磁共振成像总论课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,2020-5-28,谢谢阅读,磁共振成像总论,1,谢谢阅读,2020-5-28,磁共振成像是利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经图像重建的一种成像技术,（核）磁共振是一种核物理现象，（,nuclear magnetic resonance,NMR,）现象，是由美国斯坦福大学,Bloch,和哈佛大学,Purcell,在,1946,年分别在两地同时发现的，因此两人获得了,1952,年诺贝尔物理学奖,20,世纪,50,年代，,NMR,已成为研究物质分子结构的一项重要的化学分析技术,20,世纪,60,年代，人们开始用它进行生物组织化学分析，检测动物体内氢、磷和氮等的,NMR,信号,2,谢谢阅读,2020-5-28,20,世纪,70,年代，,NMR,技术才与医学诊断联系起来,1976,年,Hinshaw,首先实现了人体手部成像，并于,1980,年推出世界上首台,NMR,成像商品机。,1980,年初,NMR,成像用于临床以来，为了与放射性核素检查相区别，改称为磁共振成像（,magnetic resonance imaging,MRI,）,3,谢谢阅读,2020-5-28,磁共振成像的基本原理与设备,目前,MRI,多用氢核或质子来成像，人体内含有大量的氢核，成像效果好。每个质子均是一个小磁体，杂乱无章地排列，当加上外加磁场后呈有序排列，平行于外加磁场方向的质子处于低能状态，反平行于外加磁场的质子呈高能态（如图）,一、,MR,成像的基本原理,4,谢谢阅读,2020-5-28,N,S,质子进入外磁场后的排列状态,图,1,图,2,进入外磁场前（图,1,）质子排列杂乱无章，外加外磁场后质子呈有序排列（图,2,），低能态的质子比高能态的略多,5,谢谢阅读,2020-5-28,有序排列的质子呈快速锥形旋转运动，称为进动（,Precession,）,N,S,Z,X,Y,Z,轴代表外磁场磁力线方向，,XY,轴为与,Z,轴垂直的平面。质子除自旋运动外，还作快速锥形的旋转运动，即进动,6,谢谢阅读,2020-5-28,Z,X,Y,Z,X,Y,（一）纵向磁化,与外磁场平行的,7,个质子和与外磁场反向平行的,4,个质子的磁力互相抵消（,A,），只剩,3,个未抵消的质子，它们的磁力叠加起来，形成的磁矢量为纵向磁化（,B,）,A,B,7,谢谢阅读,2020-5-28,射频脉冲：,向患者发射短促的无线电波，称为射频脉冲,radiofrequency(RF),共 振：,当,RF,脉冲与质子进动频率相同时，就可把能量传给质子，使其由低能态变为高能态，即为共振。质子进动频率由,Larmor,方程算出,0,=B,0,其中,0,为进动频率（单位,Hz,）；,为旋磁比；,B,0,为外磁场强度，场强单位为特斯拉（,Tesla,T,）,8,谢谢阅读,2020-5-28,Z,X,Y,Z,X,Y,（二）纵向磁化减少及横向磁化,发射与质子进动频率相同的,RF,脉冲，产生两种效应：一些指向上的质子吸收能量跃迁至高能级而指向下。向上与向下的质子磁力相互抵消，使纵向磁化减小；同时导致质子同步、同速运动，即同相位，其磁力叠加起来而出现横向的磁矢量，即横向磁化,RF,脉冲,9,谢谢阅读,2020-5-28,（三）弛豫和弛豫时间,弛 豫,：,中止,RF,射频后，由,RF,所引起的变化恢复到原来的平衡状态。分为纵向弛豫（自旋晶格弛豫）和横向弛豫（自旋自旋弛豫），分别为纵向磁化恢复和横向磁化消失的过程,纵向弛豫时间,：,纵向磁化由,0,恢复到原来数值的,63,所需的时间，为纵向弛豫时间（,longitudinal relaxation time,），简称,T,1,横向弛豫时间,：,横向磁化由最大减小到最大值的,37,所需的时间，为横向弛豫时间（,transverse relaxation time,），简称,T,2,10,谢谢阅读,2020-5-28,T,1,、,T,2,是时间常数，不是绝对值。