磁共振影像学第一章概述精选文档.ppt

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1、磁共振影像学第一章概述磁共振影像学第一章概述本讲稿第一页，共二十二页 MR成像基本知识磁磁共共振振成成像像是是利利用用原原子子核核在在磁磁场场内内共共振振所所产产生生信信号号经经重重建建成成像像的的一一种成像技术。种成像技术。核核磁磁共共振振（nuclear nuclear magnetic magnetic resonanceresonance，NMRNMR）是是一一种种核核物物理理现现象象。早早在在19461946年年由由美美国国斯斯坦坦福福大大学学的的BlockBlock与与哈哈佛佛大大学学的的PurcellPurcell同同时时报报道道了了这这种种现现象象。两两人人因因此此获获得得了了

2、19521952年年诺诺贝贝尔尔物物理理学学奖奖。19731973年年LauterburLauterbur发发表表了了MRMR成成象象技技术术，使使核核磁磁共共振振不不仅仅用用于于物物理理学学和和化化学学。也也应应用用于于临临床床医医学学领领域域。19801980年年推推出出了了世世界界上上第第一一台台MRIMRI成像仪。成像仪。本讲稿第二页，共二十二页 MR成像基本知识一、MRI成像基本原理（一）磁共振现象与（一）磁共振现象与MRIMRI含含单单数数质质子子的的原原子子核核，例例如如人人体体内内广广泛泛存存在在的的氢氢原原子子核核，其其质质子子有有自自旋旋运运动动，带带正正电电，产产生生磁磁

3、矩矩，有有如如一一个个小小磁磁体体（图图1-11-1）。小小磁磁体体自自旋旋轴轴的的排排列列无无一一定定规规律律。但但如如在在均均匀匀的的强强磁磁场场中中，则则小小磁磁体体的的自自旋旋轴轴将将按按磁磁场场磁磁力力线线的的方方向向重重新新排排列列（图图1-11-1）。在在这这种种状状态态下下，用用特特定定频频率率的的射射频频脉脉冲冲（radionfrequencyradionfrequency，RFRF）进进行行激激发发，作作为为小小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。本讲稿第三页，共二十二页 MR成像基本知识 图1-1

4、质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场本讲稿第四页，共二十二页 MR成像基本知识停停止止发发射射射射频频脉脉冲冲，则则被被激激发发的的氢氢原原子子核核把把所所吸吸收收的的能能逐逐步步释释放放出出来来，其其相相位位和和能能级级都都恢恢复复到到激激发发前前的的状状态态。这这一一恢恢复复过过程程称称为为弛弛豫豫过过程程（relaxationprocessrelaxationprocess），而而恢恢复复到到原原来来平平衡衡状状态态所所需需的的时时间间则则称称之之为为弛弛豫豫时时间间（relaxationtimerelaxationtime）。有有两两种种弛弛 豫豫 时时 间间，

5、一一 种种 是是 自自 旋旋-晶晶 格格 弛弛 豫豫 时时 间间（spin-lattice spin-lattice relaxationtimerelaxationtime）又又称称纵纵向向弛弛豫豫时时间间（longitudinal longitudinal relaxation relaxation timetime）。是是9090射射频频脉脉冲冲质质子子由由纵纵向向磁磁化化转转到到横横向向磁磁化化之之后后再再恢恢复复到纵向磁化激发前状态所需时间，称到纵向磁化激发前状态所需时间，称T1T1。本讲稿第五页，共二十二页 MR成像基本知识另另一一种种是是自自旋旋-自自旋旋弛弛豫豫时时间间（spi

6、n-spin spin-spin relaxation relaxation timetime），又又称称横横向向弛弛豫豫时时间间（transverse transverse relaxation relaxation timetime）反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化所维持的时间，称T2。T2T2衰衰减减是是由由共共振振质质子子之之间间相相互互磁磁化化作作用用所所引引起起，与与T1不同，它引起相位的变化。本讲稿第六页，共二十二页 MR成像基本知识图1-2正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们 仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列本

7、讲稿第七页，共二十二页 MR成像基本知识人人体体不不同同器器官官的的正正常常组组织织与与病病理理组组织织的的T1T1是是相相对对固固定定的的，而而且且它它们们之之间间有有一一定定的的差差别别，T2T2也也是是如如此此。如如（图图2-12-1和和图图2-2-2 2）。这这种种组组织织间间弛弛豫豫时时间间上上的的差差别别，是是MRIMRI的的成成像像基基础础。有有如如CTCT时时，组组织织间间吸吸收收系系数数（CTCT值值）差差别别是是CTCT成成像像基基础础的的道道理理。但但MRIMRI不不像像CTCT只只有有一一个个参参数数，即即吸吸收收系系数数，而而是是有有T1T1、T2T2和和自自旋旋核核

