華中科技大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)

華中科技大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)第1頁/共151頁一、概論MRI是NMR的一個(gè)分支。NMR技術(shù)包括固態(tài)NMR波譜、液相NMR波譜及20世紀(jì)80年代后出現(xiàn)的MRI。MRI是一種新的影像學(xué)方法，由于其理論基礎(chǔ)涉及到原子物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、電磁學(xué)、影像學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、生理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，給MRI學(xué)習(xí)帶來了很大的困難。第2頁/共151頁磁共振成像(MagneticResonanceImaging/MRI)

磁共振成像（MagneticResonanceImaging,MRI）就是利用磁場(chǎng)與磁性核系統(tǒng)的磁共振作用所產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)空間編碼、圖像重建而獲得的斷層圖像。（目前，臨床MRI均采用H原子核為磁性核系統(tǒng)）第3頁/共151頁第4頁/共151頁MRI發(fā)展史1946年，由美國Stanford大學(xué)的Bloch和Harvard大學(xué)的Purcell同時(shí)獨(dú)立地完成了核磁共振試驗(yàn)，并由此獲得了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，被譽(yù)為MRI的發(fā)現(xiàn)者；1967年JasperJackson首先在活體動(dòng)物體上獲得了磁共振信號(hào)；1973年美國紐約州立大學(xué)的Lautebur利用水模成功地獲得了氫質(zhì)子二維MR圖像，被譽(yù)為磁共振成像空間定位的開拓者；從八十年代開始，MRI進(jìn)入醫(yī)學(xué)臨床階段。第5頁/共151頁MRI發(fā)展史上重大事件1946年,NMR的發(fā)現(xiàn)Block,Puecell1971年，腫瘤T1T2時(shí)間延長Damadian1973年，充水試管NMR圖像Lauterbur1974年，活鼠NMR圖像Lauterbur1976年，人體胸部NMR圖像Damadian1977年，初期NMR全身圖像Mallard1980年，MRI儀商品化1989年，國產(chǎn)永磁MRI儀安科公司第6頁/共151頁第7頁/共151頁第8頁/共151頁第9頁/共151頁MRI的局限性

1、成像速度慢2、對(duì)鈣化及骨皮質(zhì)不敏感3、圖像易受偽影影響4、禁忌癥較多5、定量診斷困難第10頁/共151頁第11頁/共151頁二、MRI的基本原理第12頁/共151頁磁場(chǎng)(magneticfield)

存在于磁體或載電流介質(zhì)周圍的物資場(chǎng)，其大小以磁感應(yīng)強(qiáng)度表示。以場(chǎng)內(nèi)垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)電荷所受力的大小來量度，B=F/qv。通常B隨時(shí)間和空間而變化。第13頁/共151頁NSBIB第14頁/共151頁磁化(magnetization)

在磁場(chǎng)的作用下，物資從無磁性變成有磁性的過程。由于電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分子電流，所以分子內(nèi)存在磁偶極矩，相當(dāng)于一枚小磁針。通常不顯磁性，但在磁場(chǎng)的作用下，磁偶極矩呈定向排列，因而呈現(xiàn)磁性。第15頁/共151頁B第16頁/共151頁磁化強(qiáng)度(M)

磁介質(zhì)經(jīng)過磁化后所產(chǎn)生的單位體積內(nèi)分子的磁矩的矢量和。同時(shí)，M=cB/T（居里定律）

B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T為絕對(duì)溫度，c為常數(shù)。第17頁/共151頁BM第18頁/共151頁磁化率(magneticsusceptibility)

單位外磁場(chǎng)中物質(zhì)的磁化強(qiáng)度稱為磁化率(X)。X=M/HH=B/u(u為磁導(dǎo)率），M為產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度，H為外磁場(chǎng)的強(qiáng)度。H與B通常都視為磁場(chǎng)強(qiáng)度。物質(zhì)的磁化率與其核外不成對(duì)電子成正比。第19頁/共151頁順磁性、抗磁性、及鐵磁性

