MRI成像的基本原理教案.pptx

《MRI成像的基本原理教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MRI成像的基本原理教案.pptx（40页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1MRI成像的基本原理成像的基本原理磁共振成像仪的基本硬件磁共振成像仪的基本硬件 医用MRI通常由主磁体、梯度线圈、脉冲线圈、计算机系统及其他辅助设备构成。一、主磁体 主磁体是MRI基本构件，是产生磁场的装置。根据磁场产生方式可将主磁体分为永磁型和电磁型。主磁体最重要的技术指标包括场强、磁场均匀度及主磁体的长度。第1页/共40页n n 高场强高场强MRIMRI仪的主要优势：仪的主要优势：n n主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的信噪比；信噪比；n n在保证信噪比的前提下，可缩短在保证信噪比的前提下，可缩短MRIMRI信号采集信号采集时间；时间；

2、n n增加化学位移使磁共振频谱（增加化学位移使磁共振频谱（MRSMRS）对代谢产）对代谢产物的分辨力得到提高；物的分辨力得到提高；n n增加化学位移使脂肪饱和技术更加容易实现增加化学位移使脂肪饱和技术更加容易实现;n n磁敏感效应增强，从而增加血氧饱和度依赖效磁敏感效应增强，从而增加血氧饱和度依赖效应，使脑功能成像的信号变化更显著。应，使脑功能成像的信号变化更显著。第2页/共40页 二二、梯度线圈梯度线圈 梯度线圈是梯度线圈是MRIMRI仪最重要的硬件之一，主要作用有：仪最重要的硬件之一，主要作用有：1 1、进行、进行MRIMRI信号的空间信号的空间 定位编码；定位编码；2 2、产生、产生MR

3、MR回波（梯度回波）；回波（梯度回波）；3 3、施加扩散加权梯度场；、施加扩散加权梯度场；4 4、进行流动补偿；、进行流动补偿；5 5、进行流动液体的流速相位编码。、进行流动液体的流速相位编码。梯度线圈由梯度线圈由X X、Y Y、Z Z轴三个线圈构成（在轴三个线圈构成（在MRMR成像技成像技术中，把主磁场方向定义为术中，把主磁场方向定义为Z Z轴方向，与轴方向，与Z Z轴方向垂直轴方向垂直的平面为的平面为XYXY平面）。梯度线圈是特殊绕制的线圈，以平面）。梯度线圈是特殊绕制的线圈，以Z Z轴线圈为例，通电后线圈头侧部分产生的磁场与主轴线圈为例，通电后线圈头侧部分产生的磁场与主磁场方向一致，因此

4、磁场相互叠加，而线圈足侧部分磁场方向一致，因此磁场相互叠加，而线圈足侧部分产生的磁场与主磁场方向相反，因此磁场相减，从而产生的磁场与主磁场方向相反，因此磁场相减，从而形成沿着主磁场长轴（或称人体长轴），头侧高足侧形成沿着主磁场长轴（或称人体长轴），头侧高足侧低的梯度场，梯度线圈的中心磁场强度保持不变。低的梯度场，梯度线圈的中心磁场强度保持不变。X X、Y Y轴梯度场的产生机理与轴梯度场的产生机理与Z Z轴方向相同，只是方向不同轴方向相同，只是方向不同而已。梯度线圈的主要性能指标包括梯度场强和切换而已。梯度线圈的主要性能指标包括梯度场强和切换率。率。第3页/共40页 三、脉冲线圈 脉冲线圈也是M

5、RI仪的关键部位，脉冲线圈有发射线圈和接收线圈之分。发射线圈发射频脉冲（无线电波）激发人体内的质子发生共振；接收线圈接收人体内发生的MR信号（也是一种无线电波）。有的线圈可同时作为发射线圈和接收线圈，如在扫描架内的体线圈和头颅的正交线圈，大部分表面线圈只能作为接收线圈，而由体线圈来承担发射线圈的功能。MR图像信噪比密切相关的是接收线圈。第4页/共40页四、计算机系统 计算机系统属于MR的大脑，控制着MRI的脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。五、其他辅助设备 如检查床、液氮及水冷却系统、空调、胶片处理系统等第5页/共40页磁共振成像的物理基础磁共振成像的物理基础一、原子的结构 原子是

