磁共振成像精讲课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁共振成像,要点,MRI,发展的背景、历史和现状,MRI,的特点,核磁共振的物理基础,MRI,的成像原理,MRI,成像系统的构成,其他磁共振成像技术,1946,年，,E.M.Purcell(,哈佛大学,),和,F.Bloch(,斯坦福大学,),2,个独立小组在几天内,各自独立,发现核磁共振现象，,1952,年两人共同获得诺贝尔物理奖,Bloch Stanford,大学,（,1946,）,Physics Review 69, 127,Purcell MIT,（,1946,）,Physics Review 69, 37,发展历史,Felix Bloch,1905-1983,Edward Mills,Purcell,1912-1997,1952 Nobel Prize for Physics,Stanford University,MIT,1973,年，,美国纽约州立大学石溪分校教授,P.C.Lauterbur,提出二维核磁共振成像,(MRI),方法，,利用,磁场梯度,解决了,空间信息,获取的问题,Lauterbur,State University of New York,(1973),Nature,242,736,Mansfield,Nottingham University,(1973),J. Phys.,C,6,L422,1976,年实现了人体手部成像，得到第一张人体的,MR,图像（活体手指），,1978,年获取第一幅人体头部,MR,图像,Lauterbur,1929,Mansfied,1933,2003 Nobel Prize in Physiology or Medicine,Paul C. Lauterbur ,Prize Award Photo,Sir Peter Mansfield ,Prize Award Photo,10/6,2003,实事求是地讲，,Damadian,应该算是最早把核磁共振用于生物医学研究的人之一。早在,1970,年他便把从人身上切除的肿瘤移植到老鼠身上，并观察到携带肿瘤的老鼠的核磁共振信号发生了变化（,1971,年,科学,）,Damadian,的工作直接启发了,Lauterbur,对成像技术的研究，他在认识到这一发现的医学价值的同时，也敏锐地意识到若不能进行空间上的定位，核磁共振在临床应用的可能性微乎其微（,1972,年,自然,）,第一台,MRI,装置,1977,世界上第一张,MRI,图像,Damadian,的“用于癌组织检测的设备和方法”,1980,：推出世界上首台,NMR,成像商品机。为与放射性核素检查相区别，改称为磁共振成像,(magneticresonancelmaging,，,MRl),。,1983,1984,：美国仪器与药物管理局（,FDA,）批准了,4,家公司生产的,MRI,机器上市，标志着核磁共振成像技术的基本成熟和,MRI,商品阶段的开始。,1985,：第,军医大学南方医院引进了第一台磁共振成像机,1989,：第一台国产核磁共振仪器由中科院安科公司开发成功,磁共振成像,(MRI),：把核磁共振原理同空间编码技术结合起来，采用磁场使人体组织成像。,成像原理：用一定方法使空间各点磁场强度有规律地变化，核磁共振信号中的不同频率分量即可同一定的空间位置对应，通过一定的数学变换实现核磁共振成像。,什么是磁共振成像技术？,MRI,利用,射频,（,Radio Frequency,，,RF,）电磁波对置于,静磁场,B,中的含有,自旋不为零,的,原子核（,1,H,）,的物质进行激发，发生核磁共振，用,感应线圈,检测技术获得,组织弛豫信息和质子密度信息,（采集共振信号）用,梯度磁场,进行,空间定位,，通过,图像重建,，形成磁共振成像的方法和技术,医学,MRI,图像中，每个像素代表该位置上的磁共振信号的强度,MRI,成像的条件,射频脉冲（激发原子核）,外加静磁场,具有自旋不为零的原子核（受检体）,感应线圈,梯度磁场,计算机,产生磁共振,检测和接收磁共振信号,实现空间定位,完成重建，生成图像,MRI,与,CT,的比较,成像机理,衰减成像,VS,共振成像