物質(zhì)在磁場(chǎng)內(nèi)經(jīng)過磁化后產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度M為負(fù)向磁化，這類物質(zhì)稱為抗磁性物質(zhì)(X<0)。在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生正向磁化，磁場(chǎng)去除后立即又去磁化的這類物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)（X>0)。在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生永久性磁化的物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)。第20頁/共151頁原子的結(jié)構(gòu)及其磁特性

原子是由原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子所組成。原子核具有繞其特定軸旋轉(zhuǎn)的特性，因此具有一定角動(dòng)量，也稱為自旋（spin）。具有奇數(shù)質(zhì)子或/和具有奇數(shù)中子結(jié)構(gòu)的原子核在其自旋過程中能夠產(chǎn)生自旋磁動(dòng)量，即原子核磁矩。μ=Ih第21頁/共151頁原子的結(jié)構(gòu)模型第22頁/共151頁核外電子的分布特點(diǎn)

1，核外電子從內(nèi)到外分層排布(K,L,M,N)。每層內(nèi)按不同能級(jí)分布（spdf)。2,每層有n2個(gè)電子軌道，最多容納2n2個(gè)電子n為自然數(shù)。3，最外層不超過8個(gè)電子，次外層不超過18個(gè)電子第23頁/共151頁帶電質(zhì)子的分布規(guī)律

帶電質(zhì)子和核外電子一樣按軌道分布。泡利不相容原理每個(gè)軌道最多只能容納2個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子或質(zhì)子。第24頁/共151頁原子核磁矩第25頁/共151頁原子核磁偶極矩的形成

配對(duì)的質(zhì)子磁場(chǎng)相互抵消，未配對(duì)的質(zhì)子，可產(chǎn)生磁矩。奇數(shù)質(zhì)子的原子，最終有一個(gè)未配對(duì)質(zhì)子第26頁/共151頁中子與原子核磁矩

奇數(shù)中子的原子核，其電量分布不對(duì)稱，在自旋過程中也可產(chǎn)生磁矩。第27頁/共151頁原子核磁矩與分子磁矩的區(qū)別與聯(lián)系原子核磁矩是分子磁矩的次要組成部分，形成分子磁矩的主要貢獻(xiàn)是核外電子。原子核磁矩是由磁性核產(chǎn)生的磁矩，與核外電子無關(guān)，與原子核的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。原子核磁矩的方向與原子核的自旋方向相關(guān)第28頁/共151頁靜磁場(chǎng)對(duì)原子核磁矩的作用

人體中大量的核磁矩，在無外加磁場(chǎng)時(shí)，其方向是隨機(jī)排列的。在外加磁場(chǎng)（B0）的作用下產(chǎn)生新的磁化矢量M。

原子核磁矩在磁場(chǎng)的作用下如下3種結(jié)果第29頁/共151頁1。塞曼效應(yīng)

根據(jù)不同原子自旋量子數(shù)的不同，在磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生不同的能級(jí)數(shù)，這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。如11H的自旋量子數(shù)I=1/2，其能級(jí)數(shù)n=2S+1=2。即具有兩種形式的量子化能級(jí)分布。即為E(＋1/2)和E(-1/2).靜磁場(chǎng)對(duì)樣本的作用第30頁/共151頁第31頁/共151頁E0E+1E+2E-1E-2第32頁/共151頁第33頁/共151頁自旋磁矩的能量呈量子化分布。低能態(tài)自旋磁矩的方向與靜磁場(chǎng)方向相同，高能態(tài)自旋磁矩的方向與磁場(chǎng)方向相反。兩者相差一個(gè)特定的能量ΔE

。第34頁/共151頁B0高能態(tài)原子核磁矩于外加磁場(chǎng)反向，低能態(tài)原子核磁矩與外加磁場(chǎng)同向第35頁/共151頁2。平衡態(tài)與波爾茲曼分布

