磁共振成像基本原理-卫生部北京医院杨正汉
MRI信号分析基础：T1WI、T2WI、FLAIR、DWI_杨正汉
•激励使组织产生旋转的宏观横向磁场（Mxy）•MRI线圈能够探测到旋转的Mxy•含有氢质子，并具有足够量–如胆碱、NAA等在MRI上信号可忽略不计–把水及脂肪抑制后的MRS上才能探测到•进动频率在激励脉冲频率范围内•MRI信号是相对强度，没有标准单位•常用AU（任意单位）表示•信号强度影响因素太多•全面细致•正确参照MRI序列的信号分析•常规序列–T1WI–T2WI/T2*WI–PDWI•T1WI 上影响组织信号高低的主要因素–T1弛豫速度：越快，组织信号越高多数病灶在T1WI 上呈相对低信号友谊放射8星形细胞瘤脑脓肿脑梗死多数病变在T1WI 呈低信号友谊放射9肝囊肿血管瘤转移瘤肝细胞癌蛋白含量低的上颌窦粘膜下囊肿友谊放射蛋白含量高的上颌窦粘膜下囊肿T1WI T2WI11肝囊肿粘液腺癌转移含顺磁物质组织在T1WI 呈高信号友谊放射12亚急性血肿正铁血红蛋白黑色素瘤转移正常肝实质正常胰腺腺体肝硬化RN 、DN含甘油三酯组织在T1WI 呈高信号友谊放射14含脂肪的AMLHCC 脂肪变性铁的T2T2**效应对T1WI 信号的影响友谊放射反相位2.38ms同相位4.76ms1.5T正常肝铁过载•T2WI 上影响组织信号高低的主要因素–T2弛豫速度：越快，组织信号越低•蛋白质及结合水含量，越高往往T2越短多数病灶在T2WI 上呈高信号友谊放射17肝囊肿血管瘤转移瘤肝细胞癌组织含水量越高，在T2WI 上信号越高•实性病变：信号多略高于肝脏，接近脾脏信号•富水病变：明显高信号，接近于胆汁和脑脊液友谊放射18实性病变（AML ）富水病富水病变（血管瘤）变（血管瘤）顺磁物质导致T2WI 低信号友谊放射19急性期血肿脱氧血红蛋白亚急性晚期血肿周边含铁血黄素亚急性早期血肿细胞内正铁血红蛋白顺磁物质导致T2WI 低信号友谊放射20DN自身免疫性溶血胰SPN 出血•PDWI 上影响组织信号高低的主要因素–质子密度：越高，组织信号越高含水或/和含脂越高，PDWI 信号越高友谊放射22•FLAIR ：液体抑制反转恢复•自由水抑制，而采集结合水信号？90︒180︒反转180︒反转180︒聚焦180︒聚焦180︒聚焦180︒聚焦180︒聚焦快速自旋回波•基本对比为T2对比–长TE ，长TR–没被IR 脉冲抑制掉的组织将表达T2特征FLAIR 序列信号特点•呈现高信号–短T1，同时T2不太短的组织–长T2，同时T1不很长的组织FLAIR 序列上组织的信号特点FLAIR 暴露出被脑脊液掩盖的病灶友谊放射28FSE FSE--T2WI FLAIR (TIR)SE SE--T1WI 增强胶质瘤病多数长T1、长T2的成分在FLAIR 上呈高信号（除了接近纯水的液体）友谊放射腔梗软化灶及白质脱鞘FLAIRT2WIT1WI扩大的血管周围间隙FLAIRT2WI T1WI友谊放射亚急性硬膜下血肿FLAIRT2WI T1WI可能在FLAIR 上呈等信号友谊放射上颌窦粘膜下囊肿FLAIRT2WI T1WI•自由水扩散自由，信号衰减多•结合水扩散受限，信号衰减少DWI•扩散–热能驱动分子随机的平移运动•扩散加权成像（DWI ）–探测水分子的扩散运动无创探测活体组织中水分子扩散运动的唯一方法自由扩散：扩散不受限制（纯水样成分）90°180°DWI 产生对比的原理◆常规DWI ，扩散梯度场对细胞外自由水运动敏感◆T2WI 本底信号，施加扩散梯度，所有组织信号衰减◆自由水扩散越自由= 信号丢失多，DWI 信号越低◆自由水扩散越受限= 信号丢失少，DWI 信号越高DWI 上组织信号高低的主要影响因素◆DWI 的组织信号强度◆在b=0（T2WI ）的基础上◆施加扩散梯度场（b 值），所有组织的信号都衰减DWI 所见为衰减后组织中残留的信号DWI 分析常见误区及对策◆描述某组织中水分子扩散受限●除纯水样成分如脑脊液外，其他组织均存在扩散受限●DWI 是评估组织中水分子扩散受限程度改变的●不同的正常组织扩散受限程度不同●神经组织及淋巴组织扩散受限程度高于其他一般的组织友谊放射38◆看到DWI 高信号就认为扩散受限加重●DWI 