǔ)二核磁共振成像物理基礎(chǔ)12核磁共振現(xiàn)象原子核在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)分裂,在一定射頻場(chǎng)作用下吸收其能量發(fā)生能級(jí)躍遷的現(xiàn)象.E=h

塞曼能級(jí)分裂射頻脈沖radiofrequencypulse,RF核磁共振條件E=E2-E1h=E=gINB0核磁共振現(xiàn)象原子核在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)分裂,在一定射頻13核磁共振現(xiàn)象原子核在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)分裂,在一定射頻核自旋磁共振Larmor進(jìn)動(dòng)頻率MxyMz

-回磁比射頻脈沖B1,ω,t0=B0E核自旋磁共振Larmor進(jìn)動(dòng)頻率MxyMz-回磁比射14核自旋磁共振Larmor進(jìn)動(dòng)頻率MxyMz-回磁比射圖1質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量原子核的磁矩1角動(dòng)量的概念2電子的軌道角動(dòng)量

和自旋角動(dòng)量3原子核的自旋圖2電子軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量圖3質(zhì)子的自旋角動(dòng)量圖4外場(chǎng)中質(zhì)子自旋的兩種取向圖1質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量原子核的磁矩1角動(dòng)量的概念2電15圖1質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量原子核的磁矩1角動(dòng)量的概念2電4原子核的磁矩原子核的磁矩圖5環(huán)形電流的磁矩圖6質(zhì)子的自旋與自旋磁矩共線(xiàn)且同向(a)磁矩與外磁場(chǎng)平行(b)磁矩與外磁場(chǎng)反平行圖7在外場(chǎng)中質(zhì)子自旋磁矩的取向4原子核的磁矩原子核的磁矩圖5環(huán)形電流的磁矩圖6質(zhì)子的164原子核的磁矩原子核的磁矩圖5環(huán)形電流的磁矩圖6質(zhì)子的Larmor進(jìn)動(dòng)（a）核受到的磁力矩（b）拉莫爾進(jìn)動(dòng)圖8核受到的磁力矩作用發(fā)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)0=B0Larmor進(jìn)動(dòng)（a）核受到的磁力矩（b）拉莫爾17Larmor進(jìn)動(dòng)（a）核受到的磁力矩（b）拉莫爾圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂18圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化磁化強(qiáng)度矢量MM=∑質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化磁化強(qiáng)度矢量MM=∑19質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化磁化強(qiáng)度矢量MM=∑質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁

縱向磁化減小縱向磁化向xOy平面翻轉(zhuǎn)與產(chǎn)生橫向磁化

=B10=B0縱向磁化減小縱向磁化向xOy20縱向磁化減小縱向磁化向xOy90脈沖180脈沖

=B190脈沖180脈沖=B12190脈沖180脈沖=B190脈沖180由單個(gè)原子核的校直導(dǎo)致組織體素的磁化磁化強(qiáng)度矢量組織體素的濃度核素的磁化靈敏度磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化過(guò)程由單個(gè)原子核的校直導(dǎo)致組織體素的磁化磁化強(qiáng)度矢量組織體22由單個(gè)原子核的校直導(dǎo)致組織體素的磁化磁化強(qiáng)度矢量組織體弛豫過(guò)程松弛、舒張、放松.自然界的固有屬性.非平衡態(tài)到平衡態(tài).

縱向磁化平衡態(tài)

Ｍ０橫向磁化非平衡狀態(tài)M弛豫過(guò)程松弛、舒張、放松.自然界的固有屬性.非平衡態(tài)到23弛豫過(guò)程松弛、舒張、放松.自然界的固有屬性.非平衡態(tài)到弛豫的分類(lèi)自旋核周?chē)植繄?chǎng)的任何波動(dòng)，只要其頻率與自旋核的共振頻率相當(dāng)，均可引起核系統(tǒng)的弛豫。能量傳遞的過(guò)程。自旋-晶格弛豫，縱向弛豫

