磁共振原理和临床应用（一） .ppt

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1、磁共振成像原理与临床应用磁共振成像原理与临床应用MRI Magnetic Resonance Imaging,MRI 在40年代，两名美国科学家菲利克斯布洛赫(Felix Bloch)和爱德华普塞尔(Edward Purcell)分别独立地做了第一个核磁共振的实验。他们发现原子核在强磁场中能够吸收无线电波的能量，然后重新释放出能量恢复到原来状态，这段时间被称为“弛豫时间”。通过分析这些无线电信号，人们能够知道许多种分子的结构和形状。布洛赫和普塞尔为此分享1952年Nobel物理学奖。保罗劳特布尔Lauterbur(1929)美国科学家 成功地把MR技术引入到临床应用。劳特伯尔得到第一个活体(一

2、个蛤蜊)的第一张MRI图像，于1973年3月在英国自然杂志发表论文 彼得曼斯菲尔德（1933）Mansfield 英国科学家 英国的曼斯菲尔德进一步改进了磁场梯度法，能对图像做数学分析，并使得MRI能够极快地形成有用的图像。2003年10月6日，美国科学家保罗劳特布尔与英国科学家彼得曼斯菲尔德因在核磁共振成像技术领域的突破性成就而一同分享2003年Nobel生理学或医学奖。MR扫描仪MRIMRI成像原理成像原理 MRIMRI检查步骤可以简单的描述为：检查步骤可以简单的描述为：把病人放入磁体内把病人放入磁体内 发射无线电波，随后关掉无线电波发射无线电波，随后关掉无线电波 病人体内发出一个信号，该

3、信号被接受病人体内发出一个信号，该信号被接受并用作图象重建并用作图象重建MRIMRI成像原理成像原理 人体由物质人体由物质-分子构成，分子由原子构分子构成，分子由原子构成，原子包括一个核与一个壳，壳由电成，原子包括一个核与一个壳，壳由电子组成，核内有带正电荷的质子，奇数子组成，核内有带正电荷的质子，奇数的原子多一个质子，如：的原子多一个质子，如：H H1 1、P P3131、C C1313等等 质子具有自旋性，所以质子的电荷也在质子具有自旋性，所以质子的电荷也在运动，运动的电荷为电流，并能产生磁运动，运动的电荷为电流，并能产生磁场场 正常情况下，质子处于杂乱无章的排列正常情况下，质子处于杂乱无

4、章的排列状态，当把它们放入一个强外磁场中，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就会发生改变，它们仅在平行或反平行于外磁场的两个方向上排列于外磁场的两个方向上排列MRIMRI原理原理MRIMRI原理原理 当有两种可能当有两种可能的排列状态时，的排列状态时，耗能少、处于耗能少、处于低能状态的排低能状态的排列状态占优势，列状态占优势，二者之间相差二者之间相差约为千万分之约为千万分之七七MRIMRI原理原理-磁场中的质子不是静止的平行或反平行磁场中的质子不是静止的平行或反平行于磁力线，而是处于进动，其频率和场强成正比于磁力线，而是处于进动，其频率和场强成正比 一个旋转的

5、陀螺受到撞击时，则进行摇摆运动，处一个旋转的陀螺受到撞击时，则进行摇摆运动，处于强磁场中的质子也表现这种运动，称为进动于强磁场中的质子也表现这种运动，称为进动MRIMRI原理原理-磁场中的坐标系磁场中的坐标系 不同方向的质子互相抵消，最后剩下的是顺着不同方向的质子互相抵消，最后剩下的是顺着外磁场方向的磁矢量，因为是沿着外磁场纵轴外磁场方向的磁矢量，因为是沿着外磁场纵轴方向，故称为纵向磁化。方向，故称为纵向磁化。我们不能测到这个磁力，因为它平行于外磁场，我们不能测到这个磁力，因为它平行于外磁场，和外磁场处于同一方向。和外磁场处于同一方向。MRIMRI原理原理-射频脉冲射频脉冲RFRF和能量交换和

6、能量交换 给病人发射一个短促的电磁波，其目的是扰乱给病人发射一个短促的电磁波，其目的是扰乱沿外磁场方向宁静运动的质子沿外磁场方向宁静运动的质子 当质子频率和当质子频率和RFRF脉冲的频率相同时，就能进行脉冲的频率相同时，就能进行能量交换能量交换 把病人置入强外磁场中，沿着外磁场方向产生把病人置入强外磁场中，沿着外磁场方向产生一个新的磁矢量，施加一个新的磁矢量，施加RFRF脉冲后，产生一个新脉冲后，产生一个新的横向磁化，而纵向磁化减少，甚至可消失。的横向磁化，而纵向磁化减少，甚至可消失。MRIMRI原理原理 中断中断RFRF脉冲后，质子从高能状态返回到低能状态，既重脉冲后，质子从高能状态返回到低