上组织信号高低受很多因素影响●组织因素：T2值、扩散受限程度●成像参数：b 值●其他因素：参照物◆DWI 正确的评估方法●观察b=0，高b 值DWI 及ADC 图●找好参照物●肉眼观察与半定量分析相结合DWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 等信号时–组织扩散受限加重，信号衰减比其他组织少◆T2WI 高信号时DWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 等信号时◆组织扩散受限加重，信号衰减比其他组织少◆DWI 上高信号是由于扩散受限程度加重发病3小时的脑卒中超急性脑梗塞，细胞毒性水肿友谊放射41•水分增多不明显，T2WI 等信号•细胞肿胀，扩散受限加重，DWI 高信号•sHCC 含水量无增多，T2WI 等信号•细胞密度增大，扩散受限加重，DWI 高信号友谊放射42T2WI T1WI动脉期平衡期门脉期DWIDWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 等信号时◆组织扩散受限加重，信号衰减比其他组织少◆T2WI 高信号时DWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 高信号时–组织扩散受限加重，信号衰减比其他组织少–在DWI 上相对信号更高–DWI 上高信号为扩散受限加重+T2穿透恶性病灶的DWI 表现肝转移瘤友谊放射45HCCDWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 高信号时–病变扩散受限与周围组织相似–由于T2穿透效应，在DWI 上仍呈高信号–DWI 高信号为T2穿透效应所致由于T2穿透效应引起DWI 高信号EAML友谊放射47T2WI B=600ADC Map炎性肉芽肿DWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 高信号时–病变扩散受限减轻，信号衰减多于其他组织–由于T2穿透效应，DWI 上仍呈高信号–DWI 上高信号为T2穿透效应所致ADC MapT2穿透效应造成DWI 高信号部分囊肿友谊放射49血管瘤T2WI DWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 等信号时◆组织扩散受限加重，信号衰减比其他组织少◆T2WI 高信号时DWI 上呈现高信号的可能原因◆T2WI 低信号时–组织扩散受限程度明显加重，信号衰减明显少于其他组织–DWI 上呈相对高信号ADC Map◆仅介绍肉眼观察如何分析常规DWI ◆DWI 、ADC 、eADC •MRI 信号实际就是宏观横向磁场•组织的MR 信号主要来源于自由水及甘油三酯•其他物质通过影响自由水的弛豫，影响组织信号强度。
磁共振成像的基本原理和应用
磁共振成像的基本原理和应用1. 介绍磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种无创、非放射性的医学成像技术。
它利用核磁共振现象，在人体或物体内部生成高质量的二维或三维图像。
MRI技术已经广泛应用于临床医学、生物医学研究和材料科学等领域，为人们提供了重要的诊断和研究工具。
2. 基本原理MRI技术基于核磁共振现象，核磁共振是原子核在外加磁场和射频脉冲作用下发生的现象。
2.1 磁场MRI中使用的主磁场通常是由强大的超导磁体产生的恒定磁场。
该磁场可以将原子核的自旋磁矩定向，并为后续的成像过程提供必要的条件。
2.2 射频脉冲射频脉冲是一个特定频率的交变电磁场，用于改变原子核的自旋状态。
当射频脉冲作用于原子核时，原子核的自旋会从低能级跃迁到高能级。
射频脉冲的特定属性可以决定后续信号的强度和获取的图像特征。
2.3 自旋回弹和信号检测在射频脉冲作用结束后，原子核的自旋会重新回到低能级。
在回到低能级的过程中，原子核会发射出一定的能量，即MR信号。
这个信号可以通过感应线圈进行检测和记录。
2.4 图像重建通过对检测到的信号进行处理和分析，可以生成人体或物体内部的图像。
