磁共振成像基础
磁共振成像基本原理杨正汉ppt课件.ppt
进动是核磁（小磁场）与主磁场相互作用的结果 进动的频率明显低于质子的自旋频率，但比后者更为重要。
非常重要
= .B
：进动频率 Larmor 频率
：磁旋比 42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
高能与低能状态质子的进动
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？
1000mT
1010mT
990mT
梯度场强＝（1010mT-990mT）/ 0.5 M= 40 mT/M
1000mT
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）
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）
高斯（gauss, G）。 Gauss (1777-1855)
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
德国著名数学家，于1832年首次测量了地球的磁场。
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 (1857-1943), 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。
怎样才能使低能氢质子获得能量，产生共振，进入高能状态？
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
微观效应
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
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。
磁共振成像的物理学基础
• 1.2.1.2原子核的自旋特性 • 原子核中的质子类似地球一样围绕着一个轴做自旋运动，正电荷附着 于质子，幵不质子一起以一定的频率旋转，此称自旋。质子的自旋就 好比电流通过环型线圀，根据法拉第（Faraday）电磁原理，将产生 一定值的微小磁场，它的能量是一个有方向性的矢量，称为角动量， 是磁性强度的反应，角动量大，就是指磁性强。此时质子自旋分为两 种：一种为不磁场方向一致，另一种为不磁场方向丌一致。如果原子 内的质子和中子是相等成对的，质子的自旋运动在质量平衡的条件下 作任何穸间方向的快速均匀分布，总的角动量保持为零。但是，许多 原子中的质子和中子是丌成对的，在丌成对的条件下，质子自旋运动 产生的角动量将丌能保持零状态，出现了角动量。人体中的氢、碳、 钠、磷原子都存在质子、中子丌成对的情冴，都可用来作磁共振成像 的。
• 迚动是在B0存在时出现的，所以迚动不B0密切相 关。外加磁场的大小决定着磁矩不B0轴的角度， 磁场越强大，角度越小，B0方向上的磁矩值就会 越大，因此可用来迚行磁共振的信号会越强，图 像结果会更好。此外，外加主磁场的大小也决定 了迚动的频率，B0越强大，迚动频率越高，不B0 强度相对应的迚动频率也叫Lamor（拉莫）频率， 原子在1.0 Tesla的磁场中的迚动频率称为该原子 的旋磁比（γ），为一常数值。氢原子的旋磁比为 42.58 MHz。 B0等于0.5 Tesla时，质子迚动频率 为21.29 MHz。B0等于1.5 Tesla时，质子迚动频 率为63.87 MHz。
• 原子又由原子核和绕核运动的电子组成，电子在原子核外 快速运动，有轨道运动和自旋运动。因为，电子有质量和 电荷，其轨道运动产生轨道角动量和轨道磁矩，自旋运动 产生自旋角动量和自旋磁矩。在许多情冴下，轨道磁矩的 贡献很小，分子的磁矩主要来自自旋，这种电子的运动在 电子显微镜下规如云状，称电子云。原子核位于原子的中 心，由质子和中子组成。原子核中的质子是带正电荷的， 通常不原子核外的电子数相等，以保持原子的电中性，原 子核中的质子和中子可有丌同，质子和中子决定原子的质 量，原子核是主要决定该原子物理特性的。质子和中子如 丌成对，将使质子在旋转中产生角动量，一个质子的角动 量约为1.41×10-26 Tesla，磁共振就是要利用这个角动量 的物理特性来迚行激収、信号采集和成像的。
MR读片基本知识
Lower Higher signal
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7
横向弛预 自旋-自旋弛预
T2弛预
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8
MR图像与CT图像对比
共同点：灰度差别形成黑白对比图像 不同点： 1.成像基础不同： CT: 组织对X线射线吸收率的差异形成的密度对比 MR：H+在不同化学环境下的磁场信号不同，形成对比 2.信息量不同： CT: 一个层面一种参数--密度---简单
MIP image of the inner ear apparatus in a normal ear. The cochlear turns, anterior, posterior, and lateral semicircular ca are visualized well.
