磁共振影像學(xué)第一章概述

1、磁共振影像學(xué)第一章概述第1頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)磁共振成像是利用原子核在磁場(chǎng)內(nèi)共振所產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)重建成像的一種成像技術(shù)。核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一種核物理現(xiàn)象。早在1946年由美國(guó)斯坦福大學(xué)的Block與哈佛大學(xué)的Purcell同時(shí)報(bào)道了這種現(xiàn)象。兩人因此獲得了1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1973年Lauterbur發(fā)表了MR成象技術(shù)，使核磁共振不僅用于物理學(xué)和化學(xué)。也應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 1980年推出了世界上第一臺(tái)MRI成像儀。第2頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR

2、成像基本知識(shí)一、 MRI成像基本原理（一）磁共振現(xiàn)象與MRI含單數(shù)質(zhì)子的原子核，例如人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核，其質(zhì)子有自旋運(yùn)動(dòng)，帶正電，產(chǎn)生磁矩，有如一個(gè)小磁體（圖1-1）。小磁體自旋軸的排列無(wú)一定規(guī)律。但如在均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)中，則小磁體的自旋軸將按磁場(chǎng)磁力線的方向重新排列（圖1-1）。在這種狀態(tài)下，用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF）進(jìn)行激發(fā)，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發(fā)生了磁共振現(xiàn)象。第3頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí) 圖1-1質(zhì)子帶正電荷，它們像地球一樣在不停地繞軸旋轉(zhuǎn)，并有自己的磁場(chǎng)第4頁(yè)，共22頁(yè)，20

3、22年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)停止發(fā)射射頻脈沖，則被激發(fā)的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來(lái)，其相位和能級(jí)都恢復(fù)到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復(fù)過(guò)程稱為弛豫過(guò)程（relaxationprocess），而恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)所需的時(shí)間則稱之為弛豫時(shí)間（relaxationtime）。有兩種弛豫時(shí)間，一種是自旋-晶格弛豫時(shí)間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時(shí)間（longitudinal relaxation time）。是90射頻脈沖質(zhì)子由縱向磁化轉(zhuǎn)到橫向磁化之后再恢復(fù)到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時(shí)間，稱T1。 第5頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20

4、日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)另一種是自旋-自旋弛豫時(shí)間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時(shí)間（transverse relaxation time）反映橫向磁化衰減、喪失的過(guò)程，也即是橫向磁化所維持的時(shí)間，稱T2。T2衰減是由共振質(zhì)子之間相互磁化作用所引起，與T1不同，它引起相位的變化。 第6頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)圖1-2正常情況下，質(zhì)子處于雜亂無(wú)章的排列狀態(tài)。當(dāng)把它們放入一個(gè)強(qiáng)外磁場(chǎng)中，就會(huì)發(fā)生改變。它們 僅在平行或反平行于外磁場(chǎng)兩個(gè)方向上排列第7頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分

5、，星期五 MR成像基本知識(shí)人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對(duì)固定的，而且它們之間有一定的差別，T2也是如此。如（圖2-1和圖2-2）。這種組織間弛豫時(shí)間上的差別，是MRI的成像基礎(chǔ)。有如CT時(shí)，組織間吸收系數(shù)（CT值）差別是CT成像基礎(chǔ)的道理。但MRI不像CT只有一個(gè)參數(shù)，即吸收系數(shù)，而是有T1、T2和自旋核密度（P）等幾個(gè)參數(shù)，其中T1與T2尤為重要。因此，獲得選定層面中各種組織的T1（或T2）值，就可獲得該層面中包括各種組織影像的圖像。第8頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)MRI的成像方法也與CT相似。有如把檢查層面分成Nx，Ny，Nz一定

6、數(shù)量的小體積，即體素，用接收器收集信息，數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)處理，獲得每個(gè)體素的T1值（或T2值），進(jìn)行空間編碼。用轉(zhuǎn)換器將每個(gè)T值轉(zhuǎn)為模擬灰度，而重建圖像。 如圖2-1人體正常與病變組織的T1值（ms）第9頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)肝140170 腦 膜 瘤200300胰180200肝癌300450 腎300340肝血管瘤340370膽汁250300胰 腺 癌275400血液340370腎癌400450脂肪6080肺 膿 腫400500第10頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)組 織T1T2胼胝體 380 8