图像重建的过程主要包括数据采集、数据处理和图像生成。
最终的图像可以显示不同组织结构、器官或病变的特征。
3. 应用领域MRI技术在医学和科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 临床医学•脑部成像：MRI可以提供详细的脑部结构、解剖和病变信息，用于脑卒中、肿瘤和神经系统疾病的诊断和治疗监测。
•心脏成像：MRI可以检测心脏结构和功能，帮助评估心脏病变和心血管疾病。
•关节成像：MRI可以观察关节的软组织结构和病变，用于骨关节炎、关节损伤等的诊断。
•肝脏成像：MRI可以评估肝脏肿瘤、肝硬化等疾病，并提供手术规划和治疗监测的指导。
3.2 生物医学研究•神经科学研究：MRI可以用于研究大脑的结构和功能，探究神经系统的工作机制和疾病的发生机理。
MRI磁共振快速、超快速采集技术-MR杨正汉(可编辑)
MRI磁共振快速、超快速采集技术-MR杨正汉磁共振快速、超快速采集技术卫生部北京医院放射科北京大学第五临床医院杨正汉概要磁共振快速采集技术基础复习K空间和SE序列快速成像的理由快速成像的硬件要求快速成像相关的基本概念优质快速图像的要求磁共振快速采集技术……第一部分磁共振快速采集技术基础 K空间的特性矩阵为256*256的图像需要采集256条相位编码线来完成K空间的填充， K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应的, K空间中每一个点具有全层信息 K空间的特性 K空间具有对称性相位编码方向的镜像对称频率编码方向的对称 K空间特性填充K空间中央区域的相位编码线决定图像的对比填充K空间周边区域的相位编码线决定图像的解剖细节运动相关的部分容积效应 3、快速MRI的硬件要求要加快MRI信号采集速度并保证图像一定的信噪比（signal to noise ratio，SNR）及空间分辩，硬件的发展至关重要，其中最重要的是：主磁体场强及其均匀度梯度线圈脉冲线圈主磁场主磁场的场强 MRI的SNR与主磁场场强的成正比如果其他所有成像参数相同，1.5T磁共振采集1次所得图像的SNR，用0.5T的磁共振需要采集9次才能获得（扫描时间9倍）临床应用型的MRI仪场强已由0.15 T以下上升到1.0T-3.0T梯度线圈空间定位、采集信号等作用梯度线圈性能的提高 ? 磁共振成速度加快没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术脉冲线圈脉冲线圈的作用如同无线电波的天线激发人体产生共振（广播电台的发射天线）采集MR信号（收音机的天线）表面线圈脉冲线圈特别是接收线圈的进步显著提高了MR图像的信噪比。
表面接收线圈至今已发展到第四代。
第一代为线性极化表面线圈第二代为圆形极化表面线圈第三代为圆形极化相控阵线圈第四代为一体化全景相控阵线圈相控阵线圈用相控阵线圈采集的MR图像的SNR明显高于用体线圈采集的MR图像 4、与快速成像相关的MRI基本概念矩阵、FOV、空间分辨率图像信噪比（signal to noise ratio,SNR 对比噪声比（contrast to noise ratio,CNR 采集次数（平均次数）激发角度 K空间及其填充影响SNR的主要因素主磁场场强（正比关系）表面线圈空间分辨－－Voxel体积大小（正比）层厚、Matrix、FOV 采集次数（平方根正比）序列及其参数对比噪声比（CNR 在图像拥有一定SNR的条件下，足够的CNR是检出病变（特别是实质脏器内病变）的根本保证。
MRI磁共振成像基本原理-杨正汉(可编辑)