7、能状态，既重新指向上方，结果纵向磁化增加，恢复到原来的数值。新指向上方，结果纵向磁化增加，恢复到原来的数值。MRIMRI原理原理-T1-T1时间时间 在在RFRF脉冲终止后，以纵向磁化对时间画脉冲终止后，以纵向磁化对时间画成曲线，就得成曲线，就得T T1 1曲线，纵向磁化恢复到曲线，纵向磁化恢复到原来数值所需的时间，称为纵向弛豫时原来数值所需的时间，称为纵向弛豫时间，也称间，也称T T1 1时间，或自旋时间，或自旋-晶格弛豫。晶格弛豫。T1T1为恢复到原来的为恢复到原来的63%63%MRIMRI原理原理 在在RFRF脉冲中止后，质子失去相位一致性，失去同步化，脉冲中止后，质子失去相位一致性，失

8、去同步化，当您从上面整体地来看这些失相位的质子时，就会看当您从上面整体地来看这些失相位的质子时，就会看到质子呈扇形散开，指向同一方向越来越小，因而横到质子呈扇形散开，指向同一方向越来越小，因而横向磁化减少向磁化减少MRIMRI原理原理-T2-T2弛豫弛豫 在在RFRF脉冲中止后，以横向磁化对时间画一曲线，脉冲中止后，以横向磁化对时间画一曲线，称为称为T2T2曲线，横向磁化减少到原来磁化量的曲线，横向磁化减少到原来磁化量的37%37%所需的时间为横向弛豫时间，既所需的时间为横向弛豫时间，既T2T2时间时间MRIMRI原理原理-信号接受信号接受 对于一个外面的观察对于一个外面的观察者来说，质子的横

9、向者来说，质子的横向和纵向磁化的总矢量和纵向磁化的总矢量不断变化，呈螺旋式不断变化，呈螺旋式运动，该矢量在天线运动，该矢量在天线内感应出一个电流，内感应出一个电流，即即MRMR信号，它在信号，它在RFRF脉脉冲中止后即可最大，冲中止后即可最大，随后逐渐减少随后逐渐减少MRIMRI原理原理-影响组织弛豫时间的因素影响组织弛豫时间的因素 T1T1弛豫依赖组织的成弛豫依赖组织的成分、结构和环境分、结构和环境 外磁场越强，组织的外磁场越强，组织的T1T1时间越长时间越长 纯液体纯液体/水具有长水具有长T1T1 中等大小分子的中等大小分子的T1T1短短 T1T1大约大约2-5-102-5-10倍于倍于T

10、2T2 T1T1大约为大约为300-2000ms300-2000ms 质子失去相位一致性，质子失去相位一致性，发生发生T2T2弛豫弛豫 质子失去相位一致性质子失去相位一致性为外磁场不均匀性和为外磁场不均匀性和组织内部磁场不均匀组织内部磁场不均匀所致所致 液体液体/水的局部磁场水的局部磁场较均匀故较均匀故T2T2时间长时间长 T2T2大约为大约为30-150ms30-150msMRIMRI原理原理-名词解释名词解释 TRTR时间：时间：既射频脉冲重复时间，为两既射频脉冲重复时间，为两个个 9090度激励脉冲之间的时间度激励脉冲之间的时间 TETE时间：时间：即回波时间，为即回波时间，为RFRF脉

11、冲和接脉冲和接受回波之间的时间间隔受回波之间的时间间隔 T1T1加权和加权和T2T2加权：加权：加权指某种突出加权指某种突出成分平均，成分平均，T1T1加权指加权指T1T1时间为图象的时间为图象的主要影响因素的平均，组织的对比度主要影响因素的平均，组织的对比度差异主要为组织间的差异主要为组织间的T1T1差异，而差异，而T2T2加加权为组织间的权为组织间的T2T2值的差异值的差异MRIMRI原理原理-名词解释名词解释 影响组织影响组织T1T1信号的差别大小的因素为信号的差别大小的因素为TRTR 影响组织影响组织T2T2信号的差别大小的因素为信号的差别大小的因素为TETE TRTR时间越短，组织的

