MRI基本知識及技術(shù)進展PPT課件

1、第1頁/共107頁磁共振儀基本硬件磁共振儀基本硬件第2頁/共107頁 主磁體主磁體 梯度系梯度系統(tǒng)統(tǒng) 射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備計算機系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備第3頁/共107頁主磁體主磁體 類型 永磁型 電磁型 常導磁體 超導磁體第4頁/共107頁主磁體主磁體 場強主磁場的場強可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）來表示；1T10000G 地球磁場約為0.5G T是目前磁場強度的法定單位 超低場機：2.0T第5頁/共107頁第6頁/共107頁梯度系統(tǒng)的主要作用梯度系統(tǒng)的主要作用 進行空間定位編碼 產(chǎn)生MR回波（梯度回波） 施加擴散加權(quán)梯度場 進行流體補償 進行流動液體

2、相位編碼第7頁/共107頁梯度系統(tǒng)的主要性能指標梯度系統(tǒng)的主要性能指標 梯度場強 定義：單位長度內(nèi)磁場強度的差別 目前1.5TMRI：25mT/m（120mT/m.s） 切換率 定義：單位時間及單位長度內(nèi)梯度磁場強度的變化率 梯度線圈性能對MR超快速成像至關(guān)重要 梯度磁場的劇烈變化可引起周圍神經(jīng)刺激第8頁/共107頁梯度場強及切換率示意圖梯度場強及切換率示意圖12 梯度場強（mT/m）=梯度場兩端的磁場強度差值/梯度場的長度 切換率（mT/m.s）梯度場預定強度/t第9頁/共107頁第10頁/共107頁脈沖線圈脈沖線圈 發(fā)射線圈 作用：發(fā)射射頻脈沖質(zhì)子發(fā)生共振 其能量與其強度和持續(xù)時間有關(guān) 接

3、收線圈 接收人體內(nèi)發(fā)出的MR信號； 距離檢查部位越近，信號越強 線圈內(nèi)體積越小，噪聲越低第11頁/共107頁脈沖線圈脈沖線圈 發(fā)射線圈和接收線圈可為同一個線圈； 陣列（相控陣）線圈由多個子線圈（單元）構(gòu)成，同時需要多個采集通道。第12頁/共107頁第13頁/共107頁計算機系統(tǒng)及輔助設(shè)備計算機系統(tǒng)及輔助設(shè)備 計算機系統(tǒng) (MRI儀的大腦) 脈沖激發(fā) 信號采集 數(shù)據(jù)運算 圖像顯示 等等 其他輔助設(shè)備 檢查床、制冷系統(tǒng)、相機等第14頁/共107頁基基 本本 原原 理理第15頁/共107頁第16頁/共107頁第17頁/共107頁 共振現(xiàn)象：共振現(xiàn)象：能量從一個客體或系統(tǒng)傳送給另外一個，而接受者以與供

4、應(yīng)者相同的頻率振動。這種能量傳送，只有在供應(yīng)者發(fā)送的頻率與接受者本身固有的振動頻率一致時，才能發(fā)生。第18頁/共107頁 核磁共振：核磁共振： 在MR成像中，能量接收者為生物組織中的氫原子團，供應(yīng)者為外加的射頻脈沖(電磁波）。射頻脈沖的頻率（能量）只有與質(zhì)子群的旋進頻率一致時，才能出現(xiàn)共振。 生物組織處在不同的磁場環(huán)境中，其質(zhì)子群發(fā)生共振所需要的射頻脈沖是不一致的。比如在主磁場為1.0T時，只有42.5MHz的射頻脈沖頻率，方能使質(zhì)子群出現(xiàn)核磁共振。第19頁/共107頁原子的結(jié)構(gòu)原子的結(jié)構(gòu)原子核電子質(zhì)子中子原子原子核電子質(zhì)子中子原子原子核電子質(zhì)子中子原子2H第20頁/共107頁自旋和核磁的概念

