磁共振成像原理.pptx
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使用对比剂,放射性同位素:
使用对比剂,放射性同位素CT:
对人体有辐射:
对人体有辐射脑电图脑电图EEG:
高时间分辨率,低空间分辨率:
高时间分辨率,低空间分辨率脑磁图脑磁图MEG:
高:
高时间分辨率,低空间分辨率,贵时间分辨率,低空间分辨率,贵MRI:
最流行成像方法:
最流行成像方法磁共振优缺点磁共振优缺点优点优点软组织对比度好软组织对比度好多多参数成像参数成像任意方位断层任意方位断层时空分辨率较高时空分辨率较高安全无辐射安全无辐射不使用对比剂不使用对比剂全身成像全身成像提供结构、代谢信息提供结构、代谢信息缺点缺点运动敏感运动敏感对水的浓度要求高对水的浓度要求高有禁忌症有禁忌症多参数成像多参数成像任意方位成像任意方位成像高对比成像,详尽解剖信息高对比成像,详尽解剖信息全身成像全身成像多模态成像多模态成像StructureimageDTIBOLDfMRIMRSCerebrovascular产业状态产业状态三大跨国公司三大跨国公司GE,Siemens,Philipus国内公司国内公司上海上海“联影联影”苏州苏州“朗润朗润”人才需求人才需求高校高校公司公司医院医院国家医疗器械检测单位国家医疗器械检测单位出国出国磁共振历史磁共振历史1946年年,美国加州斯坦福大学,美国加州斯坦福大学的的Bloch和麻省和麻省哈佛大学哈佛大学的的Purcell分别发现分别发现了物质的了物质的核磁共振现象核磁共振现象。
应用于。
应用于化学分析,共享化学分析,共享1952年诺贝尔物理奖。
年诺贝尔物理奖。
1973年,纽约州立大学年,纽约州立大学Lauterbur首先提出了首先提出了利用磁共振成像技术。
利用磁共振成像技术。
1977年,年,Mansfield提出了快速成像方法。
(提出了快速成像方法。
(Lauterbur和和Mansfield因上述因上述贡献分享了贡献分享了2003年度年度Nobel生理医学生理医学奖)奖)1992年,年,BELL实验室的实验室的Ogawa提出了提出了BOLDfMRI技术,开启了功能磁共技术,开启了功能磁共振研究领域振研究领域FelixBlochEdwardPurcellPaulC.LauterburPeter.MansfieldWhat?
定义:
磁共振成像是利用定义:
磁共振成像是利用射频射频(radiofrequency,RF)电磁波对置于磁场中的含有)电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零自旋不为零的的原子核的物质进行激发,发生核磁共振,用感应原子核的物质进行激发,发生核磁共振,用感应线圈采集磁共振信号,按一定数学方法进行处理线圈采集磁共振信号,按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。
而建立的一种数字图像。
磁共振成像过程磁共振成像过程人人体体未未进进入入静静磁磁场场,体体内内氢氢质质子子群群磁磁矩矩自自然然无无规规律律排排列;列;进进入入静静磁磁场场,所所有有自自旋旋的的氢氢质质子子重重新新排排列列定定向向,磁磁矩矩指向指向N或或S极;极;通通过过射射频频线线圈圈与与静静磁磁场场垂垂直直方方向向施施加加射射频频脉脉冲冲,受受检检部位氢质子吸收能量并向一个方向偏转和自旋;部位氢质子吸收能量并向一个方向偏转和自旋;射射频频脉脉冲冲停停止止,核核磁磁弛弛豫豫开开始始,氢氢质质子子释释放放吸吸收收的的能量能量重新回到原来自旋的方向;重新回到原来自旋的方向;释放的电磁能转化为磁共振信号;释放的电磁能转化为磁共振信号;经梯度磁场做层面选择和相位编码及频率编码;经梯度磁场做层面选择和相位编码及频率编码;经傅立叶转换和计算机处理形成图像。
经傅立叶转换和计算机处理形成图像。