8、密密度度（P P）等等几几个个参参数数，其其中中T1T1与与T2T2尤尤为为重重要要。因因此此，获获得得选选定定层层面面中中各各种种组组织织的的T1T1（或或T2T2）值值，就就可可获获得得该该层层面面中中包括各种组织影像的图像。包括各种组织影像的图像。本讲稿第八页，共二十二页 MR成像基本知识MRIMRI的的成成像像方方法法也也与与CTCT相相似似。有有如如把把检检查查层层面面分分成成NxNx，NyNy，NzNz一一定定数数量量的的小小体体积积，即即体体素素，用用接接收收器器收收集集信信息息，数数字字化化后后输输入入计计算算机机处处理理，获获得得每每个个体体素素的的T1T1值值（或或T2T2

9、值值），进进行空间编码。用转换器将每个行空间编码。用转换器将每个T T值转为模拟灰度，而重建图像。值转为模拟灰度，而重建图像。如图如图2-12-1人体正常与病变组织的人体正常与病变组织的T1T1值（值（msms）本讲稿第九页，共二十二页 MR成像基本知识肝肝140140170 170 脑脑 膜膜 瘤瘤200200300300胰胰180180200200肝癌肝癌300300450 450 肾肾300300340340肝血管瘤肝血管瘤340340370370胆汁胆汁250250300300胰胰 腺腺 癌癌275275400400血液血液340340370370肾癌肾癌400400450450脂肪脂

10、肪60608080肺肺 脓脓 肿肿400400500500本讲稿第十页，共二十二页 MR成像基本知识组组 织织T1T1T2T2胼胝体胼胝体 380 380 80 80 桥脑桥脑 445 445 75 75 延髓延髓 475 475 100 100 脑脊液脑脊液 1155 1155 145 145 骨髓骨髓 320 320 80 80 小脑小脑 585 585 90 90 大脑大脑 600 600 100 100 头皮头皮 235 235 60 60 图图2-22-2正常颅脑的正常颅脑的T1T1与与T2T2值（值（msms）本讲稿第十一页，共二十二页 MR成像基本知识 二、MRI成像设备 一般的

11、一般的一般的一般的MRIMRIMRIMRI仪由以下五部分组成仪由以下五部分组成仪由以下五部分组成仪由以下五部分组成l l主磁体主磁体l l梯度线圈梯度线圈l l脉冲线圈脉冲线圈l l计算机系统计算机系统l l其他辅助设备其他辅助设备本讲稿第十二页，共二十二页 MR成像基本知识pp（一）主磁体（一）主磁体主磁体是主磁体是MRIMRI仪的最基本的构件，是产生磁场的装置仪的最基本的构件，是产生磁场的装置 1.1.磁体的类型：磁体的类型：（1 1）根据磁场产生的方式：永磁型）根据磁场产生的方式：永磁型、电磁型电磁型 永磁型永磁型 ：目前开放式：目前开放式MRIMRI仪多采用永磁型；场强低。仪多采用永磁

12、型；场强低。本讲稿第十三页，共二十二页 MR成像基本知识 电电磁磁型型 ：是是由由导导线线绕绕成成的的线线圈圈，通通电电后后即即产产生生磁磁场场。根根据导线材料不同又分为：常导型和超导型。据导线材料不同又分为：常导型和超导型。常导型：需持续通电，现已淘汰；常导型：需持续通电，现已淘汰；超超导导型型：线线圈圈用用铌铌-钛钛合合金金线线绕绕成成，磁磁场场强强度度一一般般为为0.350.352.0T2.0T，用用液液氦氦及及液液氮氮冷冷却却。目目前前的的中中高高场场强强的的MRIMRI仪仪均均采采用用超超导型磁体。导型磁体。本讲稿第十四页，共二十二页 MR成像基本知识（2 2）根据磁场强度分型根据磁

13、场强度分型 ：低场机：低场机：0.5T0.5T以下；以下；中场机：中场机：0.5T0.5T1.0T1.0T；高场机：高场机：1.0T 1.0T 2.0T2.0T（1.5T1.5T为代表）；为代表）；超高场机：超高场机：2.0T 2.0T；目前医用目前医用MRIMRI设备的磁场场强在设备的磁场场强在0.350.353.0T3.0T之间。之间。本讲稿第十五页，共二十二页 MR成像基本知识 2.2.主主磁磁体体的的技技术术指指标标：场场强强、磁磁场场均均匀匀度度及及主主磁磁体体的的长长度度 （1 1）主主磁磁场场的的强强度度：用用特特斯斯拉拉（TeslaTesla，T T）来来表表示示 ：1 1 T