MRI磁共振成像基本原理-杨正汉（可编辑）MRI磁共振成像基本原理-杨正汉学习MRI前应该掌握的知识电学磁学量子力学高等数学一、MRI扫描仪的基本硬件构成一般的MRI仪由以下几部分组成主磁体梯度线圈脉冲线圈计算机系统其他辅助设备 1、主磁体 2、梯度线圈作用: 空间定位产生信号其他作用梯度线圈性能的提高 ? 磁共振成像速度加快没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术 3、脉冲线圈脉冲线圈的作用如同无线电波的天线激发人体产生共振(广播电台的发射天线) 采集MR信号(收音机的天线) 4、计算机系统及谱仪数据的运算控制扫描显示图像 5、其他辅助设备空调检查台激光照相机液氦及水冷却系统自动洗片机等二、MRI的物理学原理1、人体MR成像的物质基础原子的结构原子核总是绕着自身的轴旋转,,自旋 ( Spin )通常情况下人体内氢质子的核磁状态把人体放进大磁场 2、人体进入主磁体发生了什么, 没有外加磁场的情况下，质子自旋产生核磁，每个氢质子都是一个“小磁铁”，但由于排列杂乱无章，磁场相互抵消，人体并不表现出宏观的磁场，宏观磁化矢量为0。
指南针与地磁、小磁铁与大磁场进入主磁场后磁化矢量的影响因素进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏观磁化矢量不同的组织由于氢质子含量的不同，宏观磁化矢量也不同磁共振不能检测出纵向磁化矢量 3、什么叫共振，怎样产生磁共振, 共振:能量从一个震动着的物体传递到另一个物体，而后者以前者相同的频率震动。
共振条件频率一致实质能量传递无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了90度，MRI可以检测到人体发出的信号氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90度脉冲后磁化矢量偏转，产生的旋转的宏观横向矢量越大，MR信号强度越高。
此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织 4、射频线圈关闭后发生了什么, 横向弛豫也称为T2弛豫，简单地说，T2弛豫就是横向磁化矢量减少的过程。
纵向弛豫也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。
基本病变的MRI信号分析：出血_杨正汉
• 病因
– 创伤 – 炎症 – 肿瘤 – 血管病变 – 出血性疾病 – 局部循环障碍 – ……
友谊放射
陈杰，等. 病理学，人民卫生出版社，2015年8月第三版
友谊放射
陈杰，等. 病理学，人民卫生出版社，2015年8月第三版
二、出血的CT探测
• 优势
– 方便、快捷、价廉
脑内出血的CT分期
• 急性期
基本病变的MRI信号分析
---- 出血的MRI信号分析
杨正汉
首都医科大学附属北京友谊医院
友谊放射
– 脑内动脉单次出血引起的血肿 – 蛛网膜下腔出血 – 肿瘤内出血 – 囊肿内出血 友谊放射
2
从心腔或血管腔逸出
出血的发病机理
• 破裂性出血：心脏或血管壁破裂，出血量大
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1、SE/FSE T1WI、T2WI、FLAIR
•180度聚焦脉冲可抵消磁场不均匀 •不均匀磁场（细胞内脱氧Hb/正铁Hb、血黄素）
–移动水质子不完全被聚焦 –可导致信号丢失 –信号丢失随场强增高越加明显 –信号丢失随TE延长越加明显
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友谊放射
友谊放射
2、GRE T2*WI
•不能抵消磁场不均匀 •在不均匀磁场（细胞内脱氧/正铁、血黄素）
–信号丢失更明显信号
3、 DWI（含b=0的T2WI）
•常采用单次激励SE-EPI •1个自旋回波+127梯度回波（128*128） •T2WI（b=0），实际上T2*加权成分很多
– 如果血肿内磁场不均匀，信号丢失很明显 – 病灶周边的信号丢失也通常更明显
•在血肿周边的像素
–夹杂有出血成分及周围组织 –磁敏感存在差异 –常有信号丢失，比T2WI明显
物质的磁敏感性
基本病变的MRI信号分析-水肿、坏死、纤维化-杨正汉
• T1WI多为等信号或略低信号，偶可略高信号
• 动态增强各期无强化
• 超长延迟扫描可见对比渗透入病灶
– 果核
• 约见于2/3的孤立性坏死结节
– 果皮
• 假包膜
• 肉芽组织+纤维组织
• 早期强化+延迟强化
• 影像学特征
– CT软组织密度
