2022年MRI基本原理读书笔记.pdf

第一章MRI 的基本硬件一、主磁体1、 分类、按照磁场的产生方式：永磁（磁铁）、电磁（常导、超导）、按照磁体的外形分类：开放式磁体、封闭式磁体、按照磁场的强度分类：低场（0.5T） 、中场（ 0.5T1.0T ）高场（ 1.0T2.0T） 、超高场（ 2.0T7.0T ）2、 为什么需要高度均匀的磁场、空间定位、频谱分析：各种代谢物之间的共振频率相差很小、 脂肪抑制 ：脂肪氢质子和水分子氢质子之间的共振频率相差很小3、 磁场强度的单位、高斯（ Gauss） ：1G（高斯）距离5 安培电流的直导线5 厘米处的磁场强度、特斯拉（ Tesla） ：1T（特斯拉） 10000G 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 二、梯度线圈（gradient coils ）1、 作用、空间定位、产生信号2、 X YZ 轴梯度磁场的产生、原理： X 轴梯度线圈X 轴梯度磁场【以此类推】、工具： XYZ 三维图形【 Z 轴长轴】、 Z 二维图形3、 性能指标、 梯度场强 （mT/M ） ：梯度场两端的磁场强度差/梯度场的有效长度、切换率： （mT/ms） ：梯度场的预定磁场强度/爬升时间精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 三、脉冲线圈1、 分类、体线圈：激发并采集MRI 信号、表面线圈：仅仅采集MRI 信号2、 作用、 激发人体产生共振：广播电台的发射天线、 采集 MRI 信号 ：收音机的接收天线四、计算机系统和辅助设备1、 计算机系统的作用、数据运算、 控制扫描、显示图像2、 辅助设备的分类、空调、 检查台、液氮及水冷却系统、激光照相机、自动洗片机精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 第二章MRI 的物理学原理一、自旋和核磁1、 原子结构、电子：负电荷、质子：正电荷、中子：无电荷【原子核质子中子】2、 自旋和核磁、自旋（ Spin） ：原子核总是不停地，以一定的频率绕着自身的轴旋转、核磁（ Nuclear Magnetic ） ：原子核的质子带有正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁3、 什么样的原子核可以产生核磁？、性质：质子偶数，中子偶数不产生核磁、性质：质子和中子至少有一个奇数产生核磁4、 什么样的原子核可以用于MRI ？、性质：氢质子、原因： H1 的磁化率很高；H1 的摩尔浓度很高（占人体原子的绝大多数）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 二、主磁场1、 人体进入主磁场前后，氢质子的核磁状态、之前：每个氢质子的自旋都将产生一个小的磁场但呈随机无序排列，其磁化矢量相互抵消所以，人体没有呈现出宏观磁化矢量、之后：氢质子的核磁与主磁场方向平行低能级与主磁场同方向，高能级与主磁场反方向处于低能级的氢质子，稍稍多于处于高能级的氢质子（PPM 数量级）2、 磁化矢量、磁化矢量的影响因素：温度（反比）主磁场场强氢质子浓度、磁化矢量的分解：纵向磁化矢量【与主磁场平行】横向磁化矢量【与主磁场垂直】精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 3、 进动、概念：进动（Precessing ）核磁和主磁场相互作用的结果、性质： 进动频率自旋频率，但是比后者更重要4、 Larmor 定律、定律：B 、解释：进动频率，B主磁场场强，磁旋比（42.5mHz/T ）5、 重要性质、性质： 进动与磁化矢量进动使得每个氢质子的磁化矢量可以分解为方向稳定的纵向磁化矢量旋转的横向磁化矢量、性质： 微观磁化矢量与宏观磁化矢量由于处于低能级的氢质子，稍稍多于处于高能级的氢质子产生宏观的纵向磁化矢量；由于每个氢质子的相位不同，其微观的横向磁化矢量相互抵消没有产生宏观的横向磁化矢量、性质： MR 与磁化矢量MR 只能检测旋转的横向磁化矢量，不能检测纵向磁化矢量精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 三、核磁共振1、 共振、条件：频率相同、实质：能量传递2、 核磁共振、概念：核磁共振（NM Resonance）射频线圈发射射频脉冲，射频脉冲的频率氢质子的进动频率氢质子产生共振处于低能级的氢质子，由于获得能量进入高能级、射频脉冲的激发效应：使得宏观的纵向磁化矢量发生偏转其中：偏转程度取决于射频脉冲的强度和持续时间、 90 度射频脉冲的激发效应由于处于低能级的氢质子的多出部分，有一半获得能量进入高能级处于低能级的氢质子处于高能级的氢质子宏观的纵向磁化矢量0 由于所有氢质子处于同一相位产生最大的旋转的横向磁化矢量宏观的横向磁化矢量0 