,T,1,长于,T,2,生物组织的弛豫时间，,T,1,为,300ms,2000ms,，,T,2,为,30ms,150ms,水的,T,1,、,T,2,都长，而脂肪的,T,1,、,T,2,均短。病变组织如肿瘤常比周围组织含水量高，故,T,1,、,T,2,常较长,T,1,的长短同组织成分、结构和磁环境有关，与外磁场强度也有关。,T,2,的长短同外磁场和组织内磁场的均匀性有关,11,谢谢阅读,2020-5-28,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,纵向弛豫,中断,RF,脉冲，质子逐一从高能状态返回到低能状态，纵向磁化逐渐增大，直至恢复到原来的状态。此过程称为纵向弛豫,12,谢谢阅读,2020-5-28,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,横向弛豫,中断,RF,脉冲，质子不再被强制于同步状态（同相位），由于质子有各自的不同频率，指向同一方向的质子散开（去相位），导致横向磁化减小。此过程为横向弛豫。从,A,到,B,到,C,可见同相位的质子呈扇形逐渐散开,A,B,C,13,谢谢阅读,2020-5-28,Z,X,Y,Z,X,Y,RF,脉冲,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,纵向弛豫与横向弛豫,14,谢谢阅读,2020-5-28,（四）弛豫时间与,MR,成像,人体不同器官的正常组织与病理组织的,T,1,是相对恒定的，并有一定的差别，,T,2,也是如此。这种组织上弛豫时间上的差别是,MR,成像的基础,人体正常与病变组织的,T,1,值（,ms,）,肝脏,140,170,肝癌,300,450,肝血管瘤,340,370,胰腺,182,200,胰腺癌,275,400,肾脏,300,340,肾癌,400,450,15,谢谢阅读,2020-5-28,正常颅脑的,T,1,与,T,2,值（,ms,）,组织,T,1,T,2,组织,T,1,T,2,大脑,600,100,脑脊液,1155,145,胼胝体,380,80,头皮,235,60,脑桥,445,75,脊髓,320,80,小脑,585,90,MRI,为多参数成像，成像参数包括组织,T,1,、,T,2,值和自旋质子密度（,Proton density,Pd,）等,16,谢谢阅读,2020-5-28,（五）脉冲序列与加权图像,施加,RF,脉冲后，纵向磁化减小、消失，横向磁化出现。使纵向磁化倾斜,90,0,的脉冲为,90,0,脉冲，而倾斜,180,0,的脉冲则为,180,0,脉冲,Z,X,Y,RF,脉冲,90,0,脉冲,施加,RF,脉冲，纵向磁化消失，横向磁化出现，磁矢量倾斜了,90,0,，这个脉冲为,90,0,脉冲,Z,X,Y,A,B,17,谢谢阅读,2020-5-28,脉冲序列,：,施加,90,0,脉冲，等待一定时间，再施加第二个,90,0,脉冲或,180,0,脉冲，这种连续施加的脉冲称为脉冲序列,重复时间,：,两个激励脉冲间的间隔时间为重复时间（,repetition time,TR,）,回波时间,：,90,0,脉冲与产生回波之间的时间为回波时间（,echo time,TE,）,加权图像,：,主要由组织的某种成像参数的差别所形成的图像称为某种参数的加权图像。如由,T,1,差别形成的图像称为,T,1,加权图像（,T,1,weighted image,T,1,WI,），同理则有,T,2,加权图像（,T,2,WI,）、质子密度加权图像（,PdWI,）,T,1,WI,PdWI,T,2,WI,TR,短,长,长,TE,短,短,长,18,谢谢阅读,2020-5-28,TR,TE,2,TE,2,TE,MR,图像,（六,),自旋回波脉冲序列,90,0,90,0,180,0,180,0,90,0,脉冲等待,TE/2,180,0,脉冲等待,TE/2,记录信号，称为自旋回波序列,spin echo(SE)pulse