,图像中像素的含义,衰减系数,VS,共振信号的强度,MRI,成像特点,较高的组织对比度和组织分辨力,解剖成像，并含有比,CT,更丰富、更深层次的生物信息，对脑和膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等软组织分辨率极佳,多方位成像,能对被检查的部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像，且不必变动病人的体位，不会产生,CT,检测中的伪影；不需注射造影剂,横断面,冠状面,矢状面,人体平面,多参数成像,获取,T1,加权像（,T1WI,）、,T2,加权像（,T2WI,）、质子密度加权像（,PDWI,），在影像上取得组织之间、组织与病变之间在,T1,、,T2,、,T2*,和,PD,上的信号对比，对显示解剖结构和病变敏感,脑白质,脑灰质,肌肉,脑脊液和水,脂肪,骨皮质,骨髓质,瓣膜,T1WI,较高，白灰,中等，灰,中等，灰,低，黑,高，白,低，黑,高，白,低，黑,T2WI,中等，灰,较高，白灰,中等，灰,高，白,较高，白灰,低，黑,中等，灰,低，黑,多参数成像方法便于区分脑中的灰质与白质，对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大优越性，其软组织的对比度也更为精确,多种特殊成像,如各种血管影像、水成像、脂肪抑制成像、血管影像可以显示颅内的大多数血管，可无创性地做出血管性疾病的诊断,以射频脉冲作为成像的能量源，不使用电离辐射，对人体安全，无创,功能成像,弥散成像（,DI,）,灌注成像（,PI,）,血氧水平依赖成像（,BOLD,）,MRI,能从分子水平上反映出人体器官失常和早期病变，既具有解剖成像的特点，又反映了组织内部的功能变化，具有功能成像的特点，用于疾病早期诊断,MRI,的主要局限,空间分辨率不及,CT,常规扫描信号采集时间较长，,成像速度慢，,不利于为昏迷、危重病人及躁动病人、儿童等做检查,禁忌较多,装有心脏起搏器、动脉瘤夹、金属假肢等病人不宜进行,MRI,检查,不能对成像参数值进行有效测定，所以,不能,像,CT,那样在图像上进行,定量分析,和诊断。,对,含氢质子较少的组织,，如钙化组织、致密骨骼以及含气的肺部等部位的显示远不如,CT,，,难以,对以病理性钙化为特征的病变作诊断；,设备,成本昂贵,，检查费用较高,MR,技术代替,CT,技术？,MRI,机与,CT,机,封闭式,MRI,机,开放式,MRI,机,CT,机,各种感应线圈,颈部信号接收线圈,下肢信号接收线圈,躯干信号接收线圈,肩部信号接收线圈,手腕信号接收部线圈,T1 Contrast,T,E,= 14 ms,T,R,= 400 ms,T2 Contrast,T,E,= 100 ms,T,R,= 1500 ms,Proton Density,T,E,= 14 ms,T,R,= 1500 ms,多参数成像,MRI,图像,T1 Contrast,T,E,= 14 ms,T,R,= 400 ms,T2 Contrast,T,E,= 100 ms,T,R,= 1500 ms,Proton Density,T,E,= 14 ms,T,R,= 1500 ms,多截面成像,MRA,（核磁血管造影）,fMRI,功能成像,原子核的一般特性,质子,(proton),， 带正电（荷）,Z,原子核,中子,(neutron),， 中性,N,核磁共振物理基础,对同一种元素，质子数是一定的，但是中子数可能有所不同（质子数相同，中子数不同的元素互称为同位素或核素）,对某一种化学元素的不同核素在自然界的含量差别很大，而且性质也不同,原子核,1,H,原子核的自旋、角动量、进动、磁矩,自旋,（,spin,）：原子核及质子围绕着自身的中轴进行旋转。自旋的速率由核的种类决定,原子在自旋时，由于受到重力影响，转动轴与重力方向形成倾角。