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 3、 MR 信号、性质： MR 采集信号、解释： 90 度射频脉冲的激发，使得氢质子发生共振，产生最大的旋转的横向磁化矢量由于这种旋转的横向磁化矢量与接收线圈切割MR 能够采集到人体发出的信号、性质： MR 信号与氢质子密度此时的 MR 图像可以区分，不同氢质子密度的两种组织、解释：组织的氢质子密度越高，产生宏观的纵向磁化矢量越大经过 90 度射频脉冲的激发，产生宏观的横向磁化矢量越大M 采集到的信号越强精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 四、弛豫时间1、 核磁弛豫、概念：核磁弛豫（NM Relaxation ）关闭射频脉冲以后，在主磁场的作用下宏观的横向磁化矢量逐渐减少到零，宏观的纵向磁化矢量逐渐回到平稳状态、性质：核磁弛豫分解为横向弛豫纵向弛豫2、 横向弛豫、概念：横向弛豫（T2 弛豫）【宏观的横向磁化矢量逐渐减少到零的过程】、原因：同相位的氢质子失相位、解释：每个氢质子自旋产生的小磁场暴露在大的主磁场和其它邻近氢质子自旋产生的小磁场当中由于分子运动，每个氢质子周围的小磁场，由于不断波动所以并不相同根据 Larmor 定律，磁场强度高的氢质子进动频率高磁场强度低的氢质子进动频率低、性质：不同组织的横向弛豫时间不同（T2 值不同）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 3、 纵向弛豫、概念：纵向弛豫（T1 弛豫）【宏观的纵向磁化矢量逐渐回到平衡状态的过程】、原因：处于高能级的氢质子，由于释放能量进入低能级、解释：处于高能级的氢质子，将能量释放给周围的晶格（分子）如果晶格振动频率氢质子的进动频率能量传递慢（纯净水）如果晶格振动频率氢质子的进动频率能量传递快（脂肪，小分子蛋白质）如果晶格振动频率氢质子的进动频率能量传递慢（大分子蛋白质）、性质：不同组织的纵向弛豫时间不同（T1 值不同）4、 重要性质、性质： T2 T1 、性质：不同的组织，具有不同的氢质子密度、不同的T1 和 T2 MRI 显示解剖结构和病变的基础精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 五、加权成像1、 基本概念、概念： T1 加权成像（ T1WI ） ：突出组织的纵向弛豫的差别、概念： T2 加权成像（ T2WI ） ：突出组织的横向弛豫的差别、概念：质子密度加权成像（PDWI ） ：突出组织的氢质子密度的差别2、 基本原理：对于任何序列的图像旋转的横向磁化矢量越大，MR 信号越强3、 T1 加权成像、性质： T1 值小纵向磁化矢量恢复快 MR 信号高（白）T1 值大纵向磁化矢量恢复慢MR 信号低（黑）、典例：水的T1 值 3000ms MR 信号低脂肪的 T1 值 250ms MR 信号高4、 T2 加权成像、性质： T2 值小横向磁化矢量减少快残留的横向磁化矢量小MR 信号低（黑）T2 值大横向磁化矢量减少慢残留的横向磁化矢量大MR 信号高（白）、典例：水的T2 值 1600ms MR 信号高脑的 T2 值 100ms MR 信号低5、 病变检测、性质：大多数的病变组织，T1 值和 T2 值都大于相应的正常组织、推论：对于T1WI 加权成像，病变组织比正常组织黑对于 T2WI 加权成像，病变组织比正常组织白精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 六、空间定位1、 层面和层厚（第一梯度场）、层厚算法：Step1：梯度场强【从头到脚；由高到低】Step2：进动频率【 Larmor 定律： B】Step3：单位进动频率【进动频率/身高； mHz/cm 】Step4：层厚【射频脉冲的带宽/单位进动频率；cm】、性质：层面射频脉冲的位置层厚射频脉冲的带宽梯度场强2、 空间定位编码、原理： MR 采集到的每一个信号，都含有整个层面的信息必须进行层面内的空间定位编码，才能将整个信息分配到各个像素、分类：空间定位编码频率编码相位编码精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 3、 频率编码（第二梯度场）、原理：利用傅里叶变换，将一个信号分解为不同的频率分量、编码：施加水平方向的Gx 梯度场将一个 MR 信号，分解为若干个列信号4、 相位编码（第三梯度场）、原理：利用傅里叶变换，可以将一个信号分解为不同的相位分量、编码：施加垂直方向的Gy 梯度场将一个列信号，分解为若干个行信号5、 K 空间：采集到的模拟信号，经过数字化和空间定位编码填充到 K 空间，形成数字点阵利用傅里叶变换，分解出不同频率、相位、强度的信号分配到各个像素，形成图像点阵精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - - -