医学成像技术课件--09MRI(2)24356.pptx
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1、Medical Imaging Technology磁共振成像(二)lMRI发展历史lMRI的系统组成及优点l成像脉冲序列l各种MRI技术lMRI图像质量控制Medical Imaging TechnologyMRI发展历史1945年 2 个独立小组在几天内同时发现核磁共振现象:1)Bloch,Stanford 大学 (1946)Physics Review 69,1272)Purcell,MIT,(1946)Physics Review 69,37Medical Imaging Technology Felix Bloch 1905-1983 Edward Mills Purcell 191
2、2-19971952 Nobel Prize in PhysicsStanford University MITMedical Imaging TechnologyMRI发展历史1973年2个独立小组利用磁场梯度解决空间信息获取的问题:图像形成Lauterbur,State University of New York (1973)Nature 242,736Mansfield,Nottingham University (1973)J.Phys.C 6,L422Medical Imaging TechnologyLauterbur 1929 Mansfield 19332003 Nobel
3、Prize in Physiology or MedicineMedical Imaging Technology2003 Nobel Prize in Physiology or MedicinePaul C.Lauterbur Prize Award Photo Sir Peter Mansfield Prize Award Photo10/6,2003Medical Imaging TechnologyMRI发展历史lDamadian l1969,提出MR scanner 的设想;l1971,“tumor detecting by MR”,T1,T2l1977,第一台MRI,l1978,
4、Fonar 公司l1980,上市Raymond DamadianMedical Imaging TechnologyMRI发展历史Medical Imaging TechnologyMRI发展历史第一台第一台MRIMRI装置装置 1977 1977Medical Imaging TechnologyMRI发展历史世界上第一张 MRI 图象Medical Imaging TechnologyMRI发展历史1946 MR phenomenon-Bloch&Purcell 1952 Nobel Prize-Bloch&Purcell 1950 NMR developed as analytical
5、tool 1960 1970 1972 Computerized Tomography 1973 Backprojection MRI-Lauterbur 1975 Fourier Imaging-Ernst 1977 Echo-planar imaging-Mansfield 1980 FT MRI demonstrated-Edelstein 1986 Gradient Echo Imaging NMR Microscope 1987 MR Angiography-Dumoulin 1991 Nobel Prize-Ernst 1992 Functional MRI 1994 Hyperp
6、olarized 129Xe Imaging 2003 Nobel Prize-Lauterbur&Mansfield MRI timelineMedical Imaging TechnologyMRI发展历史国内l安科公司;l威达-上海交大;l西门子麦迪特 l东大阿尔派成像中心国际:Clinical MRI OEMsFonarGeneral Electric Medical SystemsHitachi Medical Systems Philips Medical SystemsSiemens Medical SolutionsToshiba Medical SystemsExperime
7、ntal High Field MRI OEMsBruker Biospin MRIVarian全球估计共有22000台全身核磁共振扫描仪投入使用(我国目前约有3000多台),每年扫描总数超过6000万次。Medical Imaging TechnologyMRI的系统组成 MRI设备包括磁体、梯度线圈、供电部分、射频发射器及MR信号接收器,这些部分负责MR信号产生、探测与编码;模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等,则负责数据处理、图像重建、显示与存储。磁体有常导型、超导型和永磁型三种,直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性,并影响MRI的图像质量。因此,非常重要。通常用磁体类型来说明MRI设备的类