,带有正电荷的质子的自旋类似于一个小磁体，产生一个与自旋同轴的电磁场，具有大小和方向，磁场的方向可由环形电流的法拉第右手定则确定；自然状态下，质子的排列呈散乱随机状态，不同方向的磁力矩相互抵消，人体不显示磁性,具有轴对称的物体在旋转时，关于对称轴的角动量等于物体对轴的转动惯量和转动角速度的乘积,O,L,当外力矩,M=0,时，角动量,L,大小和方向将保持不变，若存在非零的外力矩,M,，角动量则将发生变化，满足,在原子绕自身轴线转动的同时，由于受到重力矩的影响，其转动轴线又绕重力方向旋转，这种现象称,进动,(Precession),，进动具有能量也具有一定的频率。,圆周电流包围的面积矢量与电流强度的乘积成为磁矩，单位为安培,.,米,2,当有外磁场,B,作用时，磁矩要受到外磁场磁力矩的作用，产生磁势能,产生磁共振的原子核种类,元素周期表中凡具有,自旋特性,的原子核都有产生磁共振的可能。,能够自旋的条件：质子数或中子数必有一个是奇数，即自旋量子数,I,0,。,包括,质子或中子之一为奇数 如,1,H (,质子数为,1,，无中子,),；,13,C,(,质子数为,6,，中子数为,7),；,31,P,；,23,Na,；,17,O,质子和中子皆为奇数 如,2,H (,质子数和中子数皆为,1),和,14,N(,质子数和中子数皆为,7),若质子和中子数皆为偶数时，自旋量子数,I,=0,，此原子核不具有自旋的特性，也不可能产生磁共振如,12,C (,质子数和中子数皆为,6),，,16,O,等,任何存在奇数质子、中子或质子数与中子数之和为奇数的原子核均存在磁矩,。,有自旋,原子核,无自旋,现今,MRI,中研究和使用最多的原子核：氢核,是磁化度最高的原子核,占活体组织原子数量的,2/3,只有一个自旋的质子，结构最单纯，磁矩最易于检测,最适于从它得到核磁共振图像,原子核的磁矩,含有奇数质子或中子的原子核，由于质子带有正电荷，自旋时将产生环形电流，从而感应出一个与自旋旋转轴一致的磁场，如同一个小磁体有南北极（核磁现象，,nuclear magnetic,），磁场用磁矩或磁向量来表示，有大小和方向,核磁矩是原子核的固有特性，它决定核磁共振信号的敏感性，氢质子由于只有一个质子，故具有最强的磁矩,具有磁矩的快速自旋核可以看成为极小磁棒,人体内含有丰富的水，,故存在大量的氢质子，,不同的组织，水的含量也各不相同，即含氢核数多少也不同。从而,NMR,信号强度存在差异，,MRI,技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而把各种组织分开，探测人体内部结构氢核密度的核磁共振图像。,人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间,氢核密度、弛豫时间,T,1,、弛豫时间,T,2,三个参数的差异，是,MRI,用于临床诊断最主要的物理基础。,无外磁场时的质子,无外加磁场时，奇数质子群中的各个质子任意方向自旋，其磁矩相互抵消，因而单位体积内生物组织的宏观磁矩,以随机相位作进,动的自旋集合,静磁场中的质子,无外加静磁场（,B,0,）时，质子绕自身轴旋转，产生一个自身的小磁场。,当自旋质子放入外加静磁场,B,0,（又称主磁场）时，质子开始,摇摆,，不仅绕自身轴进行自旋，同时也绕静磁场,B,0,的磁力线为轴进行旋转，这样的运动状态称为,进动,，自旋与磁场间成,角。,质子绕,B,0,轴的进动频率由拉莫尔方程确定,B,0,mg,拉莫尔关系,拉莫尔方程,在主磁场中，宏观磁矩象单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（,Larmor,）方程：,f,r B,0,/,式中：,f,进动的频率,B,主磁场强度,r,旋磁比（对于每一种原子核是恒定的常数）,原子核进动的频率只由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，,对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核进动的频率是固定不变的,塞曼效应,无外加磁场时，原子核由于自旋具有能量，并保持在基态,在外加静磁场后，受到外磁场力的作用，自旋核发生进动，使原子核的能量在基态基础上出现一定的附加能量，这些能量被分为若干能级，均匀分布,这种从原本的一个基态能级的状态，由于外加磁场后，能量发生分裂的现象称为,塞曼效应,，分裂后的能级称为,塞曼能级,由量子力学原理，核磁矩在静磁场中的能量呈量子化分布，这些不连续的能量值（原子核的能级）满足：,E,m,= -,r