高能態(tài)自旋與低能態(tài)自旋的比例在磁場(chǎng)強(qiáng)度和樣本溫度不變的情況下，同一種原子核處于相對(duì)平衡狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為平衡態(tài)。平衡態(tài)自旋磁矩遵循波爾茲曼分布，N+/N-=k.eB0/T。第36頁/共151頁平衡態(tài)自旋磁矩服從波爾茲曼分布，常溫下上旋態(tài)較下旋態(tài)略多。第37頁/共151頁凈磁化矢量的形成

在磁場(chǎng)的作用下自旋磁矩達(dá)到平衡態(tài)，質(zhì)子的低能態(tài)與高能態(tài)比例遵循波爾茲曼分布，其比值為100006/100000。上旋態(tài)磁矩布居數(shù)較下旋態(tài)多，兩者的差即為剩余自旋，由剩余自旋產(chǎn)生的磁化矢量又稱為凈磁化矢量，也稱為宏觀磁化矢量M0。M0遵循居里定律M0=kB0/T第38頁/共151頁M0B0第39頁/共151頁M0ZXYB0第40頁/共151頁3。進(jìn)動(dòng)（旋進(jìn)）（Precession）

平衡態(tài)的質(zhì)子磁矩僅有兩種取向，但對(duì)單個(gè)自旋而言，其磁矩的方向并不是平行或反向于外加磁場(chǎng)方向，而是與B0有一定角度θ，由于自旋角動(dòng)量的存在及磁場(chǎng)對(duì)自旋磁矩的耦合作用，磁矩繞著B0并與之保持一定的角度，沿著一個(gè)固定的錐面軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式稱為進(jìn)動(dòng)或旋進(jìn)（由布洛赫方程導(dǎo)出）。第41頁/共151頁第42頁/共151頁LARMOR定理

磁場(chǎng)中的自旋磁矩必然繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。

f=ω/2π,ω＝γB0f為線頻率(Hz)，ω

為角頻率（弧度/秒），與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，γ為旋磁比常數(shù)。

第43頁/共151頁Larmor進(jìn)動(dòng)第44頁/共151頁上旋態(tài)下旋態(tài)第45頁/共151頁進(jìn)動(dòng)磁矩的空間效應(yīng)

第46頁/共151頁宏觀磁化矢量M0的運(yùn)動(dòng)方式－等效于一個(gè)larmor頻率自旋磁體M0ZXY第47頁/共151頁核磁共振

核磁共振（NMR)就是磁性核（既有角動(dòng)量又有磁矩的原子核）系統(tǒng)在外磁場(chǎng)環(huán)境中，受特定頻率的電磁波（射頻波）的作用而產(chǎn)生的量子化的能級(jí)躍遷現(xiàn)象。第48頁/共151頁B1ΔE=hfΔEΔ第49頁/共151頁第50頁/共151頁核磁共振的經(jīng)典力學(xué)解釋

第51頁/共151頁射頻脈沖及其空間效應(yīng)

射頻脈沖B1作為一種電磁波，其空間效應(yīng)相當(dāng)于一個(gè)垂直于B0（Z軸）進(jìn)動(dòng)的磁場(chǎng)。

第52頁/共151頁電磁波的傳播

第53頁/共151頁YXB1B1在X-Y平面內(nèi)以拉莫爾頻率繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其在Y軸上的投影Y=B1sinωt,為一個(gè)正弦波O第54頁/共151頁射頻脈沖對(duì)縱向磁化的作用

