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影像物理磁共振成像(MRI)的原理
十二、加权像:通过调节TR、TE 得到突出某个组织特征参数的图像
质子密度N(H)加权像: 长TR:1500~2500ms、短TE:15~25ms。 T1加权像(T1WI):短TR:500ms, 短TE:15~25ms。 T2加权像(T2WI):长TR:1500~2500ms, 长TE:90~120ms。
十四、MR图像用信号强度代表能 量的高低
高信号:白 中等信号:灰 低信号:黑 1、信号强度与T1成反比:同一时间内Fat的MR 强,H2O的MR弱. 2、信号强度与T2成正比:同一时间内H2O的 MR强,Fat的MR弱. 3、分子量: 中等分子信号强、低分子信号弱、 高分子信号弱(黑色素、含铁血黄素)。 4、质子密度:某一定区域内自旋质子的密度。 5、流空效应:
十七、其它脉冲序列
反转恢复序列IR: 快速自旋回波序列:TSE 梯度自旋回波序列:TGSE 快速反转恢复序列:TIR 半付理叶采集单次激发快速自旋回波序列: HASTE 平面回波成像(EPI)
十八、新进展
磁 共 振 波 谱 技 术
磁 共 振 水 成 像 技 术
七、自旋质子弛豫
90ºRF停止时,M垂 直于B0, Mz=0,平行于xy平面, Mxy最大。 180ºRF停止时,M平 行于B0, 但方向相反,横向磁化 矢量Mxy=0, Mz最 大。
小结
①质子带有正电荷,并不停地作旋转运动。 ②旋转着的质子产生磁场犹如一个小磁棒。 ③病人入磁场后,体内的质子(小磁场)以二 种方式排列(顺低能态,逆高能态)。 ④RF激励质子进动,如陀螺在重力下旋转 ⑤进动频率可依Larmor公式计算;外加磁场愈 强,进动频率愈高。 ⑥磁共振现象:指某些特定的原子核置于静磁 场内,并受到一个适当的RF磁场的激励时, 所出现的吸收和放出RF磁场的电磁能的现象。
2、梯度系统
一个绝对均匀的磁场不能提供 任何空间信息。因为所有的质子 都具有相同的共振频率,发射 出不能区分的MR信号。要确定 共振的质子相应空间位置必须 改变磁场的空间结构。 它由梯度放大器及 X、Y、Z三组梯度线圈组成。
3、射频系统
射频线圈: 发射线圈:发送射频脉冲,激发自旋。 原子核自旋系统吸收相同频率的RF磁场 能量而 从平衡态变为激发态的过程称MR。 接收线圈: 小线圈具有较好的信噪比。 射频放大器:调制不同类型的射频并通过发射线 圈发射至兴趣区。 射频接收放大器:将MR信号先放大再进行数字 化及进一步处理。 射频屏蔽:防止外界电磁波对MR影响而产生伪 影; 避免RF对磁体室外接收器产生干扰。
十五、常见组织的MR信号特点
种类 组织特性 信号 骨皮质、空气: 质子密度低 弱 致密结 T1长、T2短 弱 缔组织: 脑积液: T1很长、T2很长. T1低T2高 实质脏器: 质子密度高 中等信号 . T1较长、T2较长 脂肪: T1短、T2长 T1、T2 高信号
十六、序列技术
五、核磁共振现象
微观上:
共振即诱发质子二 种能态间的跃迁, 产生磁共振所需能 量即为质子二种基 本能态之差. RF频率仅在与质子 群的进动频率一致 时,才出现共振.
六、核磁共振现象
宏观上:
受RF激励的质子群发 生共振时,其磁化矢 量M不再与主磁场B0 平行。 RF越强,持续时间越 长,RF停止时,M偏 离B0越远。
二 、 怎 样 磁的 场原 子 核 产 生
三、 自旋质子在磁场中的运动
1、质子的进动:圆锥(陀旋)运动 2、自旋质子须保持一个恒定的频率-拉莫 频率:Larmor 公式: w0(f)=r B0 质子产生信号(被接收与利用) 3、自旋弛豫:从激发态恢复至平衡态的 一个动态自然过程。
附:名词解释
晶格: MRI中原子核周围的 环境称为晶格。
横向弛豫(自旋-自旋弛豫)
横向弛豫时间(T2) 指90ºRF后,原横向 磁化矢量值衰减到 37%的时间
Mxy
脑脊液
37%
脂肪
84
t(ms)
1400
组织中水分子的热运动持 续产生磁场的小波动,周 围磁环境的任何波动可造 成质子共振频率的改变, 使质子振动稍快或稍慢, 使质子群由相位一致变为 互异,即热运动的作用使 质子间的旋进方位和频率 互异,但无能量的散出。 因此T2弛豫也称自旋-自旋 弛豫。
匙 孔 技 术 (
磁 共 振 螺 旋 扫 描 成 像
磁 共 振 电 影 成 像 技 术
磁 影对 影时 共 (比 (间 振 增 飞 强 跃 特 磁 磁 殊 共 共 成 )振 振 像 血 )血 管 管 ) 技 术 造 造
脑 功 能 成 像 ( CE-MRA TOF-MRA
相 影幅 磁 位 (度 共 对 对 振 比 比 血 )磁 流 管 共 体 造 振 成 影 血 像 管 技 造 术 MCA
八、产生MR的三个条件
外加磁场:
质子:自旋特
性的原子核 (质、中子之 一)为奇数。 RF:频率须与 质子进动频率 相同。
九、核磁弛豫
RF符合Larmor频率,被激励的质子群发生共振, 宏观磁化矢量M离开平衡状态。但RF停止后, M又自发地回复到平衡状态,这个过程称为 “核磁弛豫” 90ºRF停止后,M围绕B0轴旋转,M末端沿着 上升螺旋逐渐靠向B0 。RF结束的一瞬间,Mxy 达最大值,Mz= 0。恢复到平衡时, Mz达最大 值, Mxy = 0 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。弛豫过程可用两个时 间值描述,即 纵向弛豫时间(T1)和横向弛豫时间(T2)
纵向弛豫(自旋晶格弛豫)
纵向弛豫时间(T1):指90ºRF后,达到原纵向磁化矢量 63%的时间.
质子从RF波吸收能量,处于高能态(即被激励) 的质子数目增加。 T1弛豫是质子群释放已吸收的 能量以恢复原来高、低能态平衡的过程. 在恢复过程中,质子处于一个磁波动环境中,受 到分子的Brown氏运动的影响. MR成像:磁波动的频率与RF一致时,激发高能 态的质子,使其能量扩散到周围环境(晶格), 两种高能态的质子恢复到平衡状态.
自旋回波SE脉冲序列: 由于磁场的不均匀性,自旋磁矩的旋进频率各 不相同,激发态自旋的相位相干性逐渐丧失, 称去相位.这种相位效应使横向磁化迅速衰 减. SE: 90º —Ti—180º —T` 去相位: 90º RF后使同步的质子群异步,相位 由一致变为分散(摺叠扇逐渐张开) 相位回归: 180º RF后质子群离散的相位又相互 趋向一致(摺叠扇合起、列队操练)
4、计算机系统:图像的重建与显示 5、检查床与操作控制台
自旋是自然界普遍存在 的现象,但16O 、12C 不 能用于MRI(磁矢量为 零);自然界2/3的同位 素具有奇数质子或中子 1H、13 C、19 F、23 Na、 31 P有净核自旋称自旋磁 体。
子自 必旋 须特 一性 个的 是原 奇子 数核 , 且 质 子 与 中
一 与 测 致 强 十 定 的 大 、 , 质 的 需 子 主 改 信 场 磁 变 号 强 场 方 : 不 方 向 能向 MR
十一、核磁共振信号
在弛豫过程中,横向磁化矢 磁共振信号的测量只 量Mxy的变化使环绕在人体 能在垂直于主磁场的 周围的接收线圈产生感应电 xy平面进行.由于磁化 动势,这个可以放大的感应 矢量本身就是一个磁场, 电流即MR信号 所以它在xy平面的旋 自由感应衰减: 90ºRF后 进正如一个xy平面内 MR信号以指数曲线形式衰 的旋转磁体,可以在 减 接收线圈内产生感应 RF与生物组织原子核的共 电压,这个随时间波 振信号不同时,但同频率可 动的电压即为MR信 用一个线圈兼作发射和接收 号。
平衡态:质子在温度 与磁场强度不变的情 况下充分磁化后,磁 化矢量保持衡定,这 种稳定状态为平衡态。 激发态:质子吸收能 量(RF)后的不稳定状 态为激发态。
四、病人(质子)进入外加磁场时 会发生什么情况
1、质子在正常情况下是 随意排列的 (杂乱无章),宏观磁化 矢量和为零. “自由态” 2、质子进入外加磁场时 会发生二种情况:顺、 逆外加磁场的方向。(磁
化)
3、顺磁场方向的低能态,逆磁场方 向的高能态(磁化)稳定状态
四、病人(质子)进入外加磁场时 会发生什么情况
微观上讲: 共振即诱发两种质子 能态间的越迁,产生 磁共振所需能量即为 质子两种基本能态之 差. 能量来源于射频脉冲.
4、质子进动(圆 锥运动) Larmor公式: w0(f)=r B0 5、自旋质子弛豫
Key-hole)
FMRI
PCA
十三、各种正常和病变组织的T1、 T2值均不同
正常和病变组织的氢原子的T1、 T2受周围化学环 境或磁环境的影响,周围化学环境改变氢原子核 的行为,进而改变组织所发出的RF波。换言之, 氢原子的T1、 T2可反映其周围的化学环境或磁环 境 在MR成像中,质子密度是一种成像参数,但不如 另外二种成像参数T1、 T2重要。因为T1、 T2(氢原 子核的行为)提供了更为重要周围“磁气候”的 信息。 H H . 如:乙醇 H-C-C- H OH
磁共振成像(MRI)的原理
磁共振现象:某些特定的原子核在外界静磁场中受
一个适当的射频脉冲激励后 吸收或释放电磁能的现象
一、磁共振成像机的基本结构
磁体 梯度系统 射频系统 计算机系统 检查床与操作控制台
1、磁体
永久<0.3T 阻抗 超导:0.35~2T 场强:超低场:002~009;低场:01~03 中场:03~10; 高场:10~2T 磁场强度:磁力在空间某处的强度。 1Tesla=10 000gause,约地球磁场强度的20 000 多倍。 均匀性:成像磁场空间一定范围的磁场强度的 标准差与主磁场强度的比。以ppm为单位(百 万分之一)。 稳定性:磁场强度在单位时间内的相对变化率。