– T1WI等信号、稍高或稍低信号均可
– T2WI：随脱水程度而不同（稍高、等、低）
– DWI：扩散受限不增加或减低
– 无强化
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友谊放射
肾梗死（凝固坏死）
• 坏死区细胞结构消失 友谊放射 • 肾小球、肾小管的轮廓存在
病例分析
• 男性，62岁 • 内蒙古包头市人 • 乙肝病史20余年 • 无明显症状与体征 • 当地超声发现右肝略低回声结节 • 当地CT发现右肝等密度结节，增强扫描呈低密度 • 肝功能正常 • AFP正常范围 • 其他肿瘤标记物阴性
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2
细胞毒性水肿，扩散受限加重的机理
细胞缺氧，ATP生成不足，钠钾泵失能 细胞内钠潴留，细胞内晶体渗透压增高 细胞外间隙的水分子进入细胞内 细胞肿大，细胞外间隙狭窄 组织总水量无明显变化
正常时
超急性脑梗发塞病，3小细时胞的毒脑性卒水中肿
细胞外水进入细胞内 友谊放射
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• 水分增多不明显，T2WI等信号
• 机理
– 血脑屏障不同程度破坏
– 血浆渗出到血管外，到达细胞外间隙
– 组织中水分增多
• 常见病因
– 肿瘤周围
– 血肿周围
– 炎症
– 急性晚期及亚急性脑梗死
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友谊放射
3
血管源性脑水肿
• 病理变化
MRI信号分析基础：信号产生、本质及读片原则_杨正汉
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4
核磁弛豫（Relaxation）
射频脉冲关闭后，宏观磁场逐渐恢复到平衡状态 （激励前）的过程或现象 横向宏观磁化矢量逐渐缩小直到零 纵向宏观磁化矢量逐渐增大直到最大（平衡态） 核磁弛豫可分解为两个部分（关联由相对独立） 横向弛豫 纵向弛豫
友谊放射
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（1）纵向磁化矢量的恢复----纵向弛豫
• 也称为T1弛豫 • Mz逐渐恢复，直至最大（平衡态）的过程
90度 脉冲
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友谊放射
纵向弛豫的机理
90度激发 纵向弛豫 低能的质子群获能进入高能状 高能的质子群释放能量
高能质子群把能量释放给谁？
高能的质子群把能量释放给周围的分子（晶格） T1弛豫（纵向弛豫）也称自旋—晶格弛豫 也是共振过程，遵循共振的原则 晶格振动频率接近质子进动频率，T1弛豫较快
脂肪组织
晶格振动频率明显高于质子进动频率，T1弛豫较慢
纯水样液体
纵向弛豫实际上也是个共振过程， 同样遵循共振的原则
友谊放射
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晶格振动频率明显低于质子进动频率，T1弛豫较慢
高浓度大分子蛋白 友谊放射
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T1弛豫：高能态质子群释放能量回到低能状 T1值
友谊放射 描述组织T1弛豫的快慢 Mz从零恢复到最大者63%所需的时间
友谊放射 友谊放射
？
2
概要
• MRI信号的产生 • MRI信号模式 • MRI基本对比的产生 • MRI的信号直接来源 • MRI信号强度的影响因素 • MRI的读片原则
友谊放射
3
1. MRI信号的产生
• 核磁
–磁性原子核自旋产生的磁场
• 磁性原子核
–质子为奇数，中子为奇数 –质子为奇数，中子为偶数 –质子为偶数，中子为奇数
MRI常用序列及其应用-杨正汉
–MRCP、MRU
–心臟快速成像
–顱腦、脊柱超快速T2WI（躁動病人）
HASTE用於顱腦T2WI
TSE-T2WI
HASTE-T2WI
