核磁共振成像

1、關(guān)于核磁共振成像第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月概圖核磁共振發(fā)展史醫(yī)用MRI儀器及通用系統(tǒng)框圖核磁共振成像優(yōu)缺點(diǎn)核磁共振成像目前取得巨大進(jìn)展核磁共振基本物理原理核磁共振成像原理核磁共振成像子系統(tǒng)及功能參考文獻(xiàn)第二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1924年： Pauli 預(yù)言了NMR 的基本理論,斯特恩和蓋拉赫在原子束實(shí)驗(yàn)中觀察到了鋰原子和銀原子的磁偏轉(zhuǎn)。斯特恩等人測量了質(zhì)子的磁距1939年： 拉比第一次做了核磁共振實(shí)驗(yàn)1946年： Harvard 大學(xué)的Purcel和Stanford大學(xué)的Bloch各自首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)NMR現(xiàn)象1953年：Varian開始商用儀器開發(fā)，同

2、年制作了第一臺(tái)高分辨NMR 儀1956年：Knight發(fā)現(xiàn)元素所處的化學(xué)環(huán)境對(duì)NMR信號(hào)有影響,且與物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)有關(guān) 1970年：Fourier-NMR 開始市場化（早期多使用的是連續(xù)波 NMR 儀器）1973年：核磁共振技術(shù)被引入醫(yī)學(xué)臨床檢測1991年：Ernst 高分辨核磁共振波譜學(xué)方法方面 2002年：瑞士核磁共振波譜學(xué)家維特里希，用多維NMR技術(shù)在測定溶液中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)象方面的開創(chuàng)性研究2003年：美國科學(xué)家勞特勞爾于1973年發(fā)明在靜磁場中使用梯度場，能夠獲得磁共振信號(hào)的位置，可以得到物體的二維圖像；英國科學(xué)家曼斯菲爾德進(jìn)一步發(fā)展，指出磁共振信號(hào)可以用數(shù)學(xué)方法精確描述，他發(fā)展的

3、快速成像方法為醫(yī)學(xué)磁共振成像臨床診斷打下了基礎(chǔ)。核磁共振發(fā)展史第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家勞特布爾（圖左）和英國科學(xué)家曼斯菲爾德（圖右） 1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家布洛赫（圖左）和波賽爾（圖右）1991年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予瑞士物理學(xué)家艾斯特1944年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家拉比2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美日瑞士三國科學(xué)家芬恩 （圖左），田中耕一（圖中），維特里希（圖右） 1943年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家斯特恩核磁共振發(fā)展史第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月醫(yī)用核磁共振成像儀器及通用系統(tǒng)框圖引用：/i?

4、tn=baiduimage&ipn=r&ct=201326592&cl=2&lm=-1&st=-1&fm=index&fr=&sf=1&fmq=&pv=&ic=0&nc=1&z=&se=1&showtab=0&fb=0&width=&height=&face=0&istype=2&ie=utf-8&word=MRI&oq=MRI&rsp=-1第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振成像優(yōu)缺點(diǎn)成像條件 有信號(hào)、獲取信號(hào)、處理信號(hào)及圖像重建。MRI的特點(diǎn) 數(shù)學(xué)、核物理、電磁學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、生理解剖學(xué)、超導(dǎo)技術(shù)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷等等從宏觀到微觀的各個(gè)領(lǐng)域；MRI應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的優(yōu)勢利

5、用人體氫質(zhì)子的MR信號(hào)成像，從分子水平提供診斷信息；任意截面成像；軟組織圖象更出色；不受骨偽影的影響；無電離輻射,一定條件下可進(jìn)行介入MRI治療MRI的局限性成像速度慢（相對(duì)于X-CT而言）對(duì)鈣化灶和骨皮質(zhì)灶不敏感圖像易受多種偽影影響禁忌癥：心臟起搏器及鐵磁性植入者等定量診斷困難第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月回波平面成像（echoplannarmaging, EPI），使MR的成像時(shí)間大大縮短，可在100200ms內(nèi)得到高分辨率的圖像。磁共振血管造影（magneticresonanceangiography，MRA），不需要造影劑即可得到血管造影像，優(yōu)于CT和X線血管造影。還有