14、 T=10000 G 10000 G（高斯）；（高斯）；（2 2）主主磁磁场场均均匀匀度度：磁磁场场均均匀匀度度要要求求在在一一个个较较大大范范围围的的空空间间内内产产生生高高度度均均匀匀的的磁磁场场，均均匀匀度度需需达达到到1010-4-41010-6-6，即即在在几几个个百百万万分之一（分之一（ppmppm）；）；（3 3）长长度度：为为保保证证主主磁磁场场均均匀匀度度，以以往往MRIMRI仪仪多多采采用用2m2m以以上上的的长长磁磁体体，近近几几年年伴伴随随磁磁体体技技术术的的进进步步，已已有有长长度度为为1.4m1.4m1.7m1.7m的高场强短磁体。的高场强短磁体。本讲稿第十六页，共

15、二十二页 MR成像基本知识(二二)、梯度线圈：、梯度线圈：1.1.是是MRIMRI仪仪最最重重要要的的硬硬件件之之一一，是是特特殊殊绕绕制制的的线线圈圈，通通过过修修改改主磁场，产生梯度磁场。主磁场，产生梯度磁场。2.2.梯度线圈的主要作用梯度线圈的主要作用:(1)(1)进行进行MRMR信号的空间定位编码信号的空间定位编码;(2)(2)产生产生MRMR回波。回波。3.3.梯梯度度线线圈圈由由X X、Y Y、Z Z轴轴三三个个线线圈圈组组成成（在在MRMR成成像像技技术术中中，把主磁场方向定义为把主磁场方向定义为Z Z轴方向，与轴方向，与Z Z轴方向垂直的平面为轴方向垂直的平面为XYXY平面）。

16、平面）。本讲稿第十七页，共二十二页 MR成像基本知识 4.4.梯度线圈的主要性能指标梯度线圈的主要性能指标:梯度场强梯度场强、切换率切换率 (1)(1)梯梯度度场场强强是是指指单单位位长长度度内内磁磁场场强强度度的的差差别别，通通常常用用每每米长度内磁场强度差别的毫特斯拉量（米长度内磁场强度差别的毫特斯拉量（mT/MmT/M）来表示）来表示;(2)(2)切切换换率率（slew slew raterate）是是指指单单位位时时间间及及单单位位长长度度内内的的梯梯度度磁磁场场强强度度变变化化量量，常常用用每每秒秒每每米米长长度度内内磁磁场场强强度度变变化化的毫特斯拉量（的毫特斯拉量（mT/M.Sm

17、T/M.S）来表示）来表示;5.5.梯梯度度线线圈圈性性能能的的提提高高对对于于MRMR超超快快速速成成像像至至关关重重要要，可可以以说说没有梯度线圈的进步就不可能有超快速序列。没有梯度线圈的进步就不可能有超快速序列。本讲稿第十八页，共二十二页 MR成像基本知识(三三)、脉冲线圈、脉冲线圈 1.1.脉冲线圈分为脉冲线圈分为:发射线圈和接收线圈发射线圈和接收线圈;2.2.发射线圈发射线圈:发射射频脉冲发射射频脉冲,激发人体内的质子发生共振激发人体内的质子发生共振;3.3.接接收收线线圈圈:接接收收人人体体内内发发出出的的MRMR信信号号（也也是是一一种种无无线线电电波波）;4.4.有的线圈可同时

18、作为发射线圈和接受线圈有的线圈可同时作为发射线圈和接受线圈;5.5.接接收收线线圈圈与与MRMR图图像像信信噪噪比比密密切切相相关关,接接收收线线圈圈离离检检查查部部位位越越近近，所所接接收收到到的的信信号号越越强强，线线圈圈内内体体积积越越小小，所所接接收收到到的的噪声越低噪声越低。本讲稿第十九页，共二十二页 MR成像基本知识 RF本讲稿第二十页，共二十二页 MR成像基本知识(四四)、计算机系统、计算机系统 计算机系统属于计算机系统属于MRIMRI仪的大脑，控制着仪的大脑，控制着MRIMRI仪的脉冲激发、仪的脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。信号采集、数据运算和图像显示等功能。(五五)、其他辅助设备、其他辅助设备 除了上述重要硬件设备外，除了上述重要硬件设备外，MRIMRI仪还需要一些辅助设施方能仪还需要一些辅助设施方能完成病人的完成病人的MRIMRI检查，例如：检查床、液氦及水冷却系统、空调、检查，例如：检查床、液氦及水冷却系统、空调、胶片处理系统等。胶片处理系统等。本讲稿第二十一页，共二十二页 MR成像基本知识本讲稿第二十二页，共二十二页