8、型。常导型的线圈用铜、铝线绕成,磁场强度最高可达0.150.3T*,超导型的线圈用铌-钛合金线绕成,磁场强度一般为0.352.0T,用液氦及液氮冷却;永磁型的磁体由用磁性物质制成的磁砖所组成,较重,磁场强度偏低,最高达0.3T。Medical Imaging TechnologyMRI的系统组成Medical Imaging TechnologyMRI的系统组成Medical Imaging TechnologyMRI的优点l在所有医学影像学手段中,MRI的软组织对比分辨率最高,它可以清楚地分辨肌肉、肌腱、筋膜、脂肪等软组织;区分较高信号的心内膜、中等信号的心肌和在高信号脂肪衬托下的心外膜以及
9、低信号的心包。lMRI具有任意方向直接切层的能力,而不必变动被检查者的体位,结合不同方向的切层,可全面显示被检查器官或组织的结构,无观察死角。近年开发应用的容积扫描,可行各种平面、曲面或不规则切面的实时重建,很方便地进行解剖结构或病变的立体追踪。lMRI属无创伤、无射线检查,避免了X线或放射性核素显像等影像检查由射线所致的损伤。MRI扫描对人体无害。l成像参数多,包含信息量大,以应用最广泛的自旋回波(spin echo,SE)为例,此技术可获取三种性质不同的图像:T1加权像、T2加权像和质子密度加权像。目前,MRI已知成像参数达十余种,再加上超过百种的脉冲序列组合,以及许多特殊成像技术的应用,
10、MRI的成像潜力十分巨大,为临床应用提供了广阔的研究领域。lMRI具有较高的空间分辨率,尽管一般MRI图像的空间分辨率不及X线平片、X线心血管造影,但优于超声心动图和放射性核素显像,接近DSA和CT的水平。MRI的空间分辨率还将进一步提高。Medical Imaging Technology成像算法的一点补充l 反投影重建法1973年Lauterbur用梯度磁场区分空间坐标,用连续波(CW)NMR获得了世界上第一个NMR图像。NMR频率通过Gr可和空间直接相关起来,Lauterbur测得投影P(k,),用直接反投影法获得了图像。其实也可以进行滤波反投影而获得清晰的图像。这种重建与CT完全相似,
11、可以称之为纯粹的NMR-CT。Medical Imaging Technology成像算法的一点补充l 反投影重建法Medical Imaging Technology成像算法的一点补充l 反投影重建法Medical Imaging Technology成像算法的一点补充l X-CT与MRI比较NMR信号:(测得量)X-CT:射线强度I (测得量)Medical Imaging Technology成像算法的一点补充2007112l X-CT与MRI比较X-CT所加的扫描方式 NMR所加的脉冲Medical Imaging Technology成像算法的一点补充l X-CT与MRI比较Medi
12、cal Imaging Technology成像算法的一点补充l K空间与2DFTlK空间就是存放磁共振成像用原始数据的地方。K空间的每一行都是在加有频率编码梯度(也称读梯度)的时候采集的,每一行都对应于一个特定的相位编码梯度。lK空间与图像不是一一对应关系,K空间上的每一点对整个图像都有贡献,不同位置的数据对最终图像的贡献是不同的。lK空间中心部分的数据主要贡献图像的信噪比和对比度信息l边缘部分主要贡献图像的分辨能力方面的信息,起到勾边的作用。l在K空间中,某一方向相邻采样点的间隔影响图像上该方向的视域(FOV)和信噪比,间隔越小,FOV越大,信噪比越高。Medical Imaging Te
13、chnology成像算法的一点补充l K空间与2DFT2DFTMedical Imaging Technology成像脉冲序列增加,势能增加,能量增量由外加交变磁场提供;减小,势能减小,能量交给外加交变磁场。仅当交变磁场角频率满足=B=0 时才发生此种能量交换。此时与B1_ 绕z轴同步旋转 核磁共振现象B0yxB1z0当外施交变磁场经过时间t后,磁化矢量M处于Medical Imaging Technology成像脉冲序列90度和180度脉冲,见图相位重聚 Rephasetime180脉冲脉冲同相同相重新同相重新同相ABCDE快快慢慢慢慢快快Medical Imaging Technology