HASTE-T2WI，單層掃描時間0.8秒
呼吸觸發FSE-T2WI與HASTE-T2WI序列的比較
呼吸觸發FSE T2WI
HF-SS-FSE T2WI
膽總管下端結石
•橫向磁化向量的衰減是由於質子失相位
• 質子失相位的原因
1. 質子小磁場的相互作用造成磁場不均 勻（隨機）－－真正的T2弛豫 2. 主磁場的不均勻（恒定），後者是造 成質子失相位的主要原因
•1+2產生的橫向磁化向量衰減實際上為T2*弛豫
•180度複相脈衝可以抵消主磁場恒定不均勻造成 的信號衰減，從而獲得真正的T2弛豫圖像
雜合序列 Hybrid Sequence
一、自由感應衰減序列
二、自旋回波類序列
1、自旋回波序列
•自旋回波（spin echo，SE）序列結構圖
激發脈衝
層面選擇梯度 頻率編碼梯度 相位編碼梯度
MR信號
•90度脈衝激發組織產生橫向磁化向量
SE序列圖
•180度脈衝的作用？？？
•90 度激發脈衝關閉後，所產生的橫向磁化 向量很快衰減－－自由感應衰減（FID）
T2WI
90
180
180
90
回波 回波
腦
水
選擇合適長的TE獲得最好的T2對比
Mxy
合適長的TE 100% 一般TE選擇兩種組織生物 T2值附近可獲得最好的T2對比
T2對比
時間（ms）
短TR（200-500ms） 短TE（<20ms）
T1WI
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•脉冲线圈的分类
•按作用分两类 –激发并采集MRI信号（体线圈） –仅采集MRI信号，激发采用体线 圈进行（绝大多数表面线圈）
接收线圈与MRI图像SNR密切相关
接收线圈离身体越近，所接收到的信号越强 线圈内体积越小，所接收到的噪声越低
按与检查部位的关系分
体线圈 表面线圈
第一代为线性极化表面线圈
第二代为圆形极化表面线圈
–1、1H的磁化率很高；
–2、1H占人体原子的绝大多数。
•通常所指的MRI为氢质子的MR图像。
人体元素
1H 14N 31P 13C 23Na 39K
摩尔浓度
99.0
相对磁化率
1.0
1.6
0.35 0.1 0.078 0.045
0.083
0.066 0.016 0.093 0.0005
17O
2H 19F
OpenMark 3000
•MR按主磁场的场强分类
–MRI图像信噪比与主磁场场强成正比
–低场: 小于0.5T –中场：0.5T－1.0T
–高场: 1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）
–超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）
高斯（gauss, G）。 Gauss (1777-1855)
晶格震动频率接近于质子进动频率
能量传递快－－脂肪，含中小分子蛋白质 晶格震动频率低于质子进动频率 能量传递慢－－含高浓度大分子蛋白
•T1弛豫是由于高能质子的能量释放回到低能状态 •用T1值来描述组织T1弛豫的快慢
不同组织有不同的T1弛豫时间
人体各种组织的T2弛豫要比T1弛豫快得多
T1>>>T2
二、MRI的物理学原理
1、人体MR成像的物质基础
• 原子的结构
电子：负电荷 中子：无电荷
质子：正电荷
原子核总是绕着自身的轴旋转－－自旋 ( Spin )
自旋与核磁
•地球自转产生磁场 •原子核总是不停地按一定频率绕着自身的 轴发生自旋 ( Spin ) •原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁 场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为 核磁共振成像（NMRI）。
一、MRI扫描仪的 基本硬件构成
• 一般的MRI仪由以下几部分组成
– – – – – 主磁体 梯度线圈 脉冲线圈 计算机系统 其他辅助设备
1、主磁体
分类 磁场强度 磁场均匀度
•MRI按磁场产生方式分类
主 磁 体
永磁
常导
电磁 超导
0.35T 永磁磁体
1.5T 超导磁体
•按磁体的外形可分为
•开放式磁体 •封闭式磁体 •特殊外形磁体