原子核自旋原子核自旋自旋条件自旋条件质子数质子数+中子数中子数偶数偶数最最常用原子为常用原子为1H无外加磁场无外加磁场B0有有外加磁场外加磁场B0低能态,数目多低能态,数目多高高能态,数目少能态,数目少方向随机方向随机无磁化矢量无磁化矢量氢质子的磁矩是如何变化的氢质子的磁矩是如何变化的处于强磁场内的质子并非静止地向两个方向平行排列,进行陀螺式的摇摆处于强磁场内的质子并非静止地向两个方向平行排列,进行陀螺式的摇摆样运动,质子磁矩这种旋转运动称为进动(样运动,质子磁矩这种旋转运动称为进动(Precession),其旋转频率称共),其旋转频率称共振频率振频率(larmor频率)。
频率)。
磁化矢量磁化矢量MLarmor频率频率氢原子氢原子核在不同场强中的共振频率核在不同场强中的共振频率静磁场强度静磁场强度(T)共振频率共振频率(MHz)0.156.40.156.40.28.50.28.50.312.80.312.80.521.30.521.30.625.50.625.51.042.61.042.61.563.91.563.92.085.32.085.33.0127.83.0127.8磁磁共振共振人体组织在强磁场内会产生净磁化,组织磁化的程度人体组织在强磁场内会产生净磁化,组织磁化的程度取决于磁场强度,与磁场强度成正比。
组织磁化的方取决于磁场强度,与磁场强度成正比。
组织磁化的方向与主磁场方向相同,是纵向磁化。
向与主磁场方向相同,是纵向磁化。
组织磁化是产生组织磁化是产生MR信号,形成信号,形成图像的前提。
图像的前提。
磁磁共振共振共振条件共振条件人人体体进进入入磁磁体体,组组织织被被磁磁化化,氢氢质质子子磁磁矩矩有有规规律律排排列列时时,在在主主磁磁场场垂垂直直方方向向施施加加射射频频脉脉冲冲,当当RF脉脉冲冲等等于于质质子子的的进进动动频频率率时时,质质子子能能吸吸收收RF脉脉冲冲,发发生生质质子子能能态态跃跃迁迁,产产生生核核磁磁共共振振,使使组组织织磁磁化化向向量位置移动,围绕主磁场方向的进动角度发生改变。
量位置移动,围绕主磁场方向的进动角度发生改变。
翻转角翻转角FA射频脉冲时间的长短、强度的大小决定了进动角度射频脉冲时间的长短、强度的大小决定了进动角度的大小的大小。
FA=B1t射频脉冲强度越大射频脉冲强度越大,翻转角度,翻转角度改变越快改变越快。
射频射频脉冲施加时间越长脉冲施加时间越长,翻转角度,翻转角度越大。
越大。
弛豫弛豫射射频频脉脉冲冲一一停停止止,组组织织磁磁化化恢恢复复原原来来的的状状态态,即即发生发生弛豫(弛豫(Relaxation)。
磁磁共共振振成成像像时时受受检检脏脏器器的的每每一一个个质质子子都都要要经经过过反反复复的的RF激发和弛豫激发和弛豫过程。
过程。
弛豫弛豫有有纵向弛豫纵向弛豫和和横向弛豫横向弛豫。
纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫射射频频脉脉冲冲停停止止,纵纵向向弛弛豫豫恢恢复复到到原原来来大大小小平平衡衡的的状状态态,纵向弛豫是能量变化的纵向弛豫是能量变化的过程。
过程。
纵向弛豫纵向弛豫是一个从零状态恢复到最大值的过程是一个从零状态恢复到最大值的过程。
纵纵向向磁磁化化向向量量恢恢复复原原来来数数值值所所经经历历的的时时间间过过程程称称纵纵向向弛弛豫时间(豫时间(T1)。
)。
纵向弛豫纵向弛豫过程表现为一种指数递增过程表现为一种指数递增曲线。
曲线。
T1值值被被定定义义为为从从零零恢恢复复到到原原来来纵纵向向磁磁化化向向量量63%的的时时间间。
4-5倍的倍的T1值时间才能达到完全恢复值时间才能达到完全恢复。
人体各种组织因组成成份不同而具有不同的人体各种组织因组成成份不同而具有不同的T1值。
值。
影响影响T1的因素的因素不不同同组组织织分分子子结结构构T1弛弛豫豫时时间间不不同同,由由它它们们本本身身进进动动频频率率不不同同所所决决定定。