7、0 橋腦 445 75 延髓 475 100 腦脊液 1155 145 骨髓 320 80 小腦 585 90 大腦 600 100 頭皮 235 60 圖2-2正常顱腦的T1與T2值（ms）第11頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí) 二、 MRI成像設(shè)備 一般的MRI儀由以下五部分組成主磁體梯度線圈脈沖線圈計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他輔助設(shè)備第12頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)（一）主磁體主磁體是MRI儀的最基本的構(gòu)件，是產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置 1.磁體的類(lèi)型： （1）根據(jù)磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式：永磁型、電磁型 永磁型 ：目前開(kāi)放式MRI儀

8、多采用永磁型；場(chǎng)強(qiáng)低。第13頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí) 電磁型 ：是由導(dǎo)線繞成的線圈，通電后即產(chǎn)生磁場(chǎng)。根據(jù)導(dǎo)線材料不同又分為：常導(dǎo)型和超導(dǎo)型。 常導(dǎo)型：需持續(xù)通電，現(xiàn)已淘汰； 超導(dǎo)型：線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為0.352.0T，用液氦及液氮冷卻。目前的中高場(chǎng)強(qiáng)的MRI儀均采用超導(dǎo)型磁體。第14頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)（2）根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度分型 ：低場(chǎng)機(jī)：0.5T以下；中場(chǎng)機(jī)：0.5T1.0T；高場(chǎng)機(jī)：1.0T 2.0T（1.5T為代表）；超高場(chǎng)機(jī)： 2.0T；目前醫(yī)用MRI設(shè)備的磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)

9、在0.353.0T之間。第15頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí) 2.主磁體的技術(shù)指標(biāo)：場(chǎng)強(qiáng)、磁場(chǎng)均勻度及主磁體的長(zhǎng)度 （1）主磁場(chǎng)的強(qiáng)度：用特斯拉（Tesla，T）來(lái)表示 ：1 T = 10000 G （高斯）； （2）主磁場(chǎng)均勻度：磁場(chǎng)均勻度要求在一個(gè)較大范圍的空間內(nèi)產(chǎn)生高度均勻的磁場(chǎng)，均勻度需達(dá)到10-410-6，即在幾個(gè)百萬(wàn)分之一（ppm）； （3）長(zhǎng)度：為保證主磁場(chǎng)均勻度，以往MRI儀多采用2m以上的長(zhǎng)磁體，近幾年伴隨磁體技術(shù)的進(jìn)步，已有長(zhǎng)度為1.4m1.7m的高場(chǎng)強(qiáng)短磁體。第16頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成

10、像基本知識(shí)(二)、梯度線圈： 1.是MRI儀最重要的硬件之一，是特殊繞制的線圈，通過(guò)修改主磁場(chǎng)，產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)。 2.梯度線圈的主要作用: (1)進(jìn)行MR信號(hào)的空間定位編碼; (2)產(chǎn)生MR回波。 3.梯度線圈由X、Y、Z軸三個(gè)線圈組成（在MR成像技術(shù)中，把主磁場(chǎng)方向定義為Z軸方向，與Z軸方向垂直的平面為XY平面）。第17頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí) 4.梯度線圈的主要性能指標(biāo) :梯度場(chǎng)強(qiáng)、切換率 (1)梯度場(chǎng)強(qiáng)是指單位長(zhǎng)度內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的差別，通常用每米長(zhǎng)度內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度差別的毫特斯拉量（mT/M）來(lái)表示; (2)切換率（slew rate）是指單位時(shí)間及

11、單位長(zhǎng)度內(nèi)的梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量，常用每秒每米長(zhǎng)度內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的毫特斯拉量（mT/M.S）來(lái)表示 ; 5.梯度線圈性能的提高對(duì)于MR超快速成像至關(guān)重要，可以說(shuō)沒(méi)有梯度線圈的進(jìn)步就不可能有超快速序列。 第18頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)(三)、脈沖線圈 1. 脈沖線圈分為:發(fā)射線圈和接收線圈; 2.發(fā)射線圈:發(fā)射射頻脈沖,激發(fā)人體內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振; 3.接收線圈:接收人體內(nèi)發(fā)出的MR信號(hào)（也是一種無(wú)線電波）; 4.有的線圈可同時(shí)作為發(fā)射線圈和接受線圈; 5.接收線圈與MR圖像信噪比密切相關(guān),接收線圈離檢查部位越近，所接收到的信號(hào)越強(qiáng)，線圈內(nèi)體積越小，所接收到的噪聲越低。第19頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí) RF第20頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期五 MR成像基本知識(shí)(四)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屬于MRI儀的大腦，控制著MR