B,0,h m,I,/2,对氢质子,1,H,，,m,I,=1/2,，即处于静磁场中的氢质子，当外加磁场后，能量将被分裂为两个能级，一个是正平行于,B,0,，一个是反平行于,B,0,上旋,平行于磁场方向的核磁矩,低能态,E,（,+1/2,）,下旋,反向磁场方向的核磁矩,高能态,E,（,-1/2,）,宏观磁矩,对氢质子而言，在外磁场力作用下，质子磁矩方向发生变化，能量按能级重新分布，大多数质子由于处于低能状态，故顺着主磁场排列，少量质子具有较高能量，磁矩与,0,方向相反，将逆主磁场排列，形成与磁场作同一取向的低能状态和反向的高能状态。从而出现与主磁场,0,方向一致的净宏观磁矩,(,或称为宏观磁化矢量）,以磁矩,M,表示,处于低能态与高能态这两种基本能量状态间的原子核之间根据静磁场场强大小与当时的温度，存在动态平衡，称为“热平衡”状态。,当向磁矩施加频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态，从微观上讲，将诱发两种能态间的质子产生能态跃迁，被激励的质子从低能态跃迁到高能态，使原子核磁矩从能量较低的“平行”状态跳到能量较高的“反向平行”状态,核磁共振,B,1,核磁共振,共振,(resonance),：运动频率一致的两个物体之间发生能量传递的现象称为共振,根据物理学原理，,只有当外加射频场频率原子核进动的频率时,，射频场的能量才能有效地被原子核吸收特定的原子核吸收特定的射频场能量,为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量通过外加,射频场,来提供,射频场,射频脉冲（,RF,）：使磁矩发生改变，质子产生共振,频率等于拉莫尔频率，振幅等于,B,1,，,B,1,方向垂直于,B,0,B,1,磁场的作用是使磁化沿其进动，从垂直方向转向,Mxy,平面,B,1,翻转角度与所使用射频脉冲的强度及作用时间相关,=B,1,t,射频脉冲的方式,射频脉冲的实质：垂直于,B0,，在,XY,平面的旋转磁场,B1,，旋转频率等于拉莫尔频率,射频场下质子的运动,-,章动,在,B0,与,B1,的双重作用下，质子将除沿,B0,轴进动外，还要沿,B1,轴运动，运动轨迹呈向下螺旋线形,射频脉冲的角度,在,RF,脉冲的激励下，宏观磁化矢量,M,将偏离静磁场,B0,方向，其偏离的角度称为翻转角,常用的磁共振观测方法,扫频法：固定场不变，调节射频频率；,扫场法：固定射频不变，改变调场电流从而改变场强；,脉冲傅立叶变换法：时间短暂的射频脉冲后进行信号采集；相当于多道连续波核磁共振，灵敏度高，目前广为采用,横向磁化向量,Mxy,宏观磁化磁矩,(M),分为横向面的,Mxy,和纵向面的,Mz,，只有在,XY,平面的成分能被探测到,调整射频脉冲强度和时间，当施加,90,脉冲时，将使,M,以螺旋运动的形式离开平衡状态，脉冲停止时，,M,将落在与静磁场,B,0,垂直的平面内，获得最大磁共振信号（,Mz,0,）,弛豫,弛豫是一种不经过能量辐射，使系统回到低能态的能量交换过程，需要一定的时间,磁共振中，弛豫是指原子核发生共振后，处在非平衡的高能态向低能态恢复的过程，反映了质子之间和质子周围环境之间的相互作用,弛豫存在多种方式，最主要的有两种：自旋,-,晶格弛豫与自旋,-,自旋弛豫,弛豫过程,当射频脉冲激励停止后，宏观磁化矢量将自发地螺旋上升逐渐靠向,B,0,，回复到平衡状态核磁弛豫,在脉冲结束的一瞬间，,M,在,XY,平面上分量,M,xy,达最大值，在,Z,轴上分量,M,z,为零，当恢复到平衡时，纵向分量,M,z,重新出现，而横向分量,M,xy,消失,由于在弛豫过程中磁化矢量,M,强度并不恒定，纵、横向部分必须分开讨论,弛豫过程用,2,个时间值描述，即纵向弛豫时间,(T,1,),和横向弛豫时间,(T,2,),驰豫过程的综合表示（三种运动的综合过程）,磁化矢量的进动,纵向磁化逐渐增大,横向磁化逐渐减小,a,、射频结束瞬间，纵向磁化为零，横向磁化最大,b,、反平行质子释放能量跃迁回平衡态，纵向磁化逐渐增大,c,、最后回归原始状态，纵向磁化恢复到最大,纵向弛豫过程,a,、射频结束瞬间，横向磁化达到最大,进动相位一致,b,、内部小磁场的不均匀性使得进动相位分散，横向磁化矢量逐渐减小,c,、最终相位完全分散，横向磁化矢量为零,横向弛豫过程,纵向弛豫时间,(,T,1,),射频脉冲停止后，纵向磁化,M,z,逐渐增大，弛豫快慢遵循指数递增规律。