大大部部分分组组织织T1值值在在200-300msec之之间间,(如如:
脂脂肪肪质质子子的的弛弛豫豫比比水水分分子子要要快快,T1时时间间就就短短,脂脂肪肪T1为为100-200ms。
纯纯水水为为3000ms,组织含水越多,组织含水越多,T1时间越长。
时间越长。
磁磁场场强强度度影影响响。
磁磁场场强强度度增增大大使使共共振振频频率率增增大大,T1弛豫时间随之延长。
弛豫时间随之延长。
横向弛豫横向弛豫横向弛豫横向弛豫射射频频脉脉冲冲停停止止,横横向向磁磁化化向向量量开开始始逐逐渐渐消消失失的的过过程程。
横横向弛豫不是能量变化的过程,是进动相位失去的向弛豫不是能量变化的过程,是进动相位失去的过程。
过程。
横向磁化向量逐渐消失的过程称横向弛豫横向磁化向量逐渐消失的过程称横向弛豫时间(时间(T2)。
)。
其其衰衰减减过过程程也也表表现现为为一一个个指指数数曲曲线线,与与T1不不同同的的是是递递减减曲线。
曲线。
T2值值被被定定义义为为横横向向磁磁化化向向量量从从最最大大到到其其原原来来37%的的时时间。
间。
4-5倍倍T2值时间完全消失。
值时间完全消失。
T2弛弛豫豫时时间间内内氢氢质质子子将将吸吸收收的的RF能能量量以以电电磁磁波波形形式式的的信信号释放出来(号释放出来(FID)。
)。
横向弛豫横向弛豫影响影响T2因素因素主主磁磁场场T2弛弛豫豫时时间间比比T1要要短短许许多多。
人人体体组组织织中中T2值值的的范范围围大大约约在在50-100ms之之间间。
(脑脑脊脊液液较较为为特特殊殊,具具有有2000ms的的T2值值)。
在在含含水水多多的的组组织织中中也也有有较较长长的的T2弛豫时间(如:
炎症,水肿,恶性肿瘤等)。
弛豫时间(如:
炎症,水肿,恶性肿瘤等)。
与与T1相相比比,T2对对主主磁磁场场强强度度不不敏敏感感,但但是是对对磁磁场场均均匀匀度敏感度敏感。
磁场不均匀时,磁场不均匀时,1/T2*=1/T2+BT1、T2对磁共振信号的影响对磁共振信号的影响磁共振信号与磁共振信号与T1、T2关系关系采集数据脉冲序列采集数据脉冲序列RFGsSGpGrTE/2TE/2TRFIDEcho9009001800MRI数据采集方法数据采集方法激励激励射频脉冲激励做射频脉冲激励做Gz层面选择。
层面选择。
相位编码相位编码在在Y轴增加梯度磁场轴增加梯度磁场Gy,使,使Y坐标上坐标上质子处于不同相位。
质子处于不同相位。
频率编码频率编码Gy关闭后,立即加上关闭后,立即加上Gx频率编码梯频率编码梯度度,自旋质子进动,含有频率和相位,自旋质子进动,含有频率和相位编码编码的混合的混合MR信号经二维傅立叶转信号经二维傅立叶转换换,分出每个体素在矩阵中的位置和,分出每个体素在矩阵中的位置和信号信号强度,最后重建成图像。
强度,最后重建成图像。
层面层面选择梯度选择梯度Gz相位编码相位编码梯度梯度Gy频率频率编码梯度编码梯度Gx增加梯度磁场的目的增加梯度磁场的目的从从接受线圈接收人体质子群发出的磁共振信号是接受线圈接收人体质子群发出的磁共振信号是成千上万的杂乱无章的信息,这些信号群成千上万的杂乱无章的信息,这些信号群只有强只有强度和频率度和频率,无空间和方位的信息无空间和方位的信息。
应用梯度磁场。
应用梯度磁场的目的,是提供磁共振成像的空间定位信息,解的目的,是提供磁共振成像的空间定位信息,解决图像重建和层面选择及空间定位的难题。
决图像重建和层面选择及空间定位的难题。
磁共振的拉莫尔(磁共振的拉莫尔(Larmor)定律,人体组织在)定律,人体组织在不同的磁场强度下,其共振频率就会不同,这就不同的磁场强度下,其共振频率就会不同,这就形成了根据梯度磁场的变化达到空间定位的理论形成了根据梯度磁场的变化达到空间定位的理论
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- 磁共振 成像 原理