5、自旋和核磁的概念 自旋： 任何原子核總以一定的頻率繞著自己的軸進行高速的旋轉(zhuǎn) 核磁： 自旋形成電流環(huán)路，從而產(chǎn)生有一定大小和方向的磁化矢量（磁場）第21頁/共107頁第22頁/共107頁磁性和非磁性原子核磁性和非磁性原子核 并非所有原子核的自旋運動均能產(chǎn)生核磁，根據(jù)原子核內(nèi)中子和質(zhì)子的數(shù)目不同，不同的原子核產(chǎn)生不同的核磁效應(yīng)。 如果原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為偶數(shù)，則這種原子核的自旋并不產(chǎn)生核磁，我們稱這種原子核為非磁性原子核非磁性原子核。 反之，我們把自旋運動能產(chǎn)生核磁的原子核稱為磁性原子核磁性原子核。第23頁/共107頁磁性和非磁性原子核磁性和非磁性原子核 磁性原子核需要符合以下條件：（1

6、）中子和質(zhì)子均為奇數(shù)；（2）中子為奇數(shù)，質(zhì)子為偶數(shù)；（3）中子為偶數(shù)，質(zhì)子為奇數(shù)。 第24頁/共107頁用于人體磁共振成像的原子用于人體磁共振成像的原子 通常選擇1H作為人體磁共振成像的原子核 人體中1H的含量最多，占原子核總數(shù)的2/31H的磁化率最高第25頁/共107頁第26頁/共107頁進入主磁場前進入主磁場前人體質(zhì)子的磁化狀態(tài)人體質(zhì)子的磁化狀態(tài) 每個質(zhì)子產(chǎn)生一個小磁場 但排列雜亂無章 磁化矢量相互抵消 不產(chǎn)生宏觀的磁化矢量第27頁/共107頁第28頁/共107頁進入主磁場后進入主磁場后人體質(zhì)子的磁化狀態(tài)人體質(zhì)子的磁化狀態(tài) 排列不再雜亂無章 規(guī)律排列 兩種狀態(tài)： 低能級：與主磁場平行且方向

7、相同相同 高能級：與主磁場平行且方向相反相反第29頁/共107頁第30頁/共107頁進入主磁場后進入主磁場后人體質(zhì)子的磁化狀態(tài)人體質(zhì)子的磁化狀態(tài) 低能級略多于高能級 形成與主磁場方向一 致的宏觀磁化矢量第31頁/共107頁進動和進動頻率進動和進動頻率第32頁/共107頁自旋運動旋轉(zhuǎn)擺動（進動進動）第33頁/共107頁 進動進動： 有序排列的質(zhì)子 沿旋轉(zhuǎn)軸呈錐形旋轉(zhuǎn)。 進動頻率進動頻率 質(zhì)子每秒鐘進動的次數(shù)。第34頁/共107頁進動和進動頻率進動和進動頻率 進動頻率進動頻率：也稱Larmor頻率（） =.B0 其中為磁旋比，B0為主磁場強度 對于特定原子核 為常數(shù)， 質(zhì)子的為42.5MHz/T第

8、35頁/共107頁第36頁/共107頁 低能級高能級產(chǎn)生宏觀的縱向磁化矢量 不同質(zhì)子相位不同不產(chǎn)生宏觀的橫向磁化矢量第37頁/共107頁 坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng) Z軸代表磁力線方向軸代表磁力線方向 XY軸為與軸為與Z軸垂直的平面軸垂直的平面第38頁/共107頁第39頁/共107頁第40頁/共107頁第41頁/共107頁 發(fā)射與質(zhì)子進動頻率相一致的射頻脈沖，使質(zhì)子吸收能量而發(fā)生共振。 射頻脈沖能量的大小取決于其脈沖強度和持續(xù)時間。第42頁/共107頁第43頁/共107頁9090脈沖：脈沖：使得宏觀縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)90，即 完全偏轉(zhuǎn)到X、Y平面； 90稱為小角度脈沖； 180脈沖則使其方向相反。第44頁