一個(gè)自旋核與環(huán)境交換能量的過(guò)程自旋-自旋弛豫，橫向弛豫

高能態(tài)的核將能量傳遞給低能態(tài)的核弛豫的分類(lèi)自旋核周?chē)植繄?chǎng)的任何波動(dòng)，只要其頻率與自旋核的共24弛豫的分類(lèi)自旋核周?chē)植繄?chǎng)的任何波動(dòng)，只要其頻率與自旋核的共弛豫過(guò)程中縱向磁化的生長(zhǎng)縱向弛豫時(shí)間T1在每個(gè)成像周期開(kāi)始時(shí)，縱向磁化被一個(gè)RF脈沖減小到零。然后在這周期內(nèi)讓它弛豫。在弛豫階段，測(cè)量其磁場(chǎng)強(qiáng)度并作為像素的強(qiáng)度或亮度，周期就終止了。弛豫過(guò)程中縱向磁化的生長(zhǎng)縱向弛豫時(shí)間T1在每個(gè)成像周期開(kāi)始25弛豫過(guò)程中縱向磁化的生長(zhǎng)縱向弛豫時(shí)間T1在每個(gè)成像周期開(kāi)始橫向磁化很快會(huì)衰減橫向弛豫時(shí)間T2，T2比T1短具有最短T2值的組織要比其他組織衰減快橫向弛豫時(shí)間T2橫向磁化很快會(huì)衰減具有最短T2值的組織要比其他組織衰減快橫向26橫向磁化很快會(huì)衰減具有最短T2值的組織要比其他組織衰減快橫向縱向分量要回家，橫向分量要散伙；

散伙得快，回家得慢。ＭＺ

Ｍ０ＭＸＹ０縱向分量要回家，橫向分量要散伙； 散伙得快，回家得27縱向分量要回家，橫向分量要散伙； 散伙得快，回家得90脈沖后磁化強(qiáng)度矢量的弛豫綜合弛豫軌跡90脈沖后磁化強(qiáng)度矢量的弛豫綜合弛豫軌跡2890脈沖后磁化強(qiáng)度矢量的弛豫綜合弛豫軌跡90脈沖后磁自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID29自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID29自旋回波信號(hào)SE讓磁矩180度反向自旋回波序列中，消除磁場(chǎng)不均勻的影響90度脈沖后相位聚集質(zhì)子失相180

度脈沖后相位反轉(zhuǎn)相位重聚自旋回波信號(hào)SE讓磁矩180度反向90度脈沖后相位聚集30自旋回波信號(hào)SE讓磁矩180度反向90度脈沖后相位聚集自旋回波信號(hào)SpinEcho自旋回波信號(hào)SpinEcho31自旋回波信號(hào)SpinEcho自旋回波信號(hào)SpinEcho用于成像的信號(hào)是采集線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B=0

M=BS用于成像的信號(hào)是采集線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B=0M32用于成像的信號(hào)是采集線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B=0M用于三核磁共振成像的圖像重建三核磁共振成像的圖像重建33三核磁共振成像的圖像重建三核磁共振成像的圖像重建33點(diǎn)成像法線(xiàn)成像法面成像法體積成像法點(diǎn)成像法34點(diǎn)成像法點(diǎn)成像法34拉莫爾進(jìn)動(dòng)0

=B0A=cos(t+)相位=

t+梯度場(chǎng)Bx=GxXBy=GyYBz=GzZ拉莫爾進(jìn)動(dòng)0=B0A=cos(t+)相位35拉莫爾進(jìn)動(dòng)0=B0A=cos(t+)相位

運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要的圖像運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要的圖像36運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要的圖像運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要用梯度來(lái)選擇某一層面MRI圖像層面的選擇層面的選擇是采用選擇性激發(fā)的原理實(shí)現(xiàn)，如圖所示。當(dāng)磁場(chǎng)梯度方向是沿著患者體軸方向時(shí)．組織的每個(gè)層面對(duì)一個(gè)不同的共振頻率調(diào)諧。這是因?yàn)橘|(zhì)子的共振頻率與磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比的緣故。用梯度來(lái)選擇某一層面MRI圖像層面的選擇層面的選擇是采用選擇37用梯度來(lái)選擇某一層面MRI圖像層面的選擇層面的選擇是采用選擇層面的選擇0=B0層面的選擇0=B038層面的選擇0=B0層面的選擇0=B0380=B0

