磁共振成像基础知识
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。
磁共振成像基本知识PPT课件
波谱成像（Spectroscopic Imaging）：通过分析组 织中的化学成分来提供分子层面的信息，有助于肿瘤 和代谢性疾病的诊断。
靶向成像（Targeted Imaging）：通过使用特异性 标记的分子探针，对特定分子或细胞进行成像，为个 性化医疗和精准诊断提供了可能。
04 磁共振成像应用
医学诊断
成本与普及
磁共振成像设备成本较高，限制了其 在基层医疗机构的普及。未来需要降 低设备成本，提高可及性。
磁敏感加权成像（Susceptibility Weighted Imaging, SWI）：利用组织磁敏感性 的差异进行成像，能够显示脑部微出血、铁沉积等病理变化。
分子成像技术
化学交换饱和转移成像（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）：利用特定频率的射频 脉冲来检测组织中特定化学物质的变化，对肿瘤和炎 症等疾病的诊断具有潜在价值。
。
快速扫描技术
研究更快的扫描序列和算法，缩短 成像时间，提高检查效率，减轻患 者长时间处于扫描腔内的压力。
多模态成像融合
结合磁共振成像与其他影像技术（ 如CT、PET等），实现多模态成像 融合，提供更全面的医学影像信息 。
新应用活动和功能连接，深入 了解神经系统和认知科学领域。
磁共振成像的优势与局限性
高软组织分辨率
MRI对软组织结构有高分辨率，能够清晰显示脑、关节、肌 肉等组织的细微结构。
无骨伪影干扰
MRI不受骨骼的影响，能够清晰显示周围软组织的结构。
磁共振成像的优势与局限性
01
02
03
检查时间长
由于MRI需要采集大量数 据，检查时间相对较长。
金属植入物限制
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。
磁共振成像基本知识1
磁共振成像基本知识连云港市第一人民医院神经科何效兵磁共振成像基本原理磁共振（Magnetic Resonance）是置于磁场内的某些物质，其原子核吸收和发射出物定频率的射频能量现象，其吸收和释放射频能量的频谱决定于所观察的原子核及其化学环境。
磁（Magnet）有三种含义：1．磁共振成像必须有一个较大的磁体产生强大的静磁场（β），常说的0.3T、0.5T就是指β，β恒定不变。
2．成像必须在β上按时叠加另外小的梯度磁场与射频磁场。
3．运动的质子自旋产生自旋磁场。
共振（Resonance）是宏观世界常见的现象，在微观世界中，核子间能量传递也存在共振现象。
一、磁共振现象原子核内的质子和中子都有角动量和自旋的特性，成对的质子和中子的自旋作用可相互抵消，能够形成MR的原子核其质子和中子必须为奇数，这样才具有净负荷和角动量，由于净负荷和角动量二者的结合，原子核具有磁偶极子的特性。
人体中水的成分占60%，因此，目前临床磁共振成像实际为氢质子像。
可以把奇数的质子或中子所形成的偶极子看成是自由悬空的小磁棒，沿其磁轴快速旋转，在没有外加静磁场的作用下，人体中氢核是杂乱无章地沿着自身的轴不断自旋的，当处于静磁场中时，低能状态下的氢核沿外加磁场方向排列，产生净磁化，但自转的氢原子由于力偶的作用，其自旋轴则沿着外加静磁场方向不停地作陀螺样旋转，这一运动被称为进动（而少数高能态氢核取反向），通常把静磁场方向在扫描机内相当于人体的纵轴。
氢原子本身的自旋轴与外加磁场方向的夹角为进动角，进动频率ω与外加磁场β成正比，由Larmor频率决定，其公式为：ω=γ×β（ω——进动频率；γ——旋磁比常数；β——静磁场场强）。
ω称为Larmor频率，也是氢原子核的共振频率；γ为一个常数，氢核的旋磁比为42 . 58MHz/T，如果知道β，就可计算出ω。
如：0.5T场强ω为42. 58×0.5=21 . 29 MHz，静磁场恒定时，Larmor频率也是恒定的。
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。
MRI基础常识复习
核磁共振原理：磁共振成像是利用电磁波（RF）对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生磁共振，用感应线圈采集磁共振信号，经处理建立数字图像。
（核与磁相互作用产生共振，需具备原子核，外磁场，电磁波）原子核：中子和质子数均为奇数；中子为奇数，质子为偶数；中子为偶数，质子为奇数外磁场：电磁波（射频脉冲）：核磁弛豫：1.自旋-晶格弛豫时间（纵向弛豫时间）T1弛豫2.自旋-自旋弛豫时间（横向弛豫时间）T2弛豫一、磁共振成像的物理基础将物质中具有磁矩的自旋原子核置于静磁场（外磁场、主磁场，用B表示）中并受到特定频率的射频脉冲作用时，原子核将吸收射频脉冲的能量而在它们的能级之间发生共振跃迁，这就是磁共振现象。
磁共振信号的产生必须满足三个条件：①具有磁矩的自旋原子核；②稳定的静磁场；③特定频率的射频脉冲。
1.原子核的自旋与磁矩任何存在奇数质子、中子或者质子数与中子数之和为奇数的原子核均存在磁矩。
这种自旋运动能够产生核磁的原子核才能产生磁共振现象。
在临床工作中常选择氢原子核内只有质子没有中子，因此氢原子又称为氢质子，人体的磁共振成像又称为质子成像。
2.静磁场在Z轴上合成一个净磁化矢量：即纵向磁化矢量Mz。
Mz稳定的指向B方向。
质子在自旋的同时，也绕B的轴进行旋转，这样的运动状态称之为“进动”或称为“旋进”。
表示），它在3.射频脉冲射频脉冲(RF)是一种交变电磁波（磁场分量用B1MR中仅做短暂的发射，称为射频脉冲。