sequence,SE,19,谢谢阅读,2020-5-28,二、,MRI,设备,根据主磁体的结构,分为永久磁体、阻抗磁体和超导磁体三种,MR,信号产生、探测与编码,主磁体、梯度线圈、射频发射器及,MR,信号接收器,数据处理、图像重建、显示与存储,模拟转换器、计算机、磁盘、存储设备,20,谢谢阅读,2020-5-28,数,据,处,理,电,源,操作与显示,扫描孔,主线圈,射频线圈,梯度线圈,MRI,设备示意图,21,谢谢阅读,2020-5-28,MR,图像特点,一、多参数成像：,MR,图像反映的是组织间的,T,1,、,T,2,和质子密度的差别,脑白质,脑灰质,脑脊液,脂肪,骨皮质,骨髓,脑膜,T,1,WI,白灰,灰,黑,白,黑,白,黑,T,2,WI,灰,白灰,白,白灰,黑,灰,黑,人体正常组织在,T,1,WI,、,T,2,WI,上的灰度,高信号,(,短,T,1,、长,T,2,),白影,(,亮,),蛋白,亚急性出血,(,正铁血红蛋白,),低信号,(,长,T,1,、短,T,2,),黑影,(,暗,),骨钙铁,含铁血黄素,急性出血,流空血管,MRI,表现为高信号和低信号的组织,22,谢谢阅读,2020-5-28,病理组织的信号强度,组织,T,1,WI,T,2,WI,组织,T,1,WI,T,2,WI,水肿,低,高,钙化,低,低,含水囊肿,低,高,脂肪,高,中、高,瘤节,低,高,胆固醇,中、高,高,亚急性血肿,高,高,三酸甘油酯,高,低,二、多方位成像,23,谢谢阅读,2020-5-28,血流,90,0,脉冲,180,0,脉冲,激励层面（,90,0,180,0,）,垂直于激励层面的快速流动的血液团不能在,SE,序列时接受,90,0,、,180,0,两个脉冲激励产生回波，因此，流动的血液无信号（流空效应）,三、流空效应,24,谢谢阅读,2020-5-28,四、质子弛豫增强效应与对比增强,弛豫增强效应,：一些顺磁性和超顺磁性物质使局部产生磁场，而缩短周围质子弛豫时间的现象。利用这一效应可进行,MR,增强扫描,25,谢谢阅读,2020-5-28,五、,MR,成像的优点,高的软组织对比分辨力,无骨伪影干扰,多参数成像,任意方位成像,流空效应,增强扫描效果好，副作用少,MRI,对钙化、骨化的显示不够敏感，并有某些伪影,26,谢谢阅读,2020-5-28,MRI,检查技术,一、脉冲序列,（一）,SE,序列、快速,SE,序列,T,1,WI,PdWI,T,2,WI,TR,短,(,500ms),长,(,2000ms),长,(,2000ms),TE,短,(,25ms),短,(,25ms),长,(75ms),27,谢谢阅读,2020-5-28,（二）梯度回波序列,梯度回波序列（,gradient echo sequence,GRE,）是常用的快速成像序列。空间分辨力和信噪比均较高，可获得准,T,1,WI,、准,T,2,WI,及准,PdWI,，主要用于腹部、心血管、与流动液体相关成像及骨关节成像,（三）回波平面成像,回波平面成像（,echo planar imaging,EPI,）是新开发的快速成像技术，获得一个层面可短至,20ms,，主要用于功能成像,28,谢谢阅读,2020-5-28,二、脂肪抑制,抑制由脂肪引起的高信号，以区别其它原因如出血、黑色素颗粒及对比增强所致的高信号,三、,MRI,对比增强,静脉注射使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作为对比剂，行,MRI,对比增强。常用的对比剂为钆,-,二乙三胺五醋酸（,Gadonilium-DTPA,Gd-DTPA,）,四、,MR,血管造影（,MRA,）,平扫,：,时间飞跃（,time of flight,TOF,）法和相位对比（,phase contrast,PC,）法,增强,MRA,29,谢谢阅读,2020-5-28,五、水成像,水成像（,hydrography,）又称液体成像（,liquid imaging,）是采用长,TE,技术，获得重,T,2,WI,，突出水的信号，并用脂肪抑制技术，使含水器官清晰显影。具体有：,MR,胰胆管造影（,MR cholangiopancreatogr