9、/共107頁BoZBo第45頁/共107頁90射頻脈沖的效應(yīng)射頻脈沖的效應(yīng) 縱向磁化矢量等于零 得到最大的橫向磁化矢量第46頁/共107頁 90 脈沖產(chǎn)生的宏觀磁化矢量大小與脈沖激發(fā)前的宏觀縱向磁化矢量大小呈正相關(guān)； 平衡狀態(tài)下宏觀縱向磁化矢量大小與組織中質(zhì)子的含量呈正相關(guān)。90射頻脈沖的效應(yīng)射頻脈沖的效應(yīng)第47頁/共107頁第48頁/共107頁B0ZZZZZYYYYYXXXXX90度（1）靜磁場中（2）90度脈沖（3）脈沖停止后（4）停止后一定時間（5）恢復到平衡狀態(tài)第49頁/共107頁 90脈沖關(guān)閉后，組織的宏觀磁化矢量逐漸恢復到平衡狀態(tài)，我們把這個過程稱為核磁 弛豫弛豫(relaxati

10、on)(relaxation)。即將能量（MR信號）釋放出來。第50頁/共107頁核核 磁磁 弛弛 豫豫橫向弛豫橫向弛豫縱向弛豫縱向弛豫第51頁/共107頁核核 磁磁 馳馳 豫豫橫向弛豫：橫向弛豫：T2弛豫弛豫 橫向磁化矢量逐漸減小直至消失，稱為橫向弛豫。 第52頁/共107頁T2 馳馳 豫豫 T T2 2值：值：橫向磁化矢量降低到最大值37所需的時間第53頁/共107頁橫向弛豫和自由感應(yīng)衰減橫向弛豫和自由感應(yīng)衰減 90脈沖關(guān)閉后，處于同相位的質(zhì)子發(fā)生了相位的離散（失相位）。 失相位的原因有兩個： -主磁場的不均勻 -質(zhì)子周圍磁環(huán)境隨機波動第54頁/共107頁橫向弛豫和自由感應(yīng)衰減橫向弛豫和自

11、由感應(yīng)衰減 T T2 2弛豫弛豫：也稱自旋自旋弛豫，剔除了主磁場不均勻的影響，其他原子核的的隨機運動引起的宏觀磁化矢量的衰減才是真正的橫向弛豫，即T2弛豫。 自由感應(yīng)衰減自由感應(yīng)衰減（FID）：也稱為T T2 2* *弛豫弛豫（包括主磁場不均勻和橫向弛豫的雙重影響）第55頁/共107頁自由感應(yīng)衰減和橫向弛豫自由感應(yīng)衰減和橫向弛豫 FID： 快 橫向弛豫 主磁場不均勻 T2： 慢 橫向弛豫 主磁場不均勻第56頁/共107頁核核 磁磁 馳馳 豫豫縱向弛豫：縱向弛豫：T1弛豫弛豫 縱向磁化矢量逐漸恢復直至最大值（平衡狀態(tài)）， 稱為縱向弛豫。 第57頁/共107頁T1 馳馳 豫豫甲T1乙T1甲組織乙組

12、織 T1T1值：值：縱向磁化矢量恢復到最大值的63所需的時間。T1T1第58頁/共107頁縱縱 向向 馳馳 豫豫 原因：與周圍分子的運動頻率有關(guān)，兩者越接近，縱向弛豫就越快；又稱 自旋晶格弛豫 T1值受主磁場場強的影響較大： 隨場強增高，組織的T1值延長第59頁/共107頁磁共振加權(quán)成像磁共振加權(quán)成像 “加權(quán)加權(quán)”的含義的含義 T T2 2加權(quán)成像加權(quán)成像 T T1 1加權(quán)成像加權(quán)成像第60頁/共107頁“加權(quán)加權(quán)”成像的含義成像的含義 所謂加權(quán)(weighted)即“偏重于偏重于”的意思 組織的各方面特征（包括質(zhì)子密度，T1值，T2值）均對MR信號有貢獻，不可能得到純粹反映的某一特征的圖像