1.54～1.56T,=42.6MHz,射頻脈沖頻率范圍65.604~66.456MHz0=B01.54～1.56T,=42390=B01.54～1.56T,=42頻率編碼

x方向定位頻率編碼x方向定位40頻率編碼x方向定位頻率編碼x方向定位40MRI核磁共振課件41MRI核磁共振課件41相位編碼y軸定位相位編碼y軸定位42相位編碼y軸定位相位編碼y軸定位42MRI核磁共振課件43MRI核磁共振課件43X軸Y軸都定位后X軸Y軸都定位后44X軸Y軸都定位后X軸Y軸都定位后44MRI核磁共振課件45MRI核磁共振課件45一個(gè)典型成像周期中的各種情況的序列梯度周期梯度場(chǎng)的施加順序我們已經(jīng)了解到在每一成像周期中、不同的梯度在特定的時(shí)刻接通和關(guān)掉的情況。在一個(gè)成像周期，每一個(gè)梯度和其它情況的相互關(guān)系如圖所示。三種梯度的作用如下：層面選擇梯度在RF脈沖加于組織時(shí)接通。對(duì)于處在特定層面內(nèi)的組織來(lái)說(shuō)，這就限制了磁場(chǎng)的激發(fā)和回波的形成。相位編碼(準(zhǔn)備)梯度在每個(gè)周期中接通一短的時(shí)間，用來(lái)產(chǎn)生在圖像一維上的相位差。

這個(gè)梯度的強(qiáng)度從一個(gè)周期到另一個(gè)周期略加改變，以產(chǎn)生成像所需的不同“視野”。頻率編碼(檢測(cè))梯度是在信號(hào)由組織發(fā)射的時(shí)間內(nèi)接通。它可以使得不同的體素橫列發(fā)射不同頻率的信號(hào)。一個(gè)典型成像周期中的各種情況的序列梯度周期梯度場(chǎng)的施加順序46一個(gè)典型成像周期中的各種情況的序列梯度周期梯度場(chǎng)的施加順序信號(hào)采集采樣采樣間隔采樣時(shí)間采樣間隔Ts，采樣頻率s=1/Ts，采樣時(shí)間為T(mén)s=NTs，若采樣點(diǎn)數(shù)為N，可以證明接收信號(hào)的回波帶寬為

SW=1/Ts信號(hào)采集采樣采樣間隔采樣時(shí)間采樣間隔Ts，采樣47信號(hào)采集采樣采樣間隔采樣時(shí)間采樣間隔Ts，采樣數(shù)據(jù)空間TRTRTR時(shí)間域的K空間信號(hào)采集TRTRTRTRTRTRK空間中心信號(hào)強(qiáng)，決定圖像對(duì)比度K空間周?chē)盘?hào)弱，決定圖像的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)空間TR時(shí)間域的K空間信號(hào)采集TRTRK空間中心信號(hào)強(qiáng)，48數(shù)據(jù)空間TR時(shí)間域的K空間信號(hào)采集TRTRK空間中心信號(hào)強(qiáng)，決定產(chǎn)生一幅圖像所需要的周期個(gè)數(shù)的因素