12、时间越短，组织的T1T1差别越大，差别越大，TETE时时间越长，组织的间越长，组织的T2T2差别越大差别越大 在在T1T1或或T2T2加权图象上描述为低信号时，加权图象上描述为低信号时，表现为黑色，即组织的表现为黑色，即组织的T1T1时间长，时间长，T2T2短短 在在T1T1或或T2T2加权图象上描述为高信号时，加权图象上描述为高信号时，表现为白色，即组织的表现为白色，即组织的T1T1时间短，时间短，T2T2长长MRIMRI原理原理-T1-T1、T2T2加权加权TE长45msTE短1500msT2加权质子加权TR短1000ms不存在T1加权MRIMRI成像系统的构成成像系统的构成 主磁体：决定

13、场强，有常导、超导和永主磁体：决定场强，有常导、超导和永磁三种，又分为高磁三种，又分为高1.5T1.5T、中、中 0.5-1T0.5-1T、低、低0.5T0.5T和超低和超低0.1T0.1T四种，永磁结构的磁四种，永磁结构的磁场方向垂直与人体长轴。场方向垂直与人体长轴。梯度磁场：用于层面选择和空间定位梯度磁场：用于层面选择和空间定位 射频发射和接受系统射频发射和接受系统 图象重建和显示系统图象重建和显示系统MRIMRI新进展新进展 快速成像快速成像 磁共振血管造影磁共振血管造影MR AngiographyMR Angiography 磁共振水成像磁共振水成像 弥散成像弥散成像 灌注成像灌注成像

14、 磁共振频谱分析磁共振频谱分析 磁共振造影剂磁共振造影剂MRIMRI新进展新进展-快速成像快速成像 减少减少MRIMRI成像时间的方法包括：减少相位编成像时间的方法包括：减少相位编码线，半傅立叶转换，矩形扫描野，减少码线，半傅立叶转换，矩形扫描野，减少TRTR时间，减少取样和采用快速序列时间，减少取样和采用快速序列 快速自旋回波序列快速自旋回波序列-具有和常规具有和常规SESE的图象的图象质量，但时间缩短质量，但时间缩短3-2403-240倍倍 平面回波成像平面回波成像EPI-EPI-为最快的成像技术，可为最快的成像技术，可以在以在30ms30ms成像，为成像，为9090。RFRF后快速梯度回

15、波后快速梯度回波 超快速梯度回波序列超快速梯度回波序列磁共振成像新进展磁共振成像新进展-MRA-MRA MRAMRA的方法包括：时间飞跃法（的方法包括：时间飞跃法（TOFTOF）、相位对）、相位对比法（比法（PCPC）和黑血血管成像（）和黑血血管成像（BBABBA）TOFTOF法采用流入增强效应，法采用流入增强效应，3DTOF3DTOF为最常用的方为最常用的方法，主要用于较大动脉血管，法，主要用于较大动脉血管，2DTOF2DTOF法用于显法用于显示静脉血管示静脉血管 PCPC法是使用梯度脉冲对流动和静止质子产生不法是使用梯度脉冲对流动和静止质子产生不同的相位位移，能显示血流方向和测量流速，同的

16、相位位移，能显示血流方向和测量流速，背景抑制好背景抑制好 磁化传递对比磁化传递对比MTSMTS和倾斜优化非饱和激励和倾斜优化非饱和激励TONETONE技术、多薄块扫描技术技术、多薄块扫描技术三维三维TOFTOF磁共振磁共振血管造影血管造影右侧大脑中动脉动脉瘤右侧大脑中动脉动脉瘤右侧大脑后动脉动脉瘤右侧大脑后动脉动脉瘤左侧颈内动脉动脉瘤左侧颈内动脉动脉瘤-MRI-MRI图象图象左侧颈内动脉动脉瘤左侧颈内动脉动脉瘤-MRA-MRA图象图象AVM-MRAAVM-MRA矢状投影矢状投影AVM-MRAAVM-MRA矢状投影矢状投影AVM-MRAAVM-MRA冠状投影冠状投影AVMAVM并发静脉瘤并发静脉瘤-MRA-MRA烟雾病烟雾病-MRA-MRA烟雾病烟雾病MRAMRA显示显示侧支循环侧支循环MRMR血管成像（血管成像（MR AngiographyMR Angiography）MR MR 血管成像可以在无放射损伤、不需碘血管成像可以在无放射损伤、不需碘造影剂的情况下显示血管，对血管病变造影剂的情况下显示血管，对血管病变做出诊断，结合丰富的后处理软件进行做出诊断，结合丰富的后处理软件进行三维后处