,纵向驰豫时间,(T,1,),定义为,M,z,从,0,增大到最大值,M,z0,的,63%,所需的时间。,T,1,的物理意义：由于质子从射频波吸收能量，处于高能态的质子数目增加，,T,1,弛豫是质子群通过释放已吸收的能量，以恢复原来高低能态平衡的过程，,T,1,弛豫也称为自旋晶格弛豫。,生物组织的,T,1,值从大约,50,毫秒到几秒不等,M,z0,63%,人体正常与病变组织的,T1,值（,ms,）,肝,140,170,肝癌,300,450,肾,300,340,肝血管瘤,340,370,胰,180,200,胰腺癌,275,400,肌肉,120,140,膀胱癌,200,240,血液,340,370,肾癌,400,450,脂肪,60,80,肺脓肿,400,500,胆汁,250,300,脑膜瘤,200,300,一般大分子（如生物蛋白）和小分子（如水）由于共振频率与拉莫尔频率差别较大，对能量传递有效性差，因此,T,1,较长。,中等分子（如脂肪）的共振频率接近于拉莫尔频率，能量传递最有效，因此,T,1,较短。,T,1,还与外加静磁场的磁场强度有关，对同一组织而言，外加静磁场强度越高，,T,1,越长,组织,癌症组织的,T1,（,ms,）,正常组织的,T1,（,ms,）,肺,940460,600170,骨髓,77020,38050,肝脏,570190,38020,胰腺,840130,39820,人体正常组织与癌变组织的弛豫时间对比（,0.5T,外场下）,横向弛豫时间（,T,2,）,90,脉冲停止后，质子同步旋进很快变为异步，旋转方位也由同而异，相位由聚合一致变为丧失聚合而各向异性，磁化矢量相互抵消，,Mxy,很快由大变小,最后趋向于零，称之为去相位。,横向弛豫的快慢遵循指数递减规律，,横向弛豫时间,T,2,规定为使,Mxy,从最大值衰减到其原来值,37%,所用的时间,T,2,物理意义：横向弛豫指不同的原子核之间以不同能量状态传递能量，当某一原子核吸收相邻的一个核释放的能量时，将造成质子共振频率的改变，从而使质子群由相位一致变为互异。,T,2,也称为自旋,-,自旋弛豫。,xymax,不同组织对横向驰豫时间的影响,小分子快速平移运动加速进动的原子核间相互作用，引起磁场局部变化的均化，减弱了,T,2,弛豫的效率，相对延长了,T,2,弛豫时间,溶液里大分子的存在降低总体分子的运动，从而增加了自旋,自旋相互作用的效率，缩短,T,2,弛豫时间,T,2,与磁场强度无关,正常颅脑的,T1,与,T2,值（,ms,）,组织,T1,T2,胼胝体,380,80,桥脑,445,75,延髓,475,100,小脑,585,90,大脑,600,100,脑脊液,1155,145,头皮,235,60,骨髓,320,80,一般情况下，,T1,约为,T2,的,4-10,倍,几种常见组织在不同场强下的,T1,，,T2,及质子密度值,组织,T1,T2,质子密度,(%),0.2T,1.0T,1.5T,脂肪,240,-,-,60,9.6,白质,390,620,718,76,10.6,灰质,490,810,998,91,10.6,脑脊液,1400,2500,3000,140,10.8,肌肉,370,730,860,50,9.3,磁共振信号的获取,如果在垂直于,XY,平面，加一个接收线圈，会接收到什么信号？,在弛豫过程中通过测定横向磁化矢量,M,xy,可得知生物组织的磁共振信号。,M,xy,垂直并围绕主磁场,B,0,以,Larmor,频率旋进，按法拉第定律，,M,xy,的变化将使环绕在人体周围的接收线圈产生感应电动势和感应电流，即磁共振,(MR),信号。,90,脉冲后，由于受,T,1,、,T,2,的影响，,MR,信号以指数曲线形式衰减，称为自由感应衰减（,free induction decay,，,FID,）,FID,信号的初始幅度与,Mxy,成正比，而,Mxy,与特定体元的组织中受激励的核子数目成正比，故在磁共振图像中可辨别氢原子密度的差异。