平衡態(tài)宏觀磁化矢量M繞Z軸（縱軸）以Larmor頻率自旋，若B1也以Larmor頻率垂直于Z軸（XY平面）進(jìn)動(dòng)，則兩者處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。根據(jù)Larmor定理，B1對(duì)M持續(xù)存在磁轉(zhuǎn)矩，使其偏離Z軸繞B1向垂直于Z軸的方向（XY平面）進(jìn)動(dòng)（章動(dòng)），從而形成XY平面的橫向磁化矢量Mxy；使M頂端運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)三維螺旋（圖5）。射頻脈沖使宏觀磁化偏離Z軸的角度稱為翻轉(zhuǎn)角(flipangle)。第55頁/共151頁M0B1ZXYM0以lamor頻率自旋B1以lamor頻率繞M0進(jìn)動(dòng)M0與B1處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，M0處于B1磁場(chǎng)中，故繞B1進(jìn)動(dòng)。B1與磁化矢量始終保持垂直狀態(tài)。第56頁/共151頁M0B1ZXY第57頁/共151頁MXY=M0sinа第58頁/共151頁第59頁/共151頁磁共振信號(hào)的產(chǎn)生頻脈沖停止后，縱向磁化矢量轉(zhuǎn)向橫向磁化矢量并在XY平面內(nèi)繞Z軸進(jìn)動(dòng)，正如一個(gè)XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁體。在平行于Z軸方向放置一個(gè)線圈，線圈內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感生電流，這種感生電流信號(hào)稱為自由感應(yīng)衰減（FreeInductionDecay,FID）信號(hào)第60頁/共151頁Mxy=M0sinaet/T2*第61頁/共151頁xyMXYMy=

MXYsinωtMX=MXYcosωtа

а=ωt=γB0t第62頁/共151頁S1=MXYcosωtS2=MXYsinωtS1、S2對(duì)應(yīng)一個(gè)復(fù)數(shù)x+iy由一個(gè)方向檢測(cè)信號(hào)的線圈稱為線性極化線圈，由兩個(gè)方向檢測(cè)信號(hào)的線圈稱為圓形極化線圈。第63頁/共151頁線形檢測(cè)與正交檢測(cè)

檢測(cè)線圈只在X或Y軸一個(gè)方向檢測(cè)信號(hào)稱為線形檢測(cè)，這類線圈稱為線形檢測(cè)線圈，同時(shí)在兩個(gè)相差90度的方向檢測(cè)信號(hào)稱為正交檢測(cè)，這類線圈稱為正交(環(huán)形極化）線圈。第64頁/共151頁MxyMxMySxiSy(Sx2+Sy2)1/2θ第65頁/共151頁正交檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)

1，兩個(gè)正交信號(hào)Sx、Sy分別代表矢量Mxy在X軸和Y軸的分量Mx和My。2，對(duì)應(yīng)一個(gè)復(fù)數(shù)S=Sx+iSy，復(fù)數(shù)S的模(Sx2+Sy2)1/2

對(duì)應(yīng)于Mxy。矢量的相位＝模角θ=arctangSy/Sx3,實(shí)部信號(hào)Sx、虛部信號(hào)Sy及其衍生的模信號(hào)(Sx2+Sy2)1/2

和相位信號(hào)θ都可作為圖像模式，分別稱為實(shí)像、虛像、模像及相位圖像。4，模信號(hào)的強(qiáng)度是實(shí)軸信號(hào)的21/2倍第66頁/共151頁Sx=M0sinacosωtexp-t/T2*Sy=M0sinasinωtexp-t/T2*第67頁/共151頁馳豫與MR圖像對(duì)比

弛豫是指自旋系統(tǒng)由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至其平衡態(tài)的過程，也就是縱向磁化的恢復(fù)和橫向磁化的衰減的過程。

MR圖像的對(duì)比度，除了受到樣品單位體積的自旋密度的影響外，還受到馳豫過程的影響。第68頁/共151頁磁化的馳豫

Mz=M0[1+(cosa-1)et/T1]Mx=M0sinasin(wt)et/T2*My=M0sinacos(wt)et/T2*第69頁/共151頁第70頁/共151頁縱向馳豫（T1馳豫/自旋晶格馳豫）縱向弛豫又稱自旋――晶格弛豫或T1弛豫，是指射頻脈沖停止后縱向磁化逐漸恢復(fù)至平衡態(tài)的過程。90°射頻停止后，縱向磁化矢量從最小值恢復(fù)至平衡態(tài)的63%所經(jīng)歷的弛豫時(shí)間稱為T1第71頁/共151頁M0MxytMzt縱向磁化的馳豫橫向磁化的馳豫第72頁/共151頁Mzt=M0(1-exp-t/T1)第73頁/共151頁飽和

