磁共振成像主题医学知识培训课件.ppt

1、磁共振成像主题医学知识低场低场:小于小于0.5T中场：中场：0.5T1.0T高场高场:1.0T2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）超高场强：大于超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）磁共振成像主题医学知识2开放式磁共振机开放式磁共振机磁共振成像主题医学知识3线线 圈圈磁共振成像主题医学知识4概述 1930年美国哥伦比亚大学的I.Rabi发现，处于磁场中的原子核受到电磁波的作用后，自旋方向会发生反转。1946年美国斯坦福大学的F.Bloch和哈佛大学的E.Purcell发现原子核的磁共振跃迁现象。1952年获诺贝尔物理学奖。英国诺丁汉大学P.Mansfield发展了在稳定磁场中使

2、用附加梯度磁场的理论。1973年美国纽约州立大学P.Lauterber利用磁共振原理，获得一幅二维磁共振图像。为此2003年两人获得诺贝尔生理和医学奖。1978年获得第一幅人体头部磁共振图像，随后获得胸部、腹部的磁共振图像。1980年，磁共振成像开始应用于临床。磁共振成像主题医学知识5 MRI（magnetic resonance imaging）：是利用射频（radio frequency，RF）电磁波（脉冲序列）对置于静磁场B0中的含有自旋不为零的原子核（1H）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

3、建，形成磁共振图像的方法和技术。磁共振成像主题医学知识6MRI的特点 1具有较高的组织对比度和组织分辨力：对脑和软组织分辨率极佳，能清楚地显示软组织、软骨结构，解剖结构和病变形态显示清楚、逼真；2多方位成像：能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像，且不必变动病人体位；3 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；磁共振成像主题医学知识7 4能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。5多种特殊成像：如各种血管影像、水成像

4、、脂肪抑制成像。血管影像可以显示颅内的大多数血管，可无创性地作出血管性疾病的诊断。6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；7 流动测量：可以对脑脊液和血液的流动作定量分析，可以提供一组有关流动的非形态学信息。磁共振成像主题医学知识8正常颅脑正常颅脑磁共振成像主题医学知识9主 要 用 途 1用于各种疾病的检查：特别适合于中枢神经系统、头颈部、肌肉关节系统以及心脏大血管系统的检查，也适于纵隔、腹腔、盆腔实质器官及乳腺的检查。颅颈交界区、颅底、后颅窝及椎管内病变最佳检查方式。对脑瘤、脑血管病、感染疾病、脑变性疾病和脑白质病、颅脑先天发育异常等均具有极高的敏感性，发现病变优于C

5、T；磁共振成像主题医学知识10 2可以评价血液和脑脊液的流动：MRA（magnetic resonance angiography）技术显示头颈部血管狭窄、闭塞、畸形以及颅内动脉。3可进行弥散成像、灌注成像以及脑皮层活动功能成像。4可进行MR波谱成像，分析组织的化学结构。磁共振成像主题医学知识11不 足 1.空间分辨力较低，尤其是与CT等成像手段相比。2.对带有心脏起搏器或体内带有铁磁性物质的病人不能进行检查；危重症病人不能进行检查；3.对钙化的显示远不如CT，难以对病理性钙化为特征的病变作诊断；4.常规扫描信号采集时间较长，使胸、腹检查受到限制；5.对质子密度低的结构，如肺、皮质骨显示不佳；

6、6 设备昂贵。磁共振成像主题医学知识12发生发生磁共振现象的基本条件磁共振现象的基本条件 13产生核磁共振现象的基本条件 核磁共振信号产生三个基本条件：1能够产生共振跃迁的原子核；2恒定的静磁场（外磁场、主磁场）；3产生一定频率电磁波的交变磁场（射频磁场RF）。“核”：共振跃迁的原子核 “磁”：主磁场B0和射频磁场RF “共振”：当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振跃迁。磁共振成像主题医学知识14一、原子核的自旋与磁矩 原子核是由质子和中子构成 电子、质子、中子有自旋特性 自旋(spin)原子核具有磁矩的原因。1自旋：原子核及质子围绕自身轴进行旋转。由于质子

7、带正电荷，原子核旋转同时产生电流，这种旋转与圆线圈中的电流类似，会产生磁场；磁共振成像主题医学知识15磁场带电原子核的自旋带电原子核的自旋产生磁场 磁场的方向由环形电流的法拉第右手螺旋法则确定磁共振成像主题医学知识16磁共振成像主题医学知识172、原子核的磁矩 磁矩是一个矢量，有方向和大小。并非所有的原子核均发生磁共振现象，只有具备磁矩的原子核才能在一定条件下发生磁共振现象。每个原子核都具有特定的能级，它与自旋量子数S的特性有关。氢原子核具有两个能态，两个能态方向相反。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。磁共振成像主题医学知识18磁场方向磁场方向自旋方向质子的自

8、旋方向决定磁场方向配对质子自旋产生的磁场净磁场为零奇数质子产生净磁场磁共振成像主题医学知识19二、静磁场（一）静磁场中的作用 自然状态下质子的排列处于无序状态，其磁矩的轴也是以随机方式排列，彼此之间的磁场互相抵消，物质不显示磁性。无静磁场时质子随机运动不产生净磁场磁共振成像主题医学知识20人体如果置于一个强大的静磁场（B0）会出现：质子沿B0的方向排列，产生净磁化矢量 质子在自旋的同时，以B0的磁力线为轴进行“进动”或称“自旋”。B0B0磁共振成像主题医学知识21 把物质置入一强大的外磁场B0内时，质子的自身磁场被强大的B0规范，质子的南、北极向将被迫沿B0方向排列。一部分低能态质子的磁矩与B

