磁共振成像(1)基础入门
磁共振成像基础知识
IR序列M的变化过程
IR序列特点
IR序列具有强T1对比特性； • 可设定TI，饱和特定组织产生具有特征
性对 比图像(STIR、FLAIR)； • 短 TI 对比常用于新生儿脑部成像； • 采集时间长，层面相对较少。
STIR序列(Short TI Inversion Recovery)
在IR恢复过程中，组织的MZ都要过0点，但时间不 同。利用这一特点，对某一组织进行抑制。
超导型
优点：1.场强高(0.5-3.0T) ；2.磁场稳 定均匀；3.成像速度快，图象质量好。
缺点：1.造价高；2.需要补充液氦和 液氮；日常维护费用高。
梯度线圈
梯度线圈性能的提高 磁共振成像速度加 快
梯度线圈性能指标 梯度场强 20mT/m 切换率 50mT/m.s
脉冲线圈
作用：激发人体产 生共振；采集MR信 号
质子密度加权像
长TR、短TE——质子密度加权像，图像特点：
组织的 H 越大，信号就越强； H 越小，信号 就越弱。
脑白质：65 % 脑灰质：75 % CSF： 97 %
常规SE序列的特点
最基本、最常用的脉冲序列。 得到标准T1 WI 、 T2 WI图像。 T1 WI观察解剖好。 T2 WI有利于观察病变，对出血较敏感。 伪影相对少（但由于成像时间长，病人易
180- 90-{180-Echo}n
180°脉冲反转脉冲结束后，无MXY的存在，MZ开 始恢复，等MZ过了0点后，在时刻 t=TI (Time of In version反转时间)，再施加一个 90°脉冲(此后的脉 冲方式同SE)，再施加180°脉冲，就可以得到回波信 号。IR序列的TR一般为1800～2500ms，而TI=400～60 0ms。
磁共振临床基础知识及读片方法 PPT
弥散加权磁共振成像
对急性缺血性脑卒中的诊断DWI可提供其 独有的信息,对颅内及全身各个脏器其他疾 病，包括肿瘤、感染、外伤、出血与脱髓 鞘疾病等也均能提供有助诊断的信息。
超急性期脑梗死 (3h)
治疗3d后
表皮样囊肿
蛛网膜囊肿
弥散张量成像(DTI)
FA 图
额桥 束 皮丘 束
外囊
胼胝 体 扣带回
血管源性病变
放射性毛细血管扩张症
血管源性病变
淀粉样脑血管病CAA
颅脑外伤性疾病
弥漫性轴索损伤DAI
弥散序列(DWI)
弥散现象
水通常占体重的60%-80%,与体温相关的热量使 水分子活跃，并在周围随机“跳动”
布朗运动:分子与温度相关的无规则随机运动 墨水实验 脑组织弥散现象
– 纤维组织、其他结构及细胞膜→使水分子自由运动或 限制其运动
T2WI低信号
出血(含铁血黄素环) 钙化 结石 肝硬化结节 椎体转移瘤 结节硬化 韧带、骨皮质、软骨
出血
血管畸形
如何判断？
磁共振特别序列临床应用
水抑制序列(FLAIR)
病变是高信号,正常组织 内水也是高信号，如何 鉴别？
Flair序列是将体内自由流 动(交换)的水信号抑制 下去，把无流动的水信 号留下来
脂肪抑制序列 (STIR/IRFSE)
脂肪T1WI高信号,T2WI高信号 血肿慢性期T1WI高信号，T2WI高信号 脂肪抑制是低信号=脂肪 脂肪抑制高信号=血肿
磁敏感序列(SWI)
顺磁性 物质
局部磁 场不均
质子自旋快 速失相位
T2*缩短 信号降低
含70%去氧血红蛋白的静脉血引起磁 场的不均匀性导致:T2*时间缩短与血 管与周围组织的磁化率差异引起的相 位差加大两种效应。
磁共振的基础知识
磁共振的基础知识1、核磁共振核，不是核辐射，而是原子核，用得最多的是氢（人体最多）。
磁，磁场也。
共振，一定频率的射频脉冲激发原子核，使之共振，从而产生信号，转换成图像。
2、磁共振成像简单过程如果给人体施加一个外来的静磁场，再给予一个短暂的、与质子共振相同频率的旋转磁场（即射频脉冲），之后采集电磁波信号，就可以获得人体的磁共振信号。
对磁共振信号的采集过程给予一个形象的比喻，可以把质子比喻成卫星，我们从发射电台发送信号，卫星获得信号，再重新发射出来，地面的收音机就可以收听到节目了。
通过对接受到的磁共振信号进行空间编码和图像重建等处理，即产生MR图像。
3.磁共振检查的特点1）磁共振没有X线、CT检查的辐射，对身体不产生辐射危害。
2）磁共振采用空间三维梯度场，在不移动患者和扫描床的情况下实现任何角度扫描和图像重建。
3）无骨质伪影。
4）软组织对比度良好。
5）对病变显示更加敏感，可使病灶显示更早更清楚。