在射頻脈沖激發(fā)后，縱向磁化由平衡態(tài)變成激發(fā)態(tài)，稱為磁飽和?？v向磁化完全消失稱為完全飽和，縱向磁化部分消失稱為部分飽和。第74頁/共151頁T1的物理學(xué)意義其物理學(xué)意義相當(dāng)于一個(gè)“弛豫周期”，每經(jīng)過一個(gè)T1時(shí)間則縱向磁化恢復(fù)其剩余值的63%。由于縱向弛豫是高能態(tài)自旋釋放能量恢復(fù)低能態(tài)的過程，所以高能態(tài)自旋必須通過有效的途徑將能量傳遞至周圍環(huán)境（晶格）中去，因此又稱其為自旋――晶格弛豫。

第75頁/共151頁T1與圖像的對(duì)比關(guān)系T1

是不同組織的弛豫特征值，反應(yīng)不同組織的縱向弛豫率的快慢差別。T1長則組織的縱向馳豫速度慢，信號(hào)低，T1短則組織的縱向馳豫速度快，信號(hào)高。利用這個(gè)“T1差別”產(chǎn)生的MR圖像其圖像對(duì)比就依賴于T1。稱為T1加權(quán)圖像。第76頁/共151頁Mz1Mz2Mz3平衡態(tài)時(shí)三種不同組織的縱向磁化第77頁/共151頁900RF激發(fā)后，縱向磁化轉(zhuǎn)移成橫向磁化第78頁/共151頁900RF停止后經(jīng)過一定時(shí)間（TR)的馳豫，由于T1的差別，縱向磁化處于部分飽和狀態(tài),再將其激發(fā)轉(zhuǎn)移成橫向磁化。TR時(shí)間后第79頁/共151頁900RF——信號(hào)檢測(cè)——縱向馳豫——900RF——信號(hào)檢測(cè)——第80頁/共151頁

經(jīng)過相同時(shí)間（TR)的馳豫，縱向磁化又會(huì)恢復(fù)至信號(hào)檢測(cè)以前的部分飽和狀態(tài)，在進(jìn)行重復(fù)的激發(fā)和信號(hào)檢測(cè)第81頁/共151頁900RF——信號(hào)檢測(cè)——縱向馳豫——900RF——信號(hào)檢測(cè)——第82頁/共151頁900RF至下一個(gè)900RF間隔時(shí)間稱為重復(fù)時(shí)間(TR),900RF至信號(hào)檢測(cè)的間隔時(shí)間稱為回波時(shí)間（TE)。短TR、短TE－－T1依賴信號(hào)－－產(chǎn)生T1加權(quán)圖像。第83頁/共151頁第84頁/共151頁第85頁/共151頁自旋－自旋弛豫（T2

弛豫/橫向馳豫）

自旋磁矩彼此相處在對(duì)方磁矩所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)中，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致附加磁場(chǎng)的波動(dòng)，使彼此的進(jìn)動(dòng)頻率發(fā)生改變，這就是自旋－自旋作用，它導(dǎo)致自旋的相位相干性消失，即產(chǎn)生所謂自旋－自旋弛豫即T2馳豫。第86頁/共151頁T2是射頻脈沖停止后，橫向磁化矢量衰減至其最大值的37%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。Mxyt=M0exp-t/T2第87頁/共151頁T2的物理意義T2也是不同組織的橫向磁化弛豫特征值，其物理意義代表橫向磁化的“衰減周期”，每過一個(gè)T2時(shí)間，橫向磁化減少至其剩余值的37%，與放射性元素的半衰期意義相近。第88頁/共151頁T2與圖像的對(duì)比關(guān)系T2值反映不同組織的橫向磁化衰減快慢，長T2—橫向磁化駐留時(shí)間長，信號(hào)高，短T2—橫向磁化駐留時(shí)間短，信號(hào)低。利用這種T2差別產(chǎn)生的MR圖像，圖像對(duì)比具有T2依賴性，稱為T2加權(quán)圖像。

