医学成像原理第6章MRI
• (二)纵向驰豫
• 射频脉冲停止以后,纵向 磁化矢量M0由最小恢复到 原来大小的过程称纵向驰 豫。在驰豫过程中总的净 磁化矢量也程螺旋形运动 ,与射频激发后的运动正 好相反。
• 1.纵向驰豫机制 • 纵向驰豫过程中,吸收了射频脉冲能量跃迁到高能级的自旋质子把能
量释放到周围的晶格中,回到它们的稳定状态。因而,纵向驰豫也称
• 章动导致M0向XY 平面翻转,与Z轴形成一定的角度(θ):
• 式中: ω1为射频脉冲进动频率 ( ),t 为RF 脉冲的 作用时间。我们可以通过控制RF 脉冲 的强度和作用时间,确定 M0的翻转角度。
• (1)90°翻转:当RF 脉冲的能量一定时: • 因为 ,所以:
• 根据式上式如果保持射频脉冲的作用时间为tπ/2,MZ 就会被翻转90°
。产生90° 翻转的脉冲称为90°RF 脉冲。 • (2)180°翻转:用上式可以计算出M0产生180°翻转所需要的脉冲 持续时间: • 为了实现M0的180°翻转,可以使用一个相同强度射频脉冲但具有 90°射频脉冲两倍的作用时间;或者具有90°射频脉冲两倍的强度但 作用时间相同的脉冲。 • (3)部分翻转:M0的翻转角度小于90°,可以通过降低射频脉冲的 强度或持续时间来实现。M0的三种翻转形式在MRI 中都有具体的应用 ,它决定MR 成像序列,影响图像显示病变的敏感性及图像的质量。
数,符合: • 式中:MZ(t)为t 时刻的纵向磁化矢量值,M0 为平衡态时的净磁化
矢量值,t 为驰豫时间,T1 为纵向驰豫时间常数。
• T1=纵向磁化矢量MZ从最小恢复到平衡态磁化矢量M0的63%的时间
• 不同组织的T1值是不同的。B0强度不同,同一组织的T1值也是不同的
(表6-1)。B0越大,组织的T1值越大。
• 通过对静磁场(B0)中的人体施加某种特定频率的
射频脉冲(radio frequency RF)电磁波,使人体组织 中的氢质子(1H)受到激励而发生磁共振现象, 当RF 脉冲中止后,1H 在弛豫过程中发射出信号 ,被接收线圈接收,利用梯度磁场进行空间定位 ,最后进行图像重建而成像的。
第一节 概述
场可以被开启和关闭。
• (2)超导型磁体:根据用超导材料性能设计一个强大磁场,使用液 氮或液氦作为制冷剂。磁场可以被开启和关闭。
• (3)永磁型磁体:磁体由铁磁性物质组成,磁场持续存在,不能被
关闭。 • 2.根据磁体的场强分类 根据磁体的场强分为:①超高场(4.0~7.0T
);②高场(1.5~3.0T);③中场(0.5~1.4T);④低场(0.2~0.4T
二、自旋质子弛豫
• (一)驰豫的概念 • 驰豫(relaxation):是指自旋质 子的能级由激发态恢复到它们稳
定态(平衡态)的过程。
• 驰豫过程包含着同步发生但彼此 独立的两个过程:①纵向驰豫(
longitudinal relaxation);②横
向驰豫(transverse relaxation)
为自旋-晶格驰豫。纵向驰豫过程中M0 恢复的程度是随时间的变化而 逐步增长,用T1 来表示M0 恢复速率特征的时间常数(M0 恢复到某
一程度时所需要的时间)。因此,纵向驰豫又称为T1驰豫。
• 2.纵向驰豫时间 • 90°射频脉冲之后,净磁化矢量M0被翻转到XY 平面,随后以T1速率
特征进行恢复,呈指数曲线增长形式。T1驰豫过程中MZ是时间的函
);⑤超低场(﹤0.2T)。 • 超高场主要用于研究,高、中场常见于超导型扫描仪,低场见于常导 型和永磁型扫描仪。
三、射频脉冲
• 射频脉冲(RF)是一种交变电磁波(其磁场用B1 表示)。当静磁场 (B0)的场强为0.2T~3.0T时,根据拉莫方程,处于B0中自旋质子的 进动频率为8.5~127MHz,它属于电磁波谱内无线电波的频率范围; 又因为它在MRI 中仅做短暂的发射,因此称为射频脉冲。 • (一)射频脉冲的作用 • 1.翻转纵向磁化矢量
三、自由感应衰减信号
• 使用一个90°RF 脉冲来激发自旋质子,使M0 翻转到XY 平面。90°RF 脉冲关闭后,自旋质子在XY 平面内进动,并且处于相同的相位;MXY 开始随时间衰减;自旋在接收线圈内感应产生一个电流。当t=0 时, 信号有最大值;t=1 时,信号为零;t=2 时,信号有反向最大值; t=3 时,信号为零。因此,产生震荡磁场,其在接收线圈内产生震荡 的感应电流(磁共振信号)。信号的强度取决于MXY:
所有的原子核均可发生磁共振现象
,只有具有磁矩的原子核才能在一 定的条件下发生磁共振现象。
• 氢质子具有两个能态:低能态和高
能态。这意味着一些氢质子绕自身 轴进行自旋,产生一个磁场。另外
一些氢质子以相反的方向自旋,并
产生相反方向的磁场。
• 如果原子核内有偶数个质子,则这些配对质子的磁场将会抵消,总磁