產(chǎn)生一幅圖像需要幾個(gè)步驟：加脈沖；產(chǎn)生梯度場(chǎng)；檢測(cè)信號(hào)獲得信號(hào)所需要的總時(shí)間：TR，NE，NS成像周期決定產(chǎn)生一幅圖像所需要的周期個(gè)數(shù)的因素產(chǎn)生一幅圖像需要幾個(gè)49決定產(chǎn)生一幅圖像所需要的周期個(gè)數(shù)的因素產(chǎn)生一幅圖像需要幾個(gè)傅里葉變換的基本概念如圖所示。它是—個(gè)能將合成信號(hào)分成單個(gè)頻率分量的數(shù)學(xué)過(guò)程。因?yàn)槊恳惑w素列發(fā)射一個(gè)不同頻率的信號(hào)，所以傅里葉變換能夠測(cè)定每個(gè)信號(hào)分量的位置，并把它引導(dǎo)至相應(yīng)的像素列上。

在一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程中，也可用博里葉變換把信號(hào)在相位編碼方向上分類(lèi)。

對(duì)于每個(gè)圖像像素，重建過(guò)程都計(jì)算出一個(gè)相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度值。像素值和像素亮度間的關(guān)系由窗口控制器的設(shè)定來(lái)確定。圖像重建傅里葉變換的基本概念如圖所示。它是—個(gè)能將合成信號(hào)分成單個(gè)頻50傅里葉變換的基本概念如圖所示。它是—個(gè)能將合成信號(hào)分成單個(gè)頻影響圖像質(zhì)量和采集時(shí)間的MRI因素MRI圖像質(zhì)量分析對(duì)比度細(xì)節(jié)噪聲偽影畸變影響圖像質(zhì)量和采集時(shí)間的MRI因素MRI圖像質(zhì)量分析對(duì)比度51影響圖像質(zhì)量和采集時(shí)間的MRI因素MRI圖像質(zhì)量分析對(duì)比度四實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹四實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹52四實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹四實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹52實(shí)驗(yàn)儀器及方法主磁場(chǎng)0.52T，共振頻率約22.6MHz磁極直徑165mm，均勻度12.5ppm質(zhì)子γ

=42.5MHz/T實(shí)驗(yàn)儀器及方法主磁場(chǎng)0.52T，共振頻率約22.6MHz質(zhì)子53實(shí)驗(yàn)儀器及方法主磁場(chǎng)0.52T，共振頻率約22.6MHz質(zhì)子核磁共振成像K空間FFT后2D圖像實(shí)物圖采集過(guò)程中的信號(hào)FFT核磁共振成像K空間FFT后2D圖像實(shí)物圖采集過(guò)程中的信號(hào)FF54核磁共振成像K空間FFT后2D圖像實(shí)物圖采集過(guò)程中的信號(hào)FF自旋回波

TETR確定加權(quán)像信噪比分辨率圖像形狀自旋回波55自旋回波1、趙喜平.磁共振成像

北京:科學(xué)出版社,2004,112、PerrySprawls.Jr.醫(yī)學(xué)成像的物理原理

北京:高等教育出版社,1993,43、

熊?chē)?guó)欣,李立本.核磁共振成像原理

北京:科學(xué)出版社,2007,84、

俎棟林

.核磁共振成像學(xué)

北京:高等教育出版社,2004,1參考書(shū)1、趙喜平.磁共振成像參考書(shū)561、趙喜平.磁共振成像參考書(shū)1、趙喜平.磁共振成像參MRI核磁共振課件57MRI核磁共振課件57Thankyou!Thankyou!58Thankyou!Thankyou!58核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英2016年9月23日核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英59核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英核磁共振基礎(chǔ)及成像姚紅英59核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程核磁共振成像物理基礎(chǔ)核磁共振成像圖像重建實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程60核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程60一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程61一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程一核磁共振成像的發(fā)展過(guò)程61EdwardM.Purcell

FelixBloch

PaulC.Lauterbur

SirP.Mansfield

核磁共振波譜學(xué) 液體高分子的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu) 固體高分辨率核磁共振波譜分析