6、磁共振的灌注和滲透加權(quán)成像，不僅提供了人體組織器官形態(tài)方面的信息，還提供了功能方面的信息。磁共振成像介入，有良好的組織對(duì)比度，可以精確地區(qū)分病灶的界面、確定目標(biāo)；亞毫米級(jí)空間分辨率便于病灶定位和介入引導(dǎo)；多層和三維空間成像允許全方位地觀察重要的解剖結(jié)構(gòu)；快和超快速的成像序列能夠?qū)ι磉\(yùn)動(dòng)、介入器具和介入引起的變化進(jìn)行近似實(shí)時(shí)的觀察。消除偽影的技術(shù)，如空間預(yù)飽和、梯度磁矩衡消和快速成像等技術(shù)，可有效消除人體的生理運(yùn)動(dòng)如呼吸、血流、腦脊液脈動(dòng)、心臟跳動(dòng)、胃腸蠕動(dòng)等引起的磁共振圖像的偽影。核磁共振成像目前取得巨大進(jìn)展第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振基本物理原理磁場中的核能級(jí)間距

7、: 研究對(duì)象: 自旋量子數(shù)0 的原子核Larmor頻率: 磁場中核能級(jí)分裂: 自旋角動(dòng)量: 第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月熱平衡，各能級(jí)粒子數(shù)服從玻爾茲曼分布，宏觀磁化強(qiáng)度M： 對(duì)氫原子核磁共振研究核磁共振基本物理原理第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（xy平面均勻分布，相互抵消）: 一個(gè)核： 多個(gè)核： 核磁共振基本物理原理-Larmor 進(jìn)動(dòng) 第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振信號(hào)的弛豫自旋體系可以與周圍環(huán)境相互作用在低能態(tài)上的核躍遷到高能態(tài)的同時(shí)，高能態(tài)的核向周圍環(huán)境轉(zhuǎn)移能量，及時(shí)地恢復(fù)到低能態(tài)，核體系仍然保持低能態(tài)核數(shù)目比高能態(tài)微

8、弱過剩的熱平衡狀態(tài)，維持玻爾茲曼分布，從而保證了共振吸收的繼續(xù)進(jìn)行這種不經(jīng)過輻射而回到低能態(tài)的過程叫弛豫自旋核從共振激發(fā)狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間為弛豫時(shí)間弛豫時(shí)間及自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID）第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月受激發(fā)射： 在電磁波作用下，處于高能級(jí)的粒子回到低能級(jí)，發(fā)出頻率為的電磁波，因此電磁波強(qiáng)度增強(qiáng)的現(xiàn)象。 玻爾茲曼分布表明，在平衡狀態(tài)下，高低能級(jí)上的粒子數(shù)分布由下式?jīng)Q定： 從激發(fā)狀態(tài)恢復(fù)到Boltzmann平衡的過程就是馳豫過程 馳豫（relaxation）種類弛豫時(shí)間及自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID）第十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月縱向馳豫（

9、spin-lattice relaxation） 自旋-晶格馳豫或 T1馳豫縱向馳豫是自旋的原子核與周圍分子（晶格）之間交換能量的過程，磁性核的能量隨之降低縱向馳豫的結(jié)果：高能級(jí)的核數(shù)目減少，就整個(gè)自旋體系來說，總能量下降縱向馳豫過程所經(jīng)歷的時(shí)間用T1表示，T1越小、縱向馳豫過程的效率越高，越有利于核磁共振信號(hào)的測定。 馳豫（relaxation）種類注：晶格是泛指包含有自旋核的整個(gè)自旋分子體系，也可以說它是構(gòu)成質(zhì)子和原子的外在環(huán)境弛豫時(shí)間及自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID）第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月橫向馳豫（spin-spin relaxation）又稱自旋-自旋馳豫或 T2馳