,信 号 振 幅,脉冲序列与加权图像,实际情况下，信号是从大量空间位置点收集的，信号由许多频率复合组成。,利用数学分析方法（傅立叶变换），不但能求出各个共振频率，即相应的空间位置，还能求出相应的信号振幅，而信号振幅与特定空间位置的自旋密度成比例。,选择不同的脉冲序列和不同的成像时间，磁共振设备可形成,质子密度图像、,T,1,加权的图像和,T,2,加权的图像,。,MRI,技术的关键在于找出正常组织与有病组织间弛豫时间差异的特点。,傅立叶变换的作用：,复杂的时间域信号,简单的频率域信号,傅立叶变换,轴位,T1,加权像。双侧尾状核、壳核信号稍低,同一层面轴位,T2,加权像。双侧尾状核、壳核为高信号,同一层面轴位质子密度像。双侧尾状核、壳核信号稍高,如何分辨出人体不同层面的共振信号？,施加梯度磁场,由于梯度磁场的存在，,使不同,Z,坐标下的层面,所处的场强略为不同,有选择性地施加射频,脉冲，即可使不同层,面产生共振,选择性激励,梯度磁场的概念,人体内所有自旋质子具有相同的拉莫尔频率，受射频脉冲激发后接收到的信号将包含受检者整个身体的信息，从而无法确定信号中每个成分的特定起源点，即空间位置信息,梯度场使扫描平面上每一点具有不同的,B,0,，从而具有不同的拉莫尔频率，使人体内不同部分受激发的原子核将在不同频率下发生共振，被用来编码受激原子核的空间信息，进行空间定位,梯度磁场：是一个随位置、以线性方式变化的磁场。与静磁场（,B,0,）叠加后，可以暂时造成磁场的不均匀，使沿梯度方向的自旋质子具有不同的磁场强度，因而有不同的共振频率，从而获得关于位置的信息,梯度磁场由置于磁体内的额外线圈产生（梯度线圈）,位于磁体内的梯度线圈一般为成对线圈，每对线圈内的电流大小相等，极性相反,为获得各个方向的空间位置信息，需要在,X,、,Y,、,Z,方向上分别施加一个梯度，根据它们的功能，这些梯度被称为：层面选择梯度；频率编码或读出梯度；相位编码梯度,梯度场的作用就是动态地修改,B,0,如果施加的射频脉冲具有单一频率，层面将为无限薄,实际中，射频脉冲存在一定的带宽，故将激发一定厚度的层面,层面厚度与射频信号带宽的关系,如何改变成像平面的厚度？,改变射频脉冲的带宽,射频脉冲持续时间越短，,带宽越宽，厚度越厚,改变梯度磁场的斜率,射频脉冲频带不变的情,况下，梯度场斜率越小，,层面厚度越厚,梯度磁场系统,梯度磁场的产生由梯度线圈完成,梯度线圈有三组即,GX,、,GY,、,GZ,，叠加在主磁体空间的磁体内，当线圈通电时可在静磁场中形成梯度改变,Gx,：冠状面,Gy,：矢状面,Gz,：横断面,图像重建是一个极其复杂的信号处理过程，必须借助于计算机，在复杂且严格的程序软件控制下进行。,图像重建的本质,是对原始数据的高速数学运算,（包括累加平均去噪声、相位校正、傅立叶变换等）。,图像重建既可用软件完成也可用硬件完成，软件重建的速度要慢于硬件,磁共振图像重建,原始信号的产生,图像重建算法,投影重建法,二维傅立叶变换法（主要）,回波平面成像法,二维傅立叶变换法,磁共振成像过程中，启动梯度磁场，通过层面选择、频率编码、相位编码，把整个层面体素一一进行标定，用RF 脉冲对各体素进行激励，测量感应信号采集数据信息，对所采集的信号进行2D-FT 处理，得到具有相位、频率特征的磁共振信号，根据各层面体素编码的对应关系，,将体素信号大小用灰度等级表现出来,，,形成图像,MRI,设备组成,MRI,设备主要由主磁体、梯度线圈、,RF,线圈、计算机与控制台和检查床组成。,磁共振成像系统的结构,磁体部分,磁共振波谱仪部分,数据处理和图像重建部分,主磁体部分,主磁体,用于产生高度均匀、稳定的静磁场,B,0,，可以是永磁体、常导磁体或超导磁体。,一般把主磁体做成圆柱状或矩形腔体，里面不仅可以安装主磁体的线圈，还可以安装,X,、,Y,、,Z,方向梯度磁场的线圈和全身,RF,发射线圈与接受线圈，病人可借助检查床进入其中,主磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁共振系统中最强大的磁场，临床上磁共振成像要求磁场强度在,0.05,3T,范围内,一般将,0.3T,称为低场，,0.3T,1.0T,称为中场，,1.0T,称为高场。