900MHz20T

化學(xué)、生物大分子、材料和制藥

核磁共振成像學(xué) 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

10T

石油測(cè)井 尋找地下水源EdwardM.PurcellFelixBloch62EdwardM.PurcellFelixBloch磁共振成像的萌芽期1946年到1972年RaymondDamadianPaulLauterbur1971年Science“用NMR信號(hào)可診斷疾病”“惡性組織中氫的T1時(shí)間延長(zhǎng)”1972年用NMR信號(hào)完全可以重建圖像1973年NMR成像突然出現(xiàn)在人們面前磁共振成像的萌芽期1946年到1972年Raymond63磁共振成像的萌芽期1946年到1972年Raymond磁共振成像的成熟期1973年到1978年達(dá)馬迪安、FONAR成像法和他的Indomitable

堅(jiān)定執(zhí)著無(wú)所畏懼磁共振成像的成熟期1973年到1978年達(dá)馬迪安、FON64磁共振成像的成熟期1973年到1978年達(dá)馬迪安、FON梯度場(chǎng)、勞特伯及其組合層析成像法1973年《自然》發(fā)表隨后有4mm的蛤蜊，活鼠成像冥思苦想幾個(gè)月1971年9月的一天數(shù)周的實(shí)驗(yàn)弄清三個(gè)問(wèn)題磁共振成像的成熟期1973年到1978年勞特伯首先創(chuàng)立了用一組投影得到NMR圖像的方法梯度場(chǎng)、勞特伯及其組合層析成像法冥思苦想幾個(gè)月磁共振成像的成65梯度場(chǎng)、勞特伯及其組合層析成像法冥思苦想幾個(gè)月磁共振成像的成磁共振成像的成熟期1973年到1978年磁共振成像的成熟期1973年到1978年66磁共振成像的成熟期1973年到1978年磁共振成像的成熟磁共振成像的發(fā)展期1978年以后研究方向的轉(zhuǎn)折商品化過(guò)程傳統(tǒng)放射學(xué)的新工具磁共振成像的發(fā)展期1978年以后研究方向的轉(zhuǎn)折67磁共振成像的發(fā)展期1978年以后研究方向的轉(zhuǎn)折磁共振成像我國(guó)核磁共振成像的臨床應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究萌芽探索期1986

~

1990年

1980年前后國(guó)際上已商品化放射學(xué)家、醫(yī)學(xué)物理學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家廣州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)物理學(xué)教授謝楠柱1983年8月參加美國(guó)會(huì)議同年11月美國(guó)史東尼克博士來(lái)華講學(xué)

1984年中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)研究會(huì)在北京成立

1984年底中國(guó)科健有限公司成立

1987年1月安科公司成立運(yùn)作1990年初，首臺(tái)ASP-015在河北應(yīng)用我國(guó)核磁共振成像的臨床應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究萌芽探索期19868我國(guó)核磁共振成像的臨床應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究萌芽探索期198全面發(fā)展期1991年至今

陸續(xù)引進(jìn)一批1.0T、1.5T、2.0T超導(dǎo)成像設(shè)備一些大型教學(xué)醫(yī)院引進(jìn)3T臨床研究型系統(tǒng)磁共振成像產(chǎn)業(yè)的起步和發(fā)展

安科公司邁迪特公司西門(mén)子邁迪特公司寧波鑫高益磁材有限公司沈陽(yáng)東軟數(shù)字醫(yī)療股份有限公司北京萬(wàn)東醫(yī)療裝備股份有限公司西安藍(lán)港數(shù)網(wǎng)股份有限公司我國(guó)以低場(chǎng)永磁產(chǎn)品為主，水平達(dá)到世界先進(jìn)水平全面發(fā)展期1991年至今69全面發(fā)展期1991年至今全面發(fā)展期1991年至今二核磁共振成像物理基礎(chǔ)二核磁共振成像物理基礎(chǔ)70二核磁共振成像物理基礎(chǔ)二核磁共振成像物理基礎(chǔ)70核磁共振現(xiàn)象原子核在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)分裂,在一定射頻場(chǎng)作用下吸收其能量發(fā)生能級(jí)躍遷的現(xiàn)象.E=h