• MRI 的诸多特点使其成为继X 线成影、计算机体层成影、超声检查之后在医学诊 断和研究中不可或缺的医学影像检查技术。然而MRI 也有其局限性: • 1.空间分辨力低 与X 线摄影、CT 等成像技术相比,MR 图像的空间分辨力较低 。 • • • 2.成像速度慢 不利于为危重病人及不合作病人的检查。 3.禁忌证多 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。 4.不能进行定量分析 因MRI 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。 • • 5.多种伪影因素 导致MR 图像产生的伪影因素较其它的成像技术多。 6.MRI 设备价格相对昂贵。
相互抵消,净磁场强度为零。
• 如果把人体放入一个强大的静磁场(B0)中将会出现:①质子将沿着
静磁场的方向排列,产生净磁化矢量;②质子在自旋的同时,以静磁 场的磁力线为轴进行〝进动〞(或称〝旋进〞)。 • 1.净磁化矢量的形成
• 2.质子在静磁场中的进动
• 无静磁场(B0)时,质子绕自身 的轴旋转,产生一个自身的小磁 场。当我们把自旋质子放入B0内 时,质子开始〝摇摆〞,不仅绕 自身的轴进行自旋,同时也绕B0 的轴进行旋转,这样的运动状态 称之为〝进动〞。质子绕B0轴的 进动频率可以通过拉莫方程计算 :
• 接收到的信号如下图所示。呈指数曲线形式衰减的震荡信号称为自由
• 质子在B0的进动,使质子的旋
转轴与B0轴存在着进动角,因
而质子的磁化矢量在垂直于B0 的方向XY平面上有一个磁化分
量。但质子的运动是随机的,其
在XY 平面上的投影相互抵消而 没有横向磁场分量存在。
• (二)静磁场的类型
• 1.根据磁体的设计分类 • (1)常导型磁体:根据线圈内的环形电流产生磁场的原理设计,磁
场为零;当原子核内有奇数个质子时,则都会产生一个净磁场,使原 子核具有磁矩。实际上,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。
二、静磁场
• (一)静磁场的作用 • 人体中有很多的氢质子,质子都有自身的一个小磁场,并且绕自己的 轴进行旋转,具有磁矩。一般状态下质子的自旋是随机分布的,磁矩
• 离相位(out of phase):多个矢量在空间的方向不一致;
• 聚相位(re-phase):由不同相位达到同相位的过程; • 失相位(de-phase):由同相位变成不同相位的过程。
• 2.磁场中自旋之间的相位
• 在静磁场(B0)中〝进动〞的自旋质子的磁矩与B0存在着进动角,因 此自旋磁矩可分解为Z 轴与XY 平面的两个矢量。在任意时刻,自旋质 子的磁矩在Z 轴的矢量将始终指向同一方向(即同相位),因而叠加 形成宏观纵向磁化矢量M0。XY 平面内的矢量则随机分布处于不同的 方向(即离相位),因而磁化矢量在XY 平面内相互抵消,不能形成 宏观磁化矢量。在射频脉冲的作用下,M0被翻转到XY 平面的同时, 绕Z 轴进动的自旋磁矩的相位趋于一致(即聚相位),磁化矢量的叠 加形成宏观横向磁化矢量MXY。
Hale Waihona Puke • 3.T2*驰豫• T2*称为准T2或有效驰豫时间。T2是在 绝对均匀的静磁场(B0)中的驰豫, T2衰减主要取决于自旋-自旋相互作用 。但是任何磁体产生的磁场都不可能 是绝对均匀的,因此横向驰豫受到不 均匀的B0和自旋-自旋相互作用的双重 影响,我们把在不均匀的B0中的横向 驰豫称为T2* 驰豫。T2*是不固定的, 随B0的均匀性而改变。T2*衰减速度总 是快于T2衰减速度。
• 以上讨论了使用90oRF 脉冲时的T1驰豫过程。如果在90o脉冲之前再
施加一个180oRF 脉冲,这将使纵向磁化矢量M0被翻转180o至B0的负 方向,然后按照组织的T1速率进行恢复。
• (三)横向驰豫
• 1.横向驰豫机制 • MXY 的形成是由于射频脉冲激发后,自旋质子处于激发态并在XY 平面 继续绕Z 轴进动,其相位趋于一致而叠加形成宏观磁化矢量。在磁场 中,每个自旋都受到静磁场B0 和临近自旋磁矩产生的局部磁场的影响 。 • (三)横向驰豫 • 1.横向驰豫机制 MXY 的形成是由于射频脉冲激发后,自旋质子处于激
• (二)射频脉冲的特征参量
• 1.频率 • 使进动频率与RF 脉冲频率相同的 质子发生磁共振。 • 2.带宽
• 频率的范围,决定扫描时的层面
厚度及预饱和。 • 3.强度和作用时间
• 决定Mz 的翻转角度。
第三节 磁共振图像的信号
一、相位的概念
• 1.相位 • 平面内旋转的矢量与某一参照轴的夹角称为相位。 • 同相位(in-phase):多个矢量在空间的方向一致;
第二节 发生磁共振现象的基本条件
• 一、原子核的自旋与磁矩 • (一)原子核的自旋和电磁场 • 〝自旋〞(spin):原子核及质
子围绕着自身的轴进行旋转。
• 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。
• (二)原子核的磁矩 • 磁矩是矢量,有大小和方向。并非