6）磁共振的DWI(扩散加权成像)序列，是唯一能够无创检测活体组织内水分子扩散运动的成像方法。
7）磁共振的PWI（灌注加权成像）序列，能够显示脑组织血流动力学信息。
8）磁共振的MRS（波谱分析）序列，是唯一能够无创检测活体组织内化学物质、反应组织代谢的方法。
4、图像分析过程中，有个非常重要的概念必须了解——部分容积效应。
在CT扫描，凡小于层厚或该层仅包含部分的病灶，其CT值受层厚内其它组织的影响，所测出的CT值不能代表该病变的真正的CT值。
MRI也一样，凡小于层厚或该层仅包含部分的病灶，图像表现出来的，不仅仅是病灶的影像，而是重叠了层厚内部分病变外结构的影像。
5、部分容积效应会让你看到的影像变得“不真实”，从而可能会使你做出错误的判断。
6、宽窗位技术，更是数字影像时代，每一名影像医生必须掌握的、最基本的技能！窗宽窗位技术源于CT，磁共振可能用对比度更合适。
不同器官、不同部位，有着不同的合适的窗宽窗位。
同一区域，由于观察的内容不同，合适的窗宽窗位也不同。
磁共振成像基本知识
Nuclear Magnetic Resonance Imaging
首字母缩写:
NMRI
为了和原子核及射线的放射性危害区分开 来，临床医生建议去掉N，简称为磁共振成像
MRI
2
发展历史
1946 年美国斯坦福大学的F. Bloch 和哈佛大学E.M .Purcell领导的两个研究组首次独 立观察到磁共振信号，由于该重要的科学发现，他们两人共同荣获1952年诺贝尔物 理奖。其发展最初阶段的应用局限于物理学领域，主要用于测定原子核的磁矩等物 理常数。
•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
高能的质子把能量释放给周围的晶格 （分子）
晶格震动频率高于质子进动频率
能量传递慢－－纯水
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
不同组织有不同的T1弛豫时间
T1加权成像 ( T1WI )
•反映组织纵向 弛豫的快慢！
• T1值越小 纵向磁化矢量恢复越快 已经恢复的 纵向磁化矢量大 MR信号强度越高（白）
• T1值越大 纵向磁化矢量恢复越慢 已经恢复的 纵向磁化矢量小 MR 信号强度越低（黑）
• 脂肪的T1值约为250毫秒 MR信号高（白） • 水的T1值约为3000毫秒 MR信号低（黑）
在20世纪70年代初，美国科学家Paul Lauterbur发现了在磁场中引入梯度的方法来创 造二维图像的可能性。通过分析发射的无线电波的特性，他可以确定它们的来源。 这使得用其他方法无法可视化的结构的二维图片成为可能。 英国的科学家 Peter Mansfield，进一步发展了梯度磁场的 运用。他展示了如何对信号进行数学分析，并展示了极快 成像的可行性。他们利用磁共振技术观察不同结构方面的 重大发现促进了现代磁共振成像( MRI )的发展和在医学 影像中的应用，代表了医学诊断和研究的突破。并共同荣 获2003年的诺贝尔生理学-医学奖。
磁共振成像(1)基础入门
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
MRI基本原理
普通CT成像示意图
螺旋CT原理示意图
磁共振没有射线
实现人体磁共振成像的条件:
利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子，它是人体内最 多的物质。H核只含一个质子不含中子，最不稳定，最易 受外加磁场的影响而发生磁共振现象。
磁共振发展史
发生事件
作者或公司
发现磁共振现象
Bloch Purcell
发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadian
做出两个充水试管MR图像 Lauterbur
活鼠的MR图像
Lauterbur等
人体胸部的MR图像
Damadian
初期的全身MR图像
Mallard
磁共振装置商品化
诺贝尔奖金
Lauterbur Mansfierd
x
对Mz施加90度的射频脉冲
z
B0
代
MZ
表
主
磁 场
y
的 方
x
向
z
90度
y
MXY
x
A
B
在 A-B 这一过程中，产生能量
C
B0