如果向人体发射一个90o射频脉冲，Mz被翻转到XY平面，形成M。
如果我XY们在XY平面内设置一个线圈，进动的M将在线圈内产生电流，这就是磁共振信XY号。
导致质子绕Z轴的快速进动，逐步的螺旋向下翻转到XY平面，这种运动方式为“章动”。
二、磁共振信号的产生弛豫就是指自旋质子的能级由激发态恢复到稳定态的过程。
它包括同步发生但彼此独立的两个过程，即纵向弛豫和横向弛豫。
1.纵向弛豫射频脉冲停止以后，纵向磁化矢量Mz由最小恢复到原来大小的过程称纵向弛豫。
磁共振成像的影像知识，你了解哪些
磁共振成像的影像知识，你了解哪些一、磁共振成像的基本概念核磁共振成像（MRI）是一种通过采集由核磁共振现象所发出的信号来重构图像的一种成像技术。
MRI能显影一些 CT无法发现的病灶，这是医学成像技术的一个重要进展。
这是一项新的影像诊断技术，在80年代初期才被用于临床。
核磁共振是一种很抽象的技术，在医学上，核磁共振是由核磁共振设备产生的磁场，也就是人体组织和器官中的氢气。
在强磁场的作用下，各个组织和器官中的氢原子都会发生共鸣，用仪器记录下氢原子的谐振过程，再由电脑进行重构，就可以得到非常清晰的影像。
人体是由许多原子组成，而每一个原子的振动频率都是相同的。
人体的水分最大，而水中含有氢气，核磁共振成像主要依赖于氢气。
正常来说，氢气是一种无规则的振动，因为磁场被各个方向的磁场相互抵消，人体本身就没有磁力。
在外部磁场强度较大的情况下，氢原子仍然会以自身的频率振动，只不过方向与外部磁场相同。
在这种情况下，如果再加上一个高频脉冲，那么同样频率的氢原子就会产生共鸣，而氢原子的振动幅度和方向也会随之改变，而其他的氢原子则不会因为共振而发生共鸣。
在射频脉冲结束后，这些谐振的氢气会缓慢地回到最初的方向和幅度。
当氢原子复原时，会发出一个信号，我们把它记录下来，就能得到清晰的影像。
二、磁共振成像设备基本构件1、磁铁部件磁铁主要由主磁铁（产生强力静磁场）、补偿线圈（校正线圈）、射频线圈和梯度线圈等构成。
主要磁铁是用来产生强磁场的，同时也需要更大的空间（可容纳患者），并维持高密度的磁场。
磁铁的特性有四个方面：磁场强度，时间稳定性，均匀性，孔径大小。
增大静磁场可以提高探测的灵敏度，缩短扫描时间，提高空间分辨率。
但是，它也会降低射频场的穿透深度。
在0.35 T的磁场强度下，其空间分辨率高，目前在临床应用的高磁场强度是1.5 T。
补偿线圈的功能是对主磁场进行补偿，从而使其产生的静态磁场接近于理想的均匀磁场。
由于测量精度高、标定工作复杂，通常采用计算机进行，需要多次测量、多次计算和校正。
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到反映以T1弛豫为主的图像，当然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫为主，故称为T1加权像（weighted Imaging WI）。如果选择突出横 向（T2）弛豫特征的扫描参数采集图像……… 加权或称权重，有侧重、为主的意思
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
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源自纵 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；
▲ 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
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；
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。
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。
▲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
信号）——信号接收系统——计算机系统
● 在弛豫过程中，涉及到2个时间常数：纵向弛豫时间常数—T1；横向弛 豫时间常数—T2
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。
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。
• 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。
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
磁共振成像的过程：
• 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 M R 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。 • 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。
磁共振成像基础知识
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
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
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。