1010mT
梯度两端磁 场强度差值
1000mT
1000mT
990mT梯度场中点有效梯度场长度 50 cm 梯度场强＝（1010mT-990mT）/ 0.5 M= 40 mT/M
梯度场强
爬升时间
切换率＝梯度场预定强度/爬升时间
3、脉冲线圈
• 脉冲线圈的作用 • 如同无线电波的天线 – 激发人体产生共振（广 播电台的发射天线） – 采集MR信号（收音机 的天线）
德国著名数学家，于1832年首次测量了地球的磁场。
1高斯为距离5安培电流的直导线1厘米处检测到的磁场强度
5安培 1厘米 1高斯
地球的磁场强度分布图
特斯拉（Tesla,T）
Nikola Tesla (18571943), 奥地利电器工程 师，物理学家，旋转磁 场原理及其应用的先驱 者之一。
1 T = 10000G
0.031
0.015 0.0066
0.029
0.096 0.83
•人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢 质子3×1022）
•每个氢质子都自旋产生核磁现象 •人体象一块大磁铁吗？
矢量的合成与分解
通常情况下人体内氢质子的核磁状态
通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的 磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消， 人体并不表现出宏观磁化矢量。
= .B ：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比
42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
由于在主磁场中质子进动，每个氢质子均 产生纵向和横向磁化分矢量，那么人体进 入主磁场后到底处于何种核磁状态？
高 能 与 低 能 状 态 质 子 的 进 动
•处于低能状态的质子略多于处于高能状态 的质子，因而产生纵向宏观磁化矢量
自旋质子磁场暴露在大磁场与临近自旋质子的小磁 场中 由于分子的运动，质子周围的小磁场不断波动
每个质子感受的磁场不均匀
根据Lamor定律
磁场高－质子进动快
场强低－质子进动慢
同相位进动的 质子失相位
•T2弛豫是由于进动质子的失相位 •用T2值来描述组织T2弛豫的快慢
不同的组织横向弛豫速度不同（T2值不同）
• MR只能采集旋转的横向磁化矢量
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量
•在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横 向的磁化矢量越大，MR信号越强
T2加权成像 （T2WI)
反映组织 横向弛豫 的快慢！
• T2值小 横向磁化矢量减少快 残留的横向磁化矢量小 MR信号低（黑） • T2值大 横向磁化矢量减少慢 残留的横向磁化矢量大 MR信号高（白） • 水T2值约为1600毫秒 MR信号高 • 脑T2值约为100毫秒 MR信号低
微观效应
磁共振现象是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）激 发人体内的氢质子来引发的，这种射频脉冲的频率必须 与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态
射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发生偏转 射频脉冲的强度和持续时间决定射频脉冲激发后的效应
宏观效应
低能量
中等能量
高能量
低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态， 高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零
第三代为圆形极化相控阵线圈 第四代为一体化全景相控阵线圈
•利 用 2.3cm 显微线圈采 集的指纹MR 图像
3D-FFE Matrix 512×512