射频脉冲激发使磁场偏转90度，关闭脉冲 后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)
脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫
•弛豫
•Relaxation
•放松、休息
• 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
人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。
自然状态下， H核进动杂乱无章，磁性相互抵消。
医学影像学：第三章 磁共振成像(MRI)
MRI：利用原子核在磁场内发生NMR所产生的MR信 号经图像重建获得图像的一种成像技术，物理学 基础是NMR现象
一、磁共振成像的物理学基础
（一）原子与原子核
(氢质子H) 质子 中子
原子核 电子
原子
（水分子H2O）
分子
物质
氢原子无中子， H1原子=H1质子
MRI成像原理
含有奇数质子或中子 的原子核可产生一定 角度的自旋并且在其 周围产生磁场.这种特 性就是成像基础。 现在的MRI图像就是H 原子的图像。
色素沉积绒 毛结节状滑 膜炎——含 铁血黄素沉 积
病理组织的信号强度
组织 水肿 含水囊肿
T1WI 低
T2WI 高
组织 钙化
低
高
脂肪
T1WI 低 高
T2WI 低 中、高
瘤节
低
高
胆固醇
中、高 高
亚急性血肿 高
高
三酸甘油酯 高
低
脑肿瘤的 CT、MR密 度与信号比 较
5、心腔、血管腔、动脉瘤腔等
由于血流的流空效应，一般表现为 无信 号或极低信号，但应用顺磁性对 比剂或用特殊序列也可使流动的血液表
腹部梯度回波脉冲序列准T1WI图像
（三）反转恢复脉冲序列 反转恢复脉冲序列(inversion recovery, IR）是一种
特殊的成像序列，其有一个重要的成像参数称反转时间 （time inversion, TI), 主要用于脂肪抑制(如STIR序列）和 水抑制（如FLAIR序列）
反转恢复脉冲序列
质子进入外磁场前、后的排列状态 N
图1
进入外磁场前（图1）质子排列杂乱
无章；
S
外加外磁场后质子呈有序排列（图
磁共振基础知识(一)
常规SE序列的特点
• • • • 最基本、最常用的脉冲序列。 得到标准T1 WI 、 T2 WI图像。 T1 WI观察解剖好。 T2 WI有利于观察病变，对出血较敏感。伪 影相对少（但由于成像时间长，病人易产 生运动）列图像上，信号采集时刻横向的 磁化矢量越大，MR信号越强。 • T1加权像 短TR、短TE——T1加权像，T1 像特点：组织的T1越短，恢复越快，信号 就越强；组织的T1越长，恢复越慢，信号 就越弱。
• T2加权像 长TR、长TE——T2加权像， T2像 特点：组织的T2越长，恢复越慢，信号就越 强；组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱。 • 质子密度加权像 长TR、短TE——质子密度加 权像，图像特点：组织的 rH 越大，信号就越 强； rH 越小，信号就越弱。脑白质：65 % 脑灰质：75 % CSF：97 %
磁共振基础知识一t1加权成像t2加权成像t1加权成像t1wi突出组织t1弛豫纵向弛豫差别t2加权成像t2wi突出组织t2弛豫横向弛豫差别
磁共振基础知识（一）
T1加权成像、T2加权成像
• 所谓的加权就是“突出”的意思 • T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫 （纵向弛豫）差别 • T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫 （横向弛豫）差别。
磁共振知识点总结
磁共振知识点总结一、磁共振成像（MRI）基本原理。
1. 原子核特性。
- 许多原子核都具有自旋特性，例如氢原子核（单个质子）。
当置于外磁场中时，这些自旋的原子核会发生能级分裂，产生两种不同的能量状态（平行和反平行于外磁场方向）。
- 两种状态的能量差与外磁场强度成正比，公式为Δ E = γℏ B_0，其中γ是旋磁比（不同原子核有不同的旋磁比），ℏ是约化普朗克常数，B_0是外磁场强度。
2. 射频脉冲（RF）的作用。
- 当施加一个频率与原子核进动频率相同（拉莫尔频率，ω_0=γ B_0）的射频脉冲时，原子核会吸收能量，从低能级跃迁到高能级，处于激发态。