13、“加權(quán)加權(quán)”就突出突出某種特征，抑制其它特征。第61頁/共107頁T2加權(quán)成像加權(quán)成像 90脈沖相同的宏觀橫向磁化矢量 脈沖后，發(fā)生橫向弛豫（T2弛豫） T2值大值大 衰減小信號信號高高第62頁/共107頁T1加權(quán)成像加權(quán)成像 90脈沖縱向磁化矢量為零脈沖后，發(fā)生縱向弛豫（T1弛豫） T1值大值大 衰減小恢復的縱向磁化矢量低 再次90脈沖較弱的橫向磁化矢量信信號低號低第63頁/共107頁第64頁/共107頁磁共振成像磁共振成像在各個系統(tǒng)中的應(yīng)用在各個系統(tǒng)中的應(yīng)用第65頁/共107頁第66頁/共107頁主主 要要 優(yōu)優(yōu) 勢勢第67頁/共107頁主要優(yōu)勢主要優(yōu)勢第68頁/共107頁第69頁/共10

14、7頁第70頁/共107頁第71頁/共107頁主要優(yōu)勢主要優(yōu)勢第72頁/共107頁第73頁/共107頁骨髓瘤骨髓瘤第74頁/共107頁主要優(yōu)勢主要優(yōu)勢第75頁/共107頁第76頁/共107頁第77頁/共107頁STIR FLAIR第78頁/共107頁主要優(yōu)勢主要優(yōu)勢第79頁/共107頁第80頁/共107頁主要優(yōu)勢主要優(yōu)勢第81頁/共107頁主要不足主要不足1，MRI在肺部成像方面還不成熟；2，顯示胃腸道方面受到限制；3，對鈣化顯示不敏感，所以對骨腫瘤的定性 診斷方面，還需要結(jié)合CT和X光平片；4，成像時間長（急診患者：器械、掃描速度）。第82頁/共107頁相對禁忌癥相對禁忌癥 1.體內(nèi)裝有心臟起

15、搏器，金屬動脈瘤夾的患者； 2.妊娠三個月之內(nèi)患者。第83頁/共107頁技技 術(shù)術(shù) 進進 展展第84頁/共107頁全脊柱成像全脊柱成像第85頁/共107頁第86頁/共107頁MR全身成像第87頁/共107頁全身血管成像第88頁/共107頁冠脈成像冠脈成像 （Coronary MRACoronary MRA）Courtesy PMS Best第89頁/共107頁類類DSADSA技術(shù)技術(shù) （4D Trak4D Trak）Dynamic angio scanningAV phase0.95sDSA 1s4D TRAK (0.6s/dyn on 3.0T) 第90頁/共107頁類DSA技術(shù) （4D T

16、rak）第91頁/共107頁 磁敏感成像（SWI）第92頁/共107頁Hemorrhage in Glioma磁敏感成像 （SWI）第93頁/共107頁腫瘤灌注（Tumor Perfusion）Perfusion analysisT2* Presto PerfusionNI MapIndex MapMTT MapChart第94頁/共107頁乳腺腫瘤 灌注（Breast Tumor Perfusion）T1 Perfusion第95頁/共107頁心功能分析軟件可以清晰直觀地顯示 ：下壁中部異常高信號系心肌梗死區(qū)。心肌梗塞第96頁/共107頁Fiber Track merge fMRI第97頁/

17、共107頁弓形纖維的神經(jīng)束圖 弓形纖維短聯(lián)合纖維束第98頁/共107頁a胼胝體的神經(jīng)束圖冠狀面 (與彩色編碼的FA 圖融合）橫斷面 矢狀面 第99頁/共107頁胼胝體上縱束上縱束下縱束下縱束皮質(zhì)脊髓束多神經(jīng)束的神經(jīng)束圖矢狀面橫斷面各神經(jīng)束可隨意標示為各種不同顏色第100頁/共107頁MRSMRS第101頁/共107頁全身腫瘤篩查（類PET技術(shù)） L: DWIBS R: PET第102頁/共107頁第103頁/共107頁 10-36 10-17A B7名受試的冠狀位平均腦激活圖 A：顏色知覺激活圖（V4） B：運動知覺激活圖（MT+） 顏色柱表示統(tǒng)計值PfMRI 功能磁共振成像第104頁/共10

18、7頁Use of stem cells labeled with superparamagnetic iron oxide nanoparticles to directly detect ongoing angiogenesis within tumors. A, Coronal spin-echo image of tumor in control mouse in which labeled stem cells have not been infused shows tumor (arrows) as subtle region of abnormal signal intensity.B, Cor