第89頁/共151頁TE1TE2三種組織的橫向磁化由于T2的差別，隨著馳豫時(shí)間的延長對(duì)比增大，產(chǎn)生T2加權(quán)信號(hào)。第90頁/共151頁TE1TE2短TE長TE第91頁/共151頁影響自旋回波序列對(duì)比的參數(shù)

SSE=f(P).f(T1).f(T2)當(dāng)TR>>T1,TE與T2相當(dāng)，則f(T1)趨近于1。對(duì)比決定于T2和P當(dāng)TR>>T1,TE<<T2時(shí)，f(T1)、f(T2)都趨近于1對(duì)比決定于P當(dāng)TR與T1相當(dāng)，TE<<T2,f(T2)趨近于1對(duì)比決定于T1和P第92頁/共151頁MR

圖像重建原理

FID信號(hào)是宏觀磁化矢量經(jīng)激發(fā)后在線圈內(nèi)感應(yīng)出的信號(hào)，是自旋系統(tǒng)信號(hào)的總和，無空間位置信息，必須對(duì)其進(jìn)行空間編碼及圖像重建方可得到MR圖像。MRI的空間編碼技術(shù)采用X、Y、Z軸三維梯度磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)層面選擇和體素編碼。第93頁/共151頁梯度、梯度磁場(chǎng)、磁場(chǎng)梯度梯度俗稱坡度，是一個(gè)矢量，以某方向上的物理量的垂直變化量與水平變化量的比值（直線的斜率）表示其大小。在一定方向上，強(qiáng)度隨位移成比例變化的磁場(chǎng)稱為梯度磁場(chǎng)。在一定方向上，單位位移的磁場(chǎng)變化量稱為磁場(chǎng)的梯度。單位是T/M（特斯拉/米）。第94頁/共151頁YXM梯度梯度磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng)梯度磁場(chǎng)GtX0磁場(chǎng)梯度第95頁/共151頁梯度磁場(chǎng)對(duì)進(jìn)動(dòng)磁矩的頻率的矢量效應(yīng)FF1F2F3F4F5F6f=rB,θ

＝rBt第96頁/共151頁梯度動(dòng)量對(duì)進(jìn)動(dòng)磁矩的相位的矢量效應(yīng)

沿磁場(chǎng)梯度方向的自旋磁矩，進(jìn)動(dòng)頻率呈線性變化，彼此的相位也將受到梯度磁場(chǎng)的影響。相位差＝γΔSGtΔS為兩點(diǎn)的距離，Gt為梯度動(dòng)量。第97頁/共151頁04590135180GtGG=ΔB/ΔSSB第98頁/共151頁梯度磁場(chǎng)對(duì)橫向磁化的作用第99頁/共151頁梯度動(dòng)量的矢量效應(yīng)

1、梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的頻率改變或相位改變具有一定的方向性；2、梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的相位改變可由大小相等的方向梯度動(dòng)量抵消。3、梯度動(dòng)量產(chǎn)生的橫向磁化的逐步減小可由等量反向的梯度動(dòng)量逐步恢復(fù)－－梯度回波。第100頁/共151頁Gt-Gtt相位等量正反梯度動(dòng)量產(chǎn)生的相位分散和再聚合第101頁/共151頁體素的空間定位第102頁/共151頁

層面選擇

為了獲取某一層面的信號(hào)，必須去除該層面以外的其他影響因素。利用梯度磁場(chǎng)的頻率效應(yīng)，采用層面選擇梯度磁場(chǎng)和特定中心頻率的射頻脈沖共同作用，使某一選定層面被激發(fā)而鄰近組織不被激發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)所謂選層。第103頁/共151頁第104頁/共151頁第105頁/共151頁體素編碼及圖像重建利用梯度磁場(chǎng)將一個(gè)選定層面在兩個(gè)垂直方向上分割成相同寬度的行和相同寬度列的矩陣單元，每一個(gè)小單元為一個(gè)體素。每一個(gè)體素為一個(gè)基本的信號(hào)單位，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)像素。第106頁/共151頁將選定層面進(jìn)行行編碼和列編碼，使其分割成長、寬、高相等的體積單元——體素。第107頁/共151頁每一個(gè)體素的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一定亮度的基本圖像單元——像素。第108頁/共151頁傅立葉變換與圖像