- 射频脉冲停止后，原子核会释放能量回到低能级，这个过程产生磁共振信号。
3. 弛豫过程。
- 纵向弛豫（T1弛豫）- 也称为自旋 - 晶格弛豫。
是指处于激发态的原子核将能量传递给周围晶格（分子环境），恢复到纵向平衡状态的过程。
- T1值反映了组织纵向弛豫的快慢，不同组织的T1值不同。
例如，脂肪组织的T1值较短，水的T1值较长。
- 横向弛豫（T2弛豫）- 也称为自旋 - 自旋弛豫。
是指激发态的原子核之间相互作用，导致横向磁化矢量衰减的过程。
- T2值反映了组织横向弛豫的快慢，一般来说，纯水的T2值较长，固体组织的T2值较短。
二、MRI设备组成。
1. 磁体系统。
- 主磁体。
- 产生强大而均匀的外磁场B_0，是MRI设备的核心部件。
常见的磁体类型有永磁体、常导磁体和超导磁体。
- 永磁体：不需要电源，磁场强度相对较低（一般小于0.5T），维护成本低，但重量大。
- 常导磁体：通过电流产生磁场，磁场强度一般在0.2 - 0.5T，需要大量电力供应，产生热量多。
- 超导磁体：利用超导材料在超导状态下的零电阻特性，通过强大电流产生高磁场（1.5T、3.0T甚至更高），磁场均匀性好，但需要液氦冷却，设备成本和维护成本高。
- 梯度磁场系统。
- 由X、Y、Z三个方向的梯度线圈组成，用于在主磁场基础上产生线性变化的梯度磁场。
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有一个稳定的静磁场（磁体）：永磁型、超导型 0.15- 0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T或以上。
梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特 定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象。
信号接收装置：各种线圈。 计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等
。
磁共振成像的过程：
▲ 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
● 人体——进入磁场——磁化——施加射频脉冲、H核磁矩发生90°偏转，
产生能量——射频脉冲停止、弛豫过程开始，释放所产生的能量（形成MR
z
MZ
按照单一核子进动原理,质子群在静磁
y
场中形成的宏观磁化矢量M。
x
对Mz施加90度的射频脉冲
z
B0
代
MZ
表
主
磁 场
y
的 方
x
向
z
90度
y
MXY
x
A
B
在 A-B 这一过程中，产生能量
C
B0
射频脉冲激发使磁场偏转90度，关闭脉冲 后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)
脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫
•弛豫
•Relaxation
•放松、休息
• 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
T2弛豫
很容易发现：
不同组织的横、纵向 弛豫时间不同
（T2、 T1值不同）
T1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。
横向磁化矢量 的缩短即是相 位散失的过程
T2WI两种组织的信号差别——是这样获得的
平
采
衡 状
集 时
态
90
度
激 发
脑
后
采
集
信 号
水
时
刻
T2WI
T2弛豫：减少到37%的时间， 以脑灰质与脑脊液为例。
脑灰质T2弛豫相对较短，又称短T2——较低信号； 脑脊液T2弛豫长，又称长T2——高信号；
磁共振设备
按照场强分为：低场强、 中场强、 高场强、 超高场强 0.4T以下 0.5-1.0T 1.5-3.0T 7.0T以上
磁体类型：永磁型、超导型 （也有将3.0T列为超高场强）
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。
杨景震
（注：内有动画设置，浏览时需采用幻灯放映模式）
（2014修改版）
主要内容