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（MENINGIOMA）
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GYRUS-LIKE ENHANCEMENT
T2WI
T1WI
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GD-DTPA T1WI
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FS-T1WI
FS-T2WI
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磁共振血管成像
Magnetic Resonance Angiography
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常用磁共振检查技术图像识别
平扫（T1WI、T2WI、PDWI）
水抑制成像（FLAIR）
脂肪抑制成像（STIR) 增强扫描（ T1WI GD-DTPA ） 水成像（MRCP、MRU、MRM） 灌注成像（Perfusion） 弥散成像（Diffusion） 磁共振血管造影（MRA）
T2WI高信号：脂肪、水、亚急性出血 T2WI低信号：含铁血黄素、流空效应、骨皮质、完全
磁共振基础2
核磁共振基本脉冲序列简介什么是脉冲序列?•脉冲：射频脉冲、梯度脉冲•序列：脉冲的幅度、宽度、间隔时间以及施加顺序•脉冲序列：即通过对射频脉冲和梯度脉冲的适当编排来影响MR信号的产生和空间编码传统脉冲序列—SE2 7 2time272time自旋回波序列的特点及临床应用•SE由于180度重聚脉冲的作用而与GRE相比对磁场不均匀不敏感。
•SE 一个TR内只进行一次相位编码，因此对长TR扫描（T2加权），耗时较长。
•SE序列在临床上较适合应用于对图像质量要求较高而对时间要求不高的T1加权像。
FSE及其衍生序列FSE家族FSE-XLFRFSE-XLFSE --IRFLAIRSSFSESSFSE-IRK空间对图像的影响•K空间的中心部决定图像的对比，因而采集时间必须与目的对比度相一致。
•K空间的中心部决定图像的整体质量，因而必须完全采集！•K空间的边缘部决定图像的分辨率和细节，因而对图像质量要求不高时可以不予采集，以提高扫描速度。
快速自旋回波序列FSEFSE的成像参数•回波链越长，T2衰减越厉害，信号越弱。
•为了求得对比度和分辨率的平衡，一般将有效TE设在回波时间的一半左右。
•T1加权像ETL＝2～3；T2加权像ETL>8•增加接收带宽可缩短回波间隔和回波时间。
•ETL影响扫描的层面数，可以通过增减TR来达到一次采集完所有层面。
FSE的图像特点及临床应用1.FSE有多个180度重聚脉冲，因而对磁化效应较SE更不敏感。
表现为含铁质组织信号下降。
2.FSE可以使脂肪组织产生J耦合，产生高信号。
因而在病变也为高信号的T2WI上需加压脂。
3.临床上可以用来获得T2加权像而缩短扫描时间。
增强快速自旋回波FSE-XL快速翻转自旋回波序列FRFSEFRFSE 的图像特点和临床应用•增加长T 2组织信号，增加SNR ，增加T 2加权。
因此可以采用较长的ETL 。
•屏气扫描时优化层面采集次序。
T2 FSET2 FRFSET2 FSET2 FRFSE反转恢复快速自旋回波FSE-IRFSE-IR在常规FSE序列前增加一个180度翻转脉冲，使组织先发生一定时间（TI）的T1驰豫，然后施加FSE序列，达到增加T1对比或抑制特定T1长度组织信号的目的。
磁共振基础知识
何为加权？？？
所 “重 谓的加权就是 点突出”
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
质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质子含 量差别
T1WI T2WI
T1WI T2WI
人体不同组织的
磁共振检查技术
平扫（T1WI，T2WI，PDWI) 增强（TIWI） 动态增强（Dynamic MR） 磁共振血管造影（MRA） 脂肪抑制成像（STIR） 水抑制成像（FLAIR） 水成像（MRCP、MRU） 灌注成像（Perfusion) 弥散成像（Diffusion） 功能成像（Function MR）
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 M
x
按照单一核子 进动原理,质子 群在静磁场中 y 形成的宏观磁 化矢量M
Z
B0
Z
MZ
X A
Y
X
在这一过程中，产生能量
Y MXY
B
A:施加90度RF脉冲前的磁化矢量Mz B:施加90度RF脉冲后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor频率横向施进 C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M 以螺旋运动的形式倾倒到横向平面
X
X
体各类组织均有特定T1 、
（4）停止后一定时间 （5）恢复到平衡状态 T2值，这些值之间的差
异形成信号对比
弛豫：Relaxation;
自然界的一种固有属性；即任何系统都有在外
MR 信 号 特 点
MRI成像的基本原理1
一、自由感应衰减和横向弛豫
90度脉冲关闭后，横向磁化矢量逐渐减小，最 后衰减到零。90度脉冲产生磁化矢量的原因使质 子小磁场的横向磁化矢量聚相位，90度脉冲关闭 后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相 位），其横向磁化分矢量逐渐相互抵消，因此宏 观横向磁化矢量衰减直至到零。导致质子失相位 的原因有两个：①质子周围磁环境随机波动；② 主磁场的不均匀。