塞曼能級(jí)分裂射頻脈沖radiofrequencypulse,RF核磁共振條件E=E2-E1h=E=gINB0核磁共振現(xiàn)象原子核在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)分裂,在一定射頻71核磁共振現(xiàn)象原子核在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)分裂,在一定射頻核自旋磁共振Larmor進(jìn)動(dòng)頻率MxyMz

-回磁比射頻脈沖B1,ω,t0=B0E核自旋磁共振Larmor進(jìn)動(dòng)頻率MxyMz-回磁比射72核自旋磁共振Larmor進(jìn)動(dòng)頻率MxyMz-回磁比射圖1質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量原子核的磁矩1角動(dòng)量的概念2電子的軌道角動(dòng)量

和自旋角動(dòng)量3原子核的自旋圖2電子軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量圖3質(zhì)子的自旋角動(dòng)量圖4外場(chǎng)中質(zhì)子自旋的兩種取向圖1質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量原子核的磁矩1角動(dòng)量的概念2電73圖1質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量原子核的磁矩1角動(dòng)量的概念2電4原子核的磁矩原子核的磁矩圖5環(huán)形電流的磁矩圖6質(zhì)子的自旋與自旋磁矩共線(xiàn)且同向(a)磁矩與外磁場(chǎng)平行(b)磁矩與外磁場(chǎng)反平行圖7在外場(chǎng)中質(zhì)子自旋磁矩的取向4原子核的磁矩原子核的磁矩圖5環(huán)形電流的磁矩圖6質(zhì)子的744原子核的磁矩原子核的磁矩圖5環(huán)形電流的磁矩圖6質(zhì)子的Larmor進(jìn)動(dòng)（a）核受到的磁力矩（b）拉莫爾進(jìn)動(dòng)圖8核受到的磁力矩作用發(fā)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)0=B0Larmor進(jìn)動(dòng)（a）核受到的磁力矩（b）拉莫爾75Larmor進(jìn)動(dòng)（a）核受到的磁力矩（b）拉莫爾圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂76圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂圖9質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化磁化強(qiáng)度矢量MM=∑質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化磁化強(qiáng)度矢量MM=∑77質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化磁化強(qiáng)度矢量MM=∑質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁

縱向磁化減小縱向磁化向xOy平面翻轉(zhuǎn)與產(chǎn)生橫向磁化

=B10=B0縱向磁化減小縱向磁化向xOy78縱向磁化減小縱向磁化向xOy90脈沖180脈沖

=B190脈沖180脈沖=B17990脈沖180脈沖=B190脈沖180由單個(gè)原子核的校直導(dǎo)致組織體素的磁化磁化強(qiáng)度矢量組織體素的濃度核素的磁化靈敏度磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化過(guò)程由單個(gè)原子核的校直導(dǎo)致組織體素的磁化磁化強(qiáng)度矢量組織體80由單個(gè)原子核的校直導(dǎo)致組織體素的磁化磁化強(qiáng)度矢量組織體弛豫過(guò)程松弛、舒張、放松.自然界的固有屬性.非平衡態(tài)到平衡態(tài).

縱向磁化平衡態(tài)

Ｍ０橫向磁化非平衡狀態(tài)M弛豫過(guò)程松弛、舒張、放松.自然界的固有屬性.非平衡態(tài)到81弛豫過(guò)程松弛、舒張、放松.自然界的固有屬性.非平衡態(tài)到弛豫的分類(lèi)自旋核周?chē)植繄?chǎng)的任何波動(dòng)，只要其頻率與自旋核的共振頻率相當(dāng)，均可引起核系統(tǒng)的弛豫。能量傳遞的過(guò)程。自旋-晶格弛豫，縱向弛豫