6、由原子核及位于周围轨道的电子构成的，电子带有负电荷；原子核原子是由原子核及位于周围轨道的电子构成的，电子带有负电荷；原子核由中子和质子构成，中子不带有电荷、质子带有正电荷。由中子和质子构成，中子不带有电荷、质子带有正电荷。二、自旋和核磁的概念第6页/共40页第7页/共40页进入主磁场前后人体内质子核磁状态的变化进入主磁场前后人体内质子核磁状态的变化第8页/共40页磁共振现象磁共振现象磁共振现象磁共振现象第9页/共40页第10页/共40页核磁弛豫核磁弛豫 90度脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐渐又回到平衡状态，我们把这个过程称为核磁弛豫。核磁弛豫又可以分解成两个相对独立的部分：横向磁化矢量逐渐减

7、小直至消失，称为横向弛豫；纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态），称为纵向弛豫。第11页/共40页一、自由感应衰减和横向弛豫一、自由感应衰减和横向弛豫 9090度脉冲关闭后，横向磁化矢量逐渐减小，最后衰减到零。度脉冲关闭后，横向磁化矢量逐渐减小，最后衰减到零。9090度度脉冲产生磁化矢量的原因使质子小磁场的横向磁化矢量聚相位，脉冲产生磁化矢量的原因使质子小磁场的横向磁化矢量聚相位，9090度脉冲关闭后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位）度脉冲关闭后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位），其横向磁化分矢量逐渐相互抵消，因此宏观横向磁化矢量衰减，其横向磁化分矢量逐渐相互抵消，因此

8、宏观横向磁化矢量衰减直至到零。导致质子失相位的原因有两个：直至到零。导致质子失相位的原因有两个：质子周围磁环境随质子周围磁环境随机波动；机波动；主磁场的不均匀。主磁场的不均匀。第12页/共40页第13页/共40页第14页/共40页第15页/共40页 二、纵向弛豫二、纵向弛豫 如前所述，射频脉冲给予低能级质子能量，后者获得能跃迁到高如前所述，射频脉冲给予低能级质子能量，后者获得能跃迁到高能级，结果根据射频脉冲的能量大小，宏观纵向磁化矢量发生不能级，结果根据射频脉冲的能量大小，宏观纵向磁化矢量发生不同的变化。如同的变化。如3030度的小角度激发，宏观纵向磁化矢量减小；度的小角度激发，宏观纵向磁化矢

9、量减小；9090度脉度脉冲激发，宏观纵向磁化矢量消失；冲激发，宏观纵向磁化矢量消失；180180度脉冲激发，则宏观纵向磁度脉冲激发，则宏观纵向磁化矢量方向反转，变成与主磁场方向相反，但大小不变。无论是化矢量方向反转，变成与主磁场方向相反，但大小不变。无论是多少角度激发，射频脉冲关闭后，在主磁场的作用下，宏观纵向多少角度激发，射频脉冲关闭后，在主磁场的作用下，宏观纵向磁化矢量将逐渐恢复到平衡，我们把这一过程称为纵向弛豫，即磁化矢量将逐渐恢复到平衡，我们把这一过程称为纵向弛豫，即T1T1弛豫。弛豫。第16页/共40页第17页/共40页磁共振加权成像磁共振加权成像第18页/共40页一、质子密度加权成

10、像：主要反映不同组织间质子含量差别。一、质子密度加权成像：主要反映不同组织间质子含量差别。一、质子密度加权成像：主要反映不同组织间质子含量差别。一、质子密度加权成像：主要反映不同组织间质子含量差别。第19页/共40页二、二、二、二、T2T2加权成像：主要反映组织横向弛豫的差别。加权成像：主要反映组织横向弛豫的差别。加权成像：主要反映组织横向弛豫的差别。加权成像：主要反映组织横向弛豫的差别。第20页/共40页三、三、三、三、T1T1加权成像：主要反映组织纵向弛豫的差别。加权成像：主要反映组织纵向弛豫的差别。加权成像：主要反映组织纵向弛豫的差别。加权成像：主要反映组织纵向弛豫的差别。第21页/共4

11、0页磁共振信号的空间定位磁共振信号的空间定位n n 接收线圈采集的MR信号含有全层的信息，我们必须对MR信号进行空间定位编码，让采集到MR信号中带有空间定位信息，通过数学转换解码，就可以将MR信号发配到各个像素中。MR信号的空间定位包括层面和层厚的选择、频率编码、相位编码。MR信号的空间定位编码是由梯度场来完成的。第22页/共40页一、层厚的选择和层厚的决定：通过控制层面选一、层厚的选择和层厚的决定：通过控制层面选一、层厚的选择和层厚的决定：通过控制层面选一、层厚的选择和层厚的决定：通过控制层面选择梯度场和射频脉冲来完成择梯度场和射频脉冲来完成择梯度场和射频脉冲来完成择梯度场和射频脉冲来完成M