FOV
2.5cm
4、计算机系统及谱仪
• 数据的运算
• 控制扫描
• 显示图像
5、其他辅助设备
空调 检查台 激光照相机 液 氦 及 水 冷 却系统 自 动 洗 片 机 等
• 射频脉冲停止后，在主磁场的作用下， 横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向 宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态， 这个过程称为核磁弛豫。 • 核磁弛豫又可分解为两个部分： • 横向弛豫 • 纵向弛豫
90度脉冲
横向弛豫
• 也称为T2 弛豫，简 单地说， T2弛豫就 是横向磁 化矢量减 少的过程。
T2弛豫的原因
把人体放进大磁场
2、人体进入主磁体发生了什么？
• 没有外加磁场的情况下，质子自旋 产生核磁，每个氢质子都是一个 “小磁铁” ，但由于排列杂乱无章， 磁场相互抵消，人体并不表现出宏 观的磁场，宏观磁化矢量为0。
指南针与地磁、小磁铁与大磁场
组进 织入 质主 子磁 的场 核前 磁后 状人 态体
•处于高能状态太费劲，并非人人都能做到
磁共振成像基本原理
杨正汉
卫生部北京医院放射科 北京大学第五临床医学院
•MRI基本原理
•非常重要 •难以理解
•非常重要
学习MRI前应该掌握的知识
• • • • 电学 磁学 量子力学 高等数学 • • • • 初中数学 初中物理 加减乘除 平方开方
磁共振成像基本原理
•一个放射科医生对磁共振成像的理解
• 梯度线圈性能的 提高 磁共振成 像速度加快 • 没有梯度磁场的 进步就没有快速、 超快速成像技术
梯度、梯度磁场
梯度磁场的产生
Z轴方向梯度磁场的产 生
X、Y、Z轴上梯度磁场的产生
•梯度线圈性能指标
–梯度场强 –切换率 25 / 60mT/m 120 / 200mT/m.s
梯度场强（mT/M）＝梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的长度
•处于低能状态的略多一点，007
进入主磁场后磁化矢量的影响因素
温度、主磁场强度、质子含量
•温度
•温度升高，磁化率降低
•主磁场场强
•场强越高，磁化率越高，场强几乎与磁化 率成正比
•质子含量
•质子含量越高，与主磁场同向的质子总数 增加（磁化率不变）
处于低能状态的质子到底比处于高能 状态的质子多多少？？？
使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生 宏观横向磁化矢量
90 度 脉 冲 继 发 后 产 生 的 宏 观 和 微 观 效 应
90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转 横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接 收线圈，MR仪可以检测到。 氢 质 子 多 氢 质 子 少
•非常重要
• 无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了 90度，MRI可以检测到人体发出的信号 • 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90 度脉冲后磁化矢量偏转，产生的旋转的宏 观横向矢量越大，MR信号强度越高。 • 此时的MR图像可区分质子密度不同的两 种组织
如何才能产生横向宏观磁化矢量？
3、什么叫共振，怎样产生磁共振？
• 共振 ：能量从一个震动着的物体传递到另一 个物体，而后者以前者相同的频率震动。
共 振
• 条件
– 频率一致
• 实质
– 能量传递
体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？
给低能的氢质子能量，氢质子获得能 量进入高能状态，即核磁共振。
怎样才能使低能氢质子获得能量， 产生共振，进入高能状态？
地磁、磁铁、核磁示意图
原 子 核 自 旋 产 生 核 磁
•非常重要
核磁就是原子核自旋产生的磁场
所有的原子核都可产生核磁吗？