10、豫 自旋核與自旋核之間能量交換的過程即自旋的原子核進(jìn)動(dòng)相位的一致性逐漸散相的過程，其快慢與周圍同種核的均勻性有關(guān)橫向弛豫的結(jié)果：交換能量的兩個(gè)核的取向被掉換，各種能級(jí)的核數(shù)目不變，核體系的總能量不變。橫向馳豫過程所需時(shí)間以T2表示，一般的氣體及液體樣品T2為1秒左右。馳豫時(shí)間決定核在高能級(jí)上的平均壽命T，由下式 知T取決于T1及T2之較小者弛豫時(shí)間及自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID）第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月橫向馳豫相位發(fā)散的過程橫向馳豫過程中，各種取向的核總數(shù)沒有變化，是一個(gè)相位發(fā)散的過程。在均勻磁場中，被激發(fā)的瞬間，核具有相同的進(jìn)動(dòng)頻率。在自旋自旋耦合的作用下，導(dǎo)致頻散，失去

11、同步，進(jìn)而產(chǎn)生相散。局部磁場的非均勻性會(huì)改變質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，進(jìn)而加速相散，加快橫向馳豫。第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月弛豫時(shí)間及自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID） 自旋-晶格弛豫時(shí)間（T1）核磁共振中，自旋體系因受到射頻波的激勵(lì)而失去平衡射頻場關(guān)斷后，借自旋-晶格弛豫而恢復(fù)玻爾茲曼平衡。弛豫快慢遵循指數(shù)遞增規(guī)律，把從0增大到最大值的63%所需時(shí)間定義為縱向馳豫時(shí)間影響T1時(shí)間的因素T1與靜磁場的強(qiáng)度大小有關(guān)，一般靜磁場強(qiáng)度越大， T1就大T1長短還取決于組織進(jìn)行能量傳遞的有效性大分子、小分子的共振頻率與拉莫爾頻率差別較大，能量傳遞有效差，T1較長中等分子（脂肪）的共振頻率接近于拉莫爾

12、頻率，能量傳遞有效好，T1較短第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）特點(diǎn)是能量交換在相同的自旋核之間進(jìn)行，因而弛豫的效率非常高。生物組織的T2值在30150ms之間。一般情況下T1T2（T1約為T2的410 倍）。橫向恢復(fù)時(shí)間T2是由于相位同步的質(zhì)子開始變得不同步,所以橫向磁化減小。弛豫快慢遵循指數(shù)遞減規(guī)律，把從最大下降到最大值的37%的時(shí)間定義為橫向馳豫時(shí)間(T2)。弛豫時(shí)間及自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID）影響T2的因素不同成分和結(jié)構(gòu)的組織T2不同，例如水的T2值要比固體的T2值長。T2與磁場強(qiáng)度無關(guān)T2的長短取決于組織內(nèi)部的局部小磁場的均勻性對(duì)小磁化散相的有

13、效性均勻性越好（水），散相效果越差，T2越長；越不均勻（肌肉），散相越快，T2越短第十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月組織弛豫生物學(xué)意義組織含水量組織含水量是決定組織間弛豫率差異的主要因素。含水量下降則弛豫加快，反之弛豫變慢。任何使組織水量變化的化學(xué)物理環(huán)境均可導(dǎo)致組織弛豫的變化。水的雜亂運(yùn)動(dòng)不同的大分子可對(duì)其表面上水分子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同程度的擾亂，使附件水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，這是造成T1，T2差異的另一個(gè)重要原因。脂肪的含量脂肪具有疏水性，使其中的氫質(zhì)子得以與水中的氫質(zhì)子分開。當(dāng)脂肪與肌肉和肝臟等組織或器官一起分布時(shí)，仍能表現(xiàn)出很好的弛豫特性來是MRI具有極高軟組織對(duì)比度的組織學(xué)基

14、礎(chǔ)。順磁性粒子的作用順磁粒子對(duì)核磁共振的弛豫有很大影響。在樣品中摻入少量順磁粒子，由于其總磁矩不為零，它所產(chǎn)生的局部場要比自旋核的強(qiáng)得多。如此強(qiáng)的局部場會(huì)使自旋核的弛豫加快。第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空間定位核磁共振成像原理 頻率編碼梯度（Gf）相位編碼梯度 （Gp）原理：用一個(gè)梯度磁場作為層面選擇梯度（slice select gradient），確定掃描層面，然后用另外兩個(gè)梯度磁場來確定層面內(nèi)的坐標(biāo)位置。通過三個(gè)梯度的不同組合，MRI 可以實(shí)現(xiàn)任意層面斷層成像 選層梯度磁場（Gs）引用：correction of rotational motion artifacts