一個(gè)自旋核與環(huán)境交換能量的過(guò)程自旋-自旋弛豫，橫向弛豫

高能態(tài)的核將能量傳遞給低能態(tài)的核弛豫的分類(lèi)自旋核周?chē)植繄?chǎng)的任何波動(dòng)，只要其頻率與自旋核的共82弛豫的分類(lèi)自旋核周?chē)植繄?chǎng)的任何波動(dòng)，只要其頻率與自旋核的共弛豫過(guò)程中縱向磁化的生長(zhǎng)縱向弛豫時(shí)間T1在每個(gè)成像周期開(kāi)始時(shí)，縱向磁化被一個(gè)RF脈沖減小到零。然后在這周期內(nèi)讓它弛豫。在弛豫階段，測(cè)量其磁場(chǎng)強(qiáng)度并作為像素的強(qiáng)度或亮度，周期就終止了。弛豫過(guò)程中縱向磁化的生長(zhǎng)縱向弛豫時(shí)間T1在每個(gè)成像周期開(kāi)始83弛豫過(guò)程中縱向磁化的生長(zhǎng)縱向弛豫時(shí)間T1在每個(gè)成像周期開(kāi)始橫向磁化很快會(huì)衰減橫向弛豫時(shí)間T2，T2比T1短具有最短T2值的組織要比其他組織衰減快橫向弛豫時(shí)間T2橫向磁化很快會(huì)衰減具有最短T2值的組織要比其他組織衰減快橫向84橫向磁化很快會(huì)衰減具有最短T2值的組織要比其他組織衰減快橫向縱向分量要回家，橫向分量要散伙；

散伙得快，回家得慢。ＭＺ

Ｍ０ＭＸＹ０縱向分量要回家，橫向分量要散伙； 散伙得快，回家得85縱向分量要回家，橫向分量要散伙； 散伙得快，回家得90脈沖后磁化強(qiáng)度矢量的弛豫綜合弛豫軌跡90脈沖后磁化強(qiáng)度矢量的弛豫綜合弛豫軌跡8690脈沖后磁化強(qiáng)度矢量的弛豫綜合弛豫軌跡90脈沖后磁自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID87自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID自由感應(yīng)衰減信號(hào)FID87自旋回波信號(hào)SE讓磁矩180度反向自旋回波序列中，消除磁場(chǎng)不均勻的影響90度脈沖后相位聚集質(zhì)子失相180

度脈沖后相位反轉(zhuǎn)相位重聚自旋回波信號(hào)SE讓磁矩180度反向90度脈沖后相位聚集88自旋回波信號(hào)SE讓磁矩180度反向90度脈沖后相位聚集自旋回波信號(hào)SpinEcho自旋回波信號(hào)SpinEcho89自旋回波信號(hào)SpinEcho自旋回波信號(hào)SpinEcho用于成像的信號(hào)是采集線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B=0

M=BS用于成像的信號(hào)是采集線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B=0M90用于成像的信號(hào)是采集線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B=0M用于三核磁共振成像的圖像重建三核磁共振成像的圖像重建91三核磁共振成像的圖像重建三核磁共振成像的圖像重建91點(diǎn)成像法線(xiàn)成像法面成像法體積成像法點(diǎn)成像法92點(diǎn)成像法點(diǎn)成像法92拉莫爾進(jìn)動(dòng)0

=B0A=cos(t+)相位=

t+梯度場(chǎng)Bx=GxXBy=GyYBz=GzZ拉莫爾進(jìn)動(dòng)0=B0A=cos(t+)相位93拉莫爾進(jìn)動(dòng)0=B0A=cos(t+)相位

運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要的圖像運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要的圖像94運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要的圖像運(yùn)用MR信號(hào)形成所需要用梯度來(lái)選擇某一層面MRI圖像層面的選擇層面的選擇是采用選擇性激發(fā)的原理實(shí)現(xiàn)，如圖所示。當(dāng)磁場(chǎng)梯度方向是沿著患者體軸方向時(shí)．組織的每個(gè)層面對(duì)一個(gè)不同的共振頻率調(diào)諧。這是因?yàn)橘|(zhì)子的共振頻率與磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比的緣故。用梯度來(lái)選擇某一層面MRI圖像層面的選擇層面的選擇是采用選擇95用梯度來(lái)選擇某一層面MRI圖像層面的選擇層面的選擇是采用選擇層面的選擇0=B0層面的選擇0=B096層面的選擇0=B0層面的選擇0=B0960=B0