• MRI脉冲序列的分类：
二、MRI脉冲序列相关的概念
时间相关的概念：
1、重复时间（TR)：是指脉冲序列执行一次所需要的时间。如在 SE序列中TR即指相邻90度脉冲中点间的时间间隔。 2、回波时间（TE）：是指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点到 回波中点的时间间隔。如在SE序列中TE指90度脉冲中点到自旋 回波中点的时间间隔。 3、有效回波时间：在快速自旋回波序列或平面回波（EPI）序列 中，一次90度脉冲激发后有多个回波产生，分别填充在K空间的 不同位置，而每个回波的TE是不同的。我们把90度脉冲中点到 填充K空间中央的那个回波中点的时间间隔称为有效TE。 4、回波链长度（ETL）：出现在快速自旋回波序列或平面回波序 列中，是指一次90度脉冲激发后所产生和采集回波数目。 5、回波间隙（ES）：是指回波链中相邻两个回波中点间的时间 间隙。 6、反转时间（TI）：仅出现在只有180度反转预脉冲序列中，一 般把180度反转预脉冲中点到90度脉冲中点的时间间隔称为TI。 7、采集时间（TA）：也称扫描时间，是指整个脉冲序列完成信 号采集所需时间。
• ①主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的 信噪比；
• ②在保证信噪比的前提下，可缩短MRI信号采集 时间；
• ③增加化学位移使磁共振频谱（MRS）对代谢产 物的分辨力得到提高；
MRI核磁共振成像
（3） MR信号强度与组织的T1弛豫时间成反比
（4） 短T1组织呈高信号，长T1组织呈低信号
二、MRI的基本原理
6.T2WI
（1） 横向磁化矢量衰减63%所需时间称T2驰豫时间
（2） 不同组织有不同的T2驰豫时间
（3） MR信号强度与组织的T2弛豫时间成正比
（4） 短T2组织呈低信号，长T2组织呈高信号
6.直接显示含水的管道系统 （1）利用重T2WI序列，不需要造影剂，
显示含液体的管道系统。 （2）主要：MR胆胰管成像、MR尿路成像
三、MRItic Resonance Imaging（MRI）
学习目标
1
知识目标
能够解释MRI图像的特点；
2
技能目标 能够独立进行MRI图像阅片；
3
素质目标 培养客观、求真务实的态度。
主要内容
1
MRI的基本原理
2
MRI图像的特点
一、概述
利用强外磁场内人体中的氢原 子核即氢质子（1H），在特定射频 （radiofrequency,RF)脉冲作用下 产生磁共振显像。
二、MRI的基本原理
7.磁共振成像与组织信号强度
三、MRI图像的特点
1 数字化模拟灰度图像 2 具有多个成像参数 3 直接获取的多方位断层图像 4 具有高的软组织分辨力
三、MRI图像的特点
T1WI
T2WI
三、MRI图像的特点
1 数字化模拟灰度图像 2 具有多个成像参数 3 直接获取的多方位断层图像 4 具有高的软组织分辨力 5 受流动效应影响 6 直接显示含水的管道系统
三、MRI图像的特点
5.受流动效应影响 （1）血液流动效应（MRA血管造影）： 时间飞跃和相位对比， 多用于头颈部及较大血管病变。 （2） 血液流空效应：SE序列，信号丢失
第1章磁共振成像物理学基础2
第1章磁共振成像物理学基础模拟题21．世界上第一台头部MRI设备投入临床使用的年代是A．1974年 B．1976年C．1978年英国D．1980年E．1982年2．共振成像的英文全称正确的是A．Magnetic Resonance ImageB．MagneticResorbent ImageC．Magnetic Resonance ImagingD．Magnetic Resorbent ImagingE．Magnestat Resorbent Imaging3．“磁共振波谱”正确的英文表达是A．Magnetic Resonance WavesB．Magnetic Resonance MicroscopyC．Magnetic Resonance CoreD．Magnetic Resonance SusceptibilityE．Magnetic Resonance Spectroscopy4．1946年由Bloch和Purcell教授发现了核磁共振现象，其后的20年间NMR主要被用于A．MRI B．MRAC．MRS D．DTIE．fMRI5．MR图像通常是指下列何种原子核成像：A、1HB、2HC、13C。
D、19F。
E、31P6．关于进动频率的叙述，正确的是：A、与主磁场的场强成正比。
B、与梯度场的场强成正比。
C、与磁旋比成反比。
D、与自旋频率成正比。
E、以上均正确。
7．对Larmor公式f=r·B0的描述，错误的是：A、f代表进动频率。
B、r代表磁旋比。
C、B0代表梯度场强。
D、进动频率与磁旋比成正比。
E、Larmor频率也就是进动频率。
8．蛋白质大分子的运动频率：A、显著高于氢质子的Larmor频率。
B、显著低于氢质子的Larmor频率。
C、接近氢质子的Larmor频率。
D、约为亿万Hz。
E、约为6MHz～65MHz。
9、下列有磁核磁现象的表述，正确的是A、任何原子核自旋都可以产生核磁B、MRI成像时，射频脉冲频率必需与质子自旋频率一致C、质子的自旋频率与磁场场强成正比D、质子的进动频率明显低于其自旋频率E、在场强一定的前提下，原子核的自旋频率与其磁旋比成正比10、同一种原子核处在大小不同的外磁场B0中，其旋磁比γ大小A、将发生变化B、随外磁场B0增大而增大C、随外磁场B0增大而减小D、与外磁场B0无关仅与原子核自身性质有关E、约为4211。