15、 in magnetic resonance imaging第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空間定位-選層梯度原理圖RF的頻帶寬度與梯度場強(qiáng)度共同決定層厚選層的厚度取決于兩個(gè)因素：選層梯度的強(qiáng)度（梯度場的斜率）、激勵(lì)射頻的頻率范圍（射頻帶寬）層厚與射頻帶寬成正相關(guān)：射頻頻率范圍越大，能夠激發(fā)的質(zhì)子層面越厚，反之越薄核磁共振成像原理第二十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振成像原理空間定位-頻率編碼原理圖利用Gx和Gy對(duì)該層面內(nèi)的 x 和 y 方向進(jìn)行平面內(nèi)的空間定位,Gx和Gy分別叫做頻率編碼梯度（frequency encoding gradient）和相位編碼

16、梯度（phase encoding gradient）第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月利用相位編碼梯度造成氫核有規(guī)律的相位差，利用該相位差來確定體素在某一個(gè)方向的空間位置信息核磁共振成像原理空間定位-相位編碼原理第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振成像的種類：T1成像、T2成像、密度成像最常用的圖像重建算法： FFT （快速傅里葉變換）自旋回波序列信號(hào)： 將人體組織發(fā)出的微弱核磁共振信號(hào)重建成二維斷面圖像點(diǎn)成像法：對(duì)每個(gè)組織體素信號(hào)逐一進(jìn)行測量成像的方法線成像法：一次采集一條掃描線數(shù)據(jù)的方法面成像法：同時(shí)采集整個(gè)斷面數(shù)據(jù)的方法體成像法：施加兩維的相位編碼

17、梯度和一維的頻率編碼梯度同時(shí)對(duì)組織進(jìn)行整個(gè)三維體積的數(shù)據(jù)采集和成像方法（不使用選層梯度進(jìn)行面的選擇）核磁共振成像原理磁共振圖像重建第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振成像原理K空間MRI成像時(shí)，需要多次射頻激發(fā)采集多行數(shù)據(jù)，將采集到的原始信號(hào)數(shù)據(jù)填入到一個(gè)矩陣中，稱為K空間該空間內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的是空間位置的空間頻率數(shù)據(jù)利用該空間內(nèi)的數(shù)據(jù)經(jīng)過傅里葉反變換，可以得到圖像數(shù)據(jù)K空間中的數(shù)據(jù)點(diǎn)陣與圖像的點(diǎn)陣不是一一對(duì)應(yīng)的，每一個(gè)點(diǎn)包括了全層信息第二十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二維成像是用方向正交的相位編碼梯度和頻率編碼梯度進(jìn)行空間編碼三維成像是利用三個(gè)相互正交的磁

18、場梯度實(shí)現(xiàn)空間編碼，它增加一個(gè)與層面方向垂直的相位編碼梯度以實(shí)現(xiàn)第三個(gè)方向上的空間編碼。一次性激勵(lì)整個(gè)成像容積三維圖像重建或容積成像是通過擴(kuò)展二維成像平面中的空間編碼方向來實(shí)現(xiàn)的核磁共振成像原理核磁共振成像圖像重建第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月核磁共振成像系統(tǒng)根據(jù)核磁共振的基本原理結(jié)合計(jì)算機(jī)斷層圖像重建原理而開發(fā)的一種影像診斷設(shè)備線圈向樣品發(fā)射電磁波，通過調(diào)制振蕩器使射頻電磁波的頻率在樣品共振頻率附近連續(xù)變化。當(dāng)頻率正好與核磁共振頻率吻合時(shí)，射頻振蕩器的輸出就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)吸收峰。同時(shí)由頻率計(jì)即刻讀出這時(shí)的共振頻率值探頭置于磁極之間，用于探測核磁共振信號(hào)譜儀是將共振信號(hào)放大處理并顯示和記錄下來核磁共振成像各系統(tǒng)框圖及連接引用：百度圖片關(guān)鍵詞“核磁 系統(tǒng)”第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月磁體類型永磁型磁體 : 0.150.5T 維護(hù)費(fèi)用小