12、RMR图像层面和层厚图像层面和层厚图像层面和层厚图像层面和层厚的选择。的选择。的选择。的选择。在检查部位与层面选择梯度线圈的相对位置保持不变的情况下，层面和层厚受梯度场和射频脉冲影响的规律如下：梯度场不变，射频脉冲的频率增加，则层面的位置向梯度场高的一侧移动；梯度场不变，射频脉冲的带宽加宽，层厚增厚；射频脉冲的带宽不变，梯度场的场强增加，层厚变薄。第23页/共40页第24页/共40页二、频率编码二、频率编码二、频率编码二、频率编码第25页/共40页三、相位编码：三、相位编码：三、相位编码：三、相位编码：第26页/共40页影响影响MR信号强度的因素信号强度的因素第27页/共40页MRI脉冲序列及

13、其临床应用脉冲序列及其临床应用一、脉冲序列的基本构建和分类 脉冲序列的基本构建：一般的脉冲序列由五个部分构成，即射频脉冲、层面选择梯度场、相位编码梯度场、频率编码梯度场即MR信号。以SE序列为例：第28页/共40页第29页/共40页第30页/共40页n nMRI脉冲序列的分类：第31页/共40页二、二、MRI脉冲序列相关的概念脉冲序列相关的概念 时间相关的概念：时间相关的概念：时间相关的概念：时间相关的概念：1 1、重复时间（、重复时间（TR)TR)：是指脉冲序列执行一次所需要的时间。如在：是指脉冲序列执行一次所需要的时间。如在SESE序列中序列中TRTR即指相邻即指相邻9090度脉冲中点间的

14、时间间隔。度脉冲中点间的时间间隔。2 2、回波时间（、回波时间（TETE）：是指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点到）：是指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点到回波中点的时间间隔。如在回波中点的时间间隔。如在SESE序列中序列中TETE指指9090度脉冲中点到自旋度脉冲中点到自旋回波中点的时间间隔。回波中点的时间间隔。3 3、有效回波时间：在快速自旋回波序列或平面回波（、有效回波时间：在快速自旋回波序列或平面回波（EPIEPI）序列）序列中，一次中，一次9090度脉冲激发后有多个回波产生，分别填充在度脉冲激发后有多个回波产生，分别填充在K K空间的空间的不同位置，而每个回波的不同位置，而每个回波的TE

15、TE是不同的。我们把是不同的。我们把9090度脉冲中点到度脉冲中点到填充填充K K空间中央的那个回波中点的时间间隔称为有效空间中央的那个回波中点的时间间隔称为有效TETE。4 4、回波链长度（、回波链长度（ETLETL）：出现在快速自旋回波序列或平面回波序）：出现在快速自旋回波序列或平面回波序列中，是指一次列中，是指一次9090度脉冲激发后所产生和采集回波数目。度脉冲激发后所产生和采集回波数目。5 5、回波间隙（、回波间隙（ESES）：是指回波链中相邻两个回波中点间的时间）：是指回波链中相邻两个回波中点间的时间间隙。间隙。6 6、反转时间（、反转时间（TITI）：仅出现在只有）：仅出现在只有1

16、80180度反转预脉冲序列中，一度反转预脉冲序列中，一般把般把180180度反转预脉冲中点到度反转预脉冲中点到9090度脉冲中点的时间间隔称为度脉冲中点的时间间隔称为TITI。7 7、采集时间（、采集时间（TATA）：也称扫描时间，是指整个脉冲序列完成信）：也称扫描时间，是指整个脉冲序列完成信号采集所需时间。号采集所需时间。第32页/共40页n n空间分辨力相关概念：n n1、层厚：是由层面选择梯度场强和射频脉冲的带宽来决定的，在二维图形中，层厚即激发层面的厚度。n n2、层间距：是指相邻两个层面之间的距离。第33页/共40页n n3、矩阵：是指MR图像层面内行和列的数目，也就是频率编码和相位编码方向上的像素数目。n n4、视野：是指MR成像的实际范围，即图像区域在频率编码和相位编码方向的实际尺寸。第34页/共40页自旋回波序列自旋回波序列一、自旋回波序列的基本构建 SE序列是由1个90度激发脉冲后随1个180度复相脉冲组成的。第35页/共40页二、自旋回波序列的加权成像：T1加权成像：第36页/共40页T2加权成像：第37页/共40页质子密度加权成像（PD）：第38页/共40页第39页/共40页