• 磁共振技术的发展及概况 • 简要介绍磁共振成像基本原理及概念 • 磁共振检查方法及临床应用 • 磁共振成像的主要优点及限度 • 如何阅读磁共振图像
时间
1946 1971 1973 1974 1976 1977 1980 2003
MR成像技术的发展：四个阶段 20世纪70年代中—80年代初：初步认识、逐步完善成熟阶段。 80年代初—90年代初：广泛应用，但仅限于T1\T2层面成像。
注重于解剖结构及形态的变化。 90年代初—90年代末：快速发展阶段。检查时间缩短、随着
快速或超快速成像技术的应用，扩散加权、灌注加权、MRA、 水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。 90年代末—21世纪至今天：上述技术不断成熟的同时，有多 种成像方法进入临床应用，并进入磁共振分子影像学阶段。
射频（RF）脉冲停止后H核子状态：射频脉冲停止，接受到能量后的“ 高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁化消 退，纵向磁化恢复。
人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。
自然状态下， H核进动杂乱无章，磁性相互抵消。
进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互 抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础。
磁共振发展史
发生事件
作者或公司
发现磁共振现象
Bloch Purcell
发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadian
做出两个充水试管MR图像 Lauterbur
活鼠的MR图像
Lauterbur等
人体胸部的MR图像
Damadian
初期的全身MR图像
Mallard
磁共振装置商品化
诺贝尔奖金
Lauterbur Mansfierd
H核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性。 外加磁场中H核子状态：人体处于轻度磁化状态，在顺／逆主磁场方向
的两种排列方式中，顺向者多，磁矢量经正负方向相互抵消后，保留7 ／百万的H核子用于MR信号接收，这些顺向排列（低能态）形成的磁 矢量联合形成总磁矩 M，并与静磁场（B0） 方向相同 。 施加射频（RF）脉冲后H核子状态：外加一个与主磁场成一定角度（ 90度）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同， 则H 核子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了H核子 “共振” 现象。
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。
90度 脉冲
T1WI两种组织的信号差别——是这样获得的
平 衡 状 态
采 集 时
90
纵 向
脂
弛
豫
90
水
T1WI
T1弛豫：到达63%的时间，以 脂肪与脑脊液为例
脂肪T1弛豫短，又称短T1——高信号； 脑脊液T1弛豫长，又称长T1——低信号；
写在前面
磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学 检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解，应该 逐步熟悉或掌握其知识要点，这对于不同专业都非常重要。 本课件分1-7部分，用于临床医学专业本科生选修课教学。
磁共振成像
Magnetic Resonance Imaging
（基础部分） 河北医科大学石油临床学院 影像学教研室
1 T = 10000G（高斯）
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
MRI基本原理
普通CT成像示意图
螺旋CT原理示意图
磁共振没有射线
实现人体磁共振成像的条件:
利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子，它是人体内最 多的物质。H核只含一质子不含中子，最不稳定，最易 受外加磁场的影响而发生磁共振现象。