磁场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁场强度过高也带来一些不利的因素,梯度磁场系统,梯度磁场系统,产生一定开关形状的梯度电流，经放大后由驱动电路送至梯度线圈产生所需的梯度磁场，以实现,MR,信号的空间编码,梯度磁场系统由梯度线圈、梯度控制器、数模转换器（,DAC),、梯度放大器、梯度冷却系统等部分组成。,反馈,控制部分,预驱动,功率驱动,高压控制,高压开关,线圈,梯度线圈：,MRI,系统中重要的硬件之一。主要性能指标包括梯度场强和切换率,主要作用：,进行,MRI,信号的空间定位编码，生成断层图像,产生,MR,回波（梯度回波）,施加扩散加权梯度场,进行流动补偿,进行流动液体的流速相位编码,射频系统,脉冲线圈有发射线圈和接收线圈之分。,发射线圈,发射射频脉冲（无线电波）激发人体内的质子发生共振，如同电台的发射天线；,发射线圈产生短而强的射频场，以脉冲方式加到人体，使人体组织中的氢核产生,MR,现象。,接收线圈,接收人体内发出的,MR,信号（也是一种无线电波），如同收音机的天线；,接收线圈接收人体反映出来的自由感应衰减信号，放大后进入图像处理系统,计算机系统,计算机系统：,MRI,设备的指令和控制中心，不仅具有数据采集、处理、存储及多幅显示等功能，而且选择观察野、建立,RF,脉冲波形和时序图、打开和关闭梯度磁场、控制,RF,发射和收集,MR,信号及提供,MRI,设备各单元的状态诊断数据。,计 算 机 系 统 功 能 框 图,图像重建,MRI,系统在恒定磁场的基础上，通过施加一定的线性梯度磁场，由,RF,脉冲激发被检部位产生,MR,信号，再经接收电路将,MR,信号变成数字信号。,此数字信号为,MR,原始数据，为获得被检部位高质量的图像，还必须经过一系列的数据处理，如累加平均去噪声、相位校正、傅里叶变换等数据处理方法。这些处理过程由计算机图像重建部分完成。,磁共振专用的图像处理有如计算,T1,值、,T2,值、质子密度等,图像显示,经图像重建后，得到的表示图像各点不同亮度的一组数据，这些数据存于海量存储器或磁盘中。为让人眼能看到图像，普遍采用,ORT,型,TV,显示系统。,此方法是通过将表示图像各像素亮度的数据转化模拟信号，控制显像管电子枪发射的电子束强度获得图像。,经重建后的图像依次送入高分辨率的显示装置，也可存入磁盘和通过多幅照相机制成硬拷贝,其他磁共振成像技术,磁共振血管造影,(Magnetic Resonance Angiography,，,MRA),的研究也取得了重要进展，利用,MRA,可以发现血管的疾病，与三维显示技术相结合能够为诊断提供更多的可视化立体信息。,磁共振波谱分析,(Magnetic Resonance Spectroscopy,，,MRS),亦是,MRI,技术研究的热门课题，借助,MRS,技术，有可能在获得病人解剖结构信息的同时又得到功能信息，将,MRS,与,MRI,进行图像融合,能够获得更多的有价值的诊断信息。,功能性,磁共振图像,功能性磁共振成像（,functional Magnetic Resonance Imaging,，,fMRI,）技术已广泛应用于脑功能的临床和基础研究。,fMRI,结合了功能、解剖和影像三方面的因素，为临床磁共振诊断从单一形态学研究到与功能相结合的系统研究提供了强有力的技术支持。,该技术具有无创伤性、无放射性、可重复性、较高的时间和空间分辨率、可准确定位脑功能区等特点，为脑神经科学提供了广阔的应用前景。,fMRI,的基本原理,fMRI,的基本原理：两种血红蛋白（含,氧血红蛋白,和,去氧血红蛋白）,对磁场有完全不同的影响,去氧血红蛋白可产生横向磁化磁豫缩短效应，因此，当去氧血红蛋白含量增加时，,T2,加权像信号减低。,当神经元活动增强时，脑功能区皮质的血流显著增加，去氧血红蛋白的含量降低，导致,T2,加权像信号增强，即,T2,加权像信号能反映局部神经元活动，这就是所谓血氧水平依赖,BOLD,效应，它是,fMRI,基础,.,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,