所謂傅立葉變換就是將信號(hào)的時(shí)間—強(qiáng)度函數(shù)關(guān)系變換為頻率—強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系。第109頁/共151頁第110頁/共151頁一維傅立葉變換圖像重建一維傅立葉變換圖像重建法類似于CT投影圖像重建法。第111頁/共151頁CT圖像的投影重建法

將一個(gè)未知的二維數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行多方位一維投影，根據(jù)不同方位投影值可以計(jì)算出每個(gè)元素的值，從而重建出未知的二維數(shù)據(jù)矩陣。第112頁/共151頁第113頁/共151頁解放程組X1+X2+X3=6X4+X5+X6=15X7+X8+X9=24X1+X4+X7=12X2+X5+X8=15X3+X6+X9=18X1+X5+X9=15X2+X6=8,X4+X8=12第114頁/共151頁123456789對(duì)方程組聯(lián)立求解

重建數(shù)據(jù)矩陣第115頁/共151頁MR圖像一維傅立葉變換重建

對(duì)選定層面施加頻率編碼梯度磁場(chǎng)Gx，使從左到右的每列體素的自旋在不同的頻率（F1、F2、F3）上進(jìn)動(dòng)，此時(shí)施加激發(fā)脈沖，被激發(fā)層面所產(chǎn)生的MR信號(hào)內(nèi)包含著多種頻率（每列體素為一頻率），我們將這個(gè)復(fù)合頻率的信號(hào)經(jīng)一維傅立葉變換便可得到每種頻率的信號(hào)強(qiáng)度，即每列體素的信號(hào)強(qiáng)度，也是每列體素信號(hào)強(qiáng)度的投影值。第116頁/共151頁F0未加梯度磁場(chǎng)時(shí)所有體素都處于同一個(gè)進(jìn)動(dòng)頻率，經(jīng)過RF激發(fā)后產(chǎn)生單一頻率的信號(hào)第117頁/共151頁FID信號(hào)經(jīng)過傅立葉轉(zhuǎn)換第118頁/共151頁在X方向施加一個(gè)線性梯度磁場(chǎng)后產(chǎn)生復(fù)合頻率信號(hào)F1F2F3F4第119頁/共151頁復(fù)合頻率信號(hào)經(jīng)過傅立葉轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生四個(gè)不同頻率的信號(hào)第120頁/共151頁旋轉(zhuǎn)投影

將頻率編碼梯度旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度進(jìn)行第二次編碼并獲得投影值，如此反復(fù)進(jìn)行便可獲得足夠的投影值，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得每個(gè)體素的信號(hào)強(qiáng)度，重建成一幅二維MR圖像。第121頁/共151頁第122頁/共151頁二維梯度磁場(chǎng)一維投影重建第123頁/共151頁第124頁/共151頁K－空間數(shù)據(jù)的2維傅立葉變換圖像重建

第125頁/共151頁K-空間、空間頻率K-空間是空間頻率K所對(duì)應(yīng)的頻率空間，是一個(gè)抽象的空間。空間頻率是指周期性波動(dòng)的物理量在某一方向上單位距離的波動(dòng)頻數(shù)。單位是周期/米。第126頁/共151頁空間頻率

空間頻率K是一個(gè)空間矢量，常用來描述某些以波的形式在空間傳波的能量（如電磁波）。由于K的矢量特性，通常又以三個(gè)相互垂直的分矢量KXKYKZ替代它。這三個(gè)互垂分矢量KXKYKZ正好對(duì)應(yīng)于一個(gè)三維空間坐標(biāo)系，這個(gè)由KXKYKZ所決定的空間坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的空間即為K－空間（圖1）第127頁/共151頁不同空間頻率K的波第128頁/共151頁KXKKYKZXYZ3維K-空間第129頁/共151頁KxKy2維K-空間第130頁/共151頁K－空間數(shù)據(jù)的意義第131頁/共1