14、成像脉冲序列lMR图图像像对对比比度度很很大大程程度度上上取取决决于于RF脉脉冲冲的的发发射射方方式式和和FID的的读读取取方方式式,与与发发射射的的射射频频脉脉冲冲的的形形式式和和间间隔隔,与与选选择择的的梯梯度度磁磁场场的的引引入入方方式式,与与选选择择的的空空间间分分辨辨力力等等因因素有关。素有关。l脉脉冲冲序序列列:为为了了不不同同成成像像目目的的而而设设计计的的一一系列射频脉冲和梯度脉冲。系列射频脉冲和梯度脉冲。Medical Imaging Technology成像脉冲序列Medical Imaging Technology成像脉冲序列lMRMR成像中选用不同的成像参数可以得到不同
15、类型成像中选用不同的成像参数可以得到不同类型的图像。的图像。l重复时间重复时间TRTR:从从9090脉冲开始至下一次脉冲开始至下一次9090脉冲脉冲开始的时间间隔;开始的时间间隔;l回波时间回波时间TETE:激发脉冲与产生回波之间的间隔时激发脉冲与产生回波之间的间隔时间;间;l反转时间反转时间TI TI:初始初始180180与与90RF90RF脉冲的间隔时脉冲的间隔时间;间;l翻转角翻转角:射频脉冲发射后质子自旋射频脉冲发射后质子自旋翻转角度翻转角度。Medical Imaging Technology自旋回波序列lSE(spin echo)SE(spin echo)序列:序列:单回波和多回波
16、单回波和多回波SESE序列。序列。l(一)单回波(一)单回波SESE序列序列l先发射一个先发射一个90RF90RF脉冲,间隔脉冲,间隔TE/2TE/2时间再发射一个时间再发射一个180180复相脉冲,再经复相脉冲,再经TE/2TE/2时间间隔出现回波,测量回波信号时间间隔出现回波,测量回波信号的强度。的强度。l90RF90RF脉冲激发脉冲激发1 1H H,使,使M MZ Z由由Z Z轴翻转到轴翻转到XYXY面,面,M M变为变为M MXYXY。90RF90RF脉冲中止后,脉冲中止后,M MZ Z逐步恢复;逐步恢复;l由于由于B B0 0不均匀性造成质子旋进失相位使不均匀性造成质子旋进失相位使M
17、 MXYXY由大变小,由大变小,180RF180RF脉冲使相位离散的质子群在脉冲使相位离散的质子群在XYXY平面相位重新趋向平面相位重新趋向一致,一致,M MXYXY由零逐渐恢复,在由零逐渐恢复,在TETE时达到最大值,形成自旋时达到最大值,形成自旋回波。回波。Medical Imaging Technology单回波单回波SE序列序列l SE序列组织的序列组织的MR信号强度:信号强度:lf(H)为氢质子密度函数,g(v)为流体组织流速函数,静态组织 g(v)1。lT1越短信号越强;T2越长信号越强;质子密度越高信号越强。l图像对比特征的回波强度不仅与受检组织的T1、T2、质子密度以及流动液体
18、等条件有关,且与TR、TE等参数有关。通过TR和TE值的选择,可获得不同程度的T1、T2和质子密度加权像(PDWI)。Medical Imaging Technology单回波单回波SE序列序列lT1加权像加权像:用短用短TR(300600ms)和短)和短TE(1025ms)时得到)时得到T1WI。lT2加权像加权像:选长选长TR(15002500ms)和长)和长TE(80120ms)时得到)时得到T2WI。l质子密度加权像:质子密度加权像:选长选长TR(15002500ms)和短)和短TE(1025ms)得到)得到PDWI。l如果均选用中等长度的如果均选用中等长度的TE与与TR,则无法突出,
19、则无法突出T1、T2与质子密度对与质子密度对MR信号强度及组织对比的作用,信号强度及组织对比的作用,不适于医学成像。不适于医学成像。Medical Imaging Technology单回波单回波SE序列序列Medical Imaging Technology多回波多回波SE序列序列Medical Imaging TechnologyMedical Imaging Technology多回波多回波SE序列序列l一一个个周周期期中中90RF90RF脉脉冲冲后后以以特特定定的的时时间间间间隔隔连连续续施施加加多多个个180RF180RF脉脉冲冲,使使M MXYXY产产生生多多个个回回波波。一一次次
20、扫扫描描中中获获得得多多幅幅不不同同TETE值的值的PDWIPDWI和和T T2 2WIWI。l可可缩缩短短成成像像时时间间,但但因因T T2 2弛弛豫豫作作用用,相相继继产产生生回回波波信信号号幅幅值值呈指数性衰减,图像呈指数性衰减,图像SNRSNR逐步降低。逐步降低。lSESE序列保持序列保持MRMR诊断主导地位,一是诊断主导地位,一是SESE序列采用序列采用180RF180RF脉冲脉冲克服克服B B0 0不均匀性带来的弊端,能显示典型的不均匀性带来的弊端,能显示典型的T T1 1WIWI、T T2 2WIWI、PDWIPDWI,尤其,尤其T T2 2WIWI。是图像对常见的伪影较不敏感。
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