1.54～1.56T,=42.6MHz,射頻脈沖頻率范圍65.604~66.456MHz0=B01.54～1.56T,=42970=B01.54～1.56T,=42頻率編碼

x方向定位頻率編碼x方向定位98頻率編碼x方向定位頻率編碼x方向定位98MRI核磁共振課件99MRI核磁共振課件99相位編碼y軸定位相位編碼y軸定位100相位編碼y軸定位相位編碼y軸定位100MRI核磁共振課件101MRI核磁共振課件101X軸Y軸都定位后X軸Y軸都定位后102X軸Y軸都定位后X軸Y軸都定位后102MRI核磁共振課件103MRI核磁共振課件103一個(gè)典型成像周期中的各種情況的序列梯度周期梯度場(chǎng)的施加順序我們已經(jīng)了解到在每一成像周期中、不同的梯度在特定的時(shí)刻接通和關(guān)掉的情況。在一個(gè)成像周期，每一個(gè)梯度和其它情況的相互關(guān)系如圖所示。三種梯度的作用如下：層面選擇梯度在RF脈沖加于組織時(shí)接通。對(duì)于處在特定層面內(nèi)的組織來(lái)說(shuō)，這就限制了磁場(chǎng)的激發(fā)和回波的形成。相位編碼(準(zhǔn)備)梯度在每個(gè)周期中接通一短的時(shí)間，用來(lái)產(chǎn)生在圖像一維上的相位差。

這個(gè)梯度的強(qiáng)度從一個(gè)周期到另一個(gè)周期略加改變，以產(chǎn)生成像所需的不同“視野”。頻率編碼(檢測(cè))梯度是在信號(hào)由組織發(fā)射的時(shí)間內(nèi)接通。它可以使得不同的體素橫列發(fā)射不同頻率的信號(hào)。一個(gè)典型成像周期中的各種情況的序列梯度周期梯度場(chǎng)的施加順序104一個(gè)典型成像周期中的各種情況的序列梯度周期梯度場(chǎng)的施加順序信號(hào)采集采樣采樣間隔采樣時(shí)間采樣間隔Ts，采樣頻率s=1/Ts，采樣時(shí)間為T(mén)s=NTs，若采樣點(diǎn)數(shù)為N，可以證明接收信號(hào)的回波帶寬為

SW=1/Ts信號(hào)采集采樣采樣間隔采樣時(shí)間采樣間隔Ts，采樣105信號(hào)采集采樣采樣間隔采樣時(shí)間采樣間隔Ts，采樣數(shù)據(jù)空間TRTRTR時(shí)間域的K空間信號(hào)采集TRTRTRTRTRTRK空間中心信號(hào)強(qiáng)，決定圖像對(duì)比度K空間周?chē)盘?hào)弱，決定圖像的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)空間TR時(shí)間域的K空間信號(hào)采集TRTRK空間中心信號(hào)強(qiáng)，106數(shù)據(jù)空間TR時(shí)間域的K空間信號(hào)采集TRTRK空間中心信號(hào)強(qiáng)，決定產(chǎn)生一幅圖像所需要的周期個(gè)數(shù)的因素

產(chǎn)生一幅圖像需要幾個(gè)步驟：加脈沖；產(chǎn)生梯度場(chǎng)；檢測(cè)信號(hào)獲得信號(hào)所需要的總時(shí)間：TR，NE，NS成像周期決定產(chǎn)生一幅圖像所需要的周期個(gè)數(shù)的因素產(chǎn)生一幅圖像需要幾個(gè)107決定產(chǎn)生一幅圖像所需要的周期個(gè)數(shù)的因素產(chǎn)生一幅圖像需要幾個(gè)傅里葉變換的基本概念如圖所示。它是—個(gè)能將合成信號(hào)分成單個(gè)頻率分量的數(shù)學(xué)過(guò)程。因?yàn)槊恳惑w素列發(fā)射一個(gè)不同