9、0方向一致，另一部分高能态质子的与B0方向相反，而且与B0同向排列的质子数略多于反向质子数。物质在B0作用下，在磁场方向上产生磁性的过程称磁化，其大小称为磁化强度。磁共振成像主题医学知识22磁共振成像主题医学知识23B0NSM0净磁化矢量1234567tB0作用下形成净磁场净磁化矢量随时间变化的曲线以指数曲线的形式进行增长磁共振成像主题医学知识24质子在静磁场中的进动 自旋核有一定的自旋角动量P和磁矩，在B0作用下，将如旋转陀螺在地球引力场中旋进一样运动，称自旋核的进动。磁共振成像主题医学知识25 取Z轴沿着B0方向，设与B0间的夹角为，的各坐标分量如图所示。Z为常数，说明在Z轴上的投影是不变

10、的。磁共振成像主题医学知识26 质子的进动过程，Z轴代表B0磁力线方向，箭头代表某一方向的自旋质子的矢量即质子的，其长短代表的大小。质子进动的频率非常快，每秒进动的次数称“进动频率”（precession frequency）。进动频率不是一个常数，是与所在B0的场强相关，即B0越强进动频率越快，用拉莫方程表示：1.0Tesla场强中1H的进动频率为42.5MHz。00B磁共振成像主题医学知识27磁共振成像主题医学知识28 所有置于B0内的质子，绝大多数沿与B0平行方向或反平行方向排列，其磁力互相抵消，仅处于低能级的数目略多于处于高能级的那一小部份质子，其磁力没有抵消而得以保持。这些质子排列方

11、向相同，其矢量叠加，形成一个相应的净宏观磁化矢量M0，该磁化矢量与B0方向（Z轴）相同，称“纵向磁化矢量”MZ（longitudinal magnetization）。MZ可被用于磁共振成像。磁共振成像主题医学知识29磁共振成像主题医学知识30磁共振成像主题医学知识31静磁场的类型外加静磁场B0是由一个庞大的磁体产生的，磁场强度以tesla（T）表示。根据磁体的设计分类：超导型 永磁型 常导型根据磁体的场强分类：超高场（4.0-7.0T）高场（1.5-3.0T）中场（0.5-1.4T）低场（0.2-0.4T）超低场（0.2T）磁共振成像主题医学知识32超导型磁体超导型磁体 由导线缠绕成圆桶状线

12、圈，通电后产生磁场，磁场磁力线方向与磁体圆桶的轴平行，与检查病人的长轴平行。磁体的导线是由超导材料制成的，没有电阻，不消耗电能。为了保持其超导状态，导线必须浸泡在液氦中（温度为4.2K，即269）。优点：磁场场强较高，达0.357.0T，临床一般使用0.5T3.0T；磁场的均匀度好，稳定性强。缺点：不断地消耗液氦等冷却剂，日常维护价格较高。磁共振成像主题医学知识33永磁型磁体永磁型磁体 由铁磁性物质组成，制造时通过励磁诱发出较强的磁场，磁场磁力线方向与磁体孔垂直，与检查病人的长轴垂直。优点：造价及维护费用低，不消耗电能，不需要补充冷却剂；磁力线垂直，可使用螺线管射频线圈，有利于提高图像的信噪比

13、；容易制成开放式磁体，减少了病人幽闭恐惧症的发生，并且有利于关节动态检查和MR导引下的介入治疗。缺点：磁场场强较低，临床使用的多为0.20.35T；磁场的均匀度较差，稳定性低。磁共振成像主题医学知识34常导型磁体常导型磁体 与超导型一样也是由导线缠绕成圆桶状线圈，通电后产生磁场，磁场磁力线方向与磁体圆桶轴平行，与检查病人的长轴平行，也有与之垂直者。磁体的导线不是由超导材料制成的，有明显的电阻，消耗电能。优点：造价较低，不需要补充冷却剂；可随时切断电源，关闭磁场。缺点：需要消耗大量的电能，而且产热量大；磁场只能达到中、低场强，临床使用的多为0.20.5T，磁场的均匀度较低。磁共振成像主题医学知识

14、35三、射频脉冲 RF脉冲是一种电磁波，MRI中仅作短促的发射。MRI中的射频脉冲必须具备条件：射频脉冲的频率与质子的旋进频率相同。已知B0及1H的值，可根据拉莫尔方程计算出使B0中的1H产生共振所需要的RF脉冲频率。磁共振成像主题医学知识36RF脉冲作用 翻转纵向磁化矢量 90翻转 180翻转 部分翻转 形成横向磁化矢量磁共振成像主题医学知识37RF脉冲作用 向B0内的1H施加有拉莫尔频率的RF脉冲，发生MR后产生两个作用：（1）低能级质子吸收RF脉冲能量后跃迁到高能级，使在B0中排列方向由同向变为反向，抵消相同数目低能级质子的磁力，MZ变小；（2）受RF脉冲的磁化作用，旋进质子趋向于射频磁

15、场方向变为同步、同速运动，即处于“同相”（inphase）。在XY平面上叠加起来，形成横向磁化（transverse magnetization）矢量MXY，MXY继续绕Z轴旋进。新的M0偏离了Z轴。磁共振成像主题医学知识38磁共振成像主题医学知识39磁共振成像主题医学知识40 射频脉冲是一个在射频脉冲是一个在XY平面的旋转磁场平面的旋转磁场B1，磁场方向，磁场方向垂直于垂直于Z轴，沿轴，沿XY平面以拉莫尔频率转动。平面以拉莫尔频率转动。在在B1的作用下，的作用下，M开始绕开始绕B1轴旋进，结果由轴旋进，结果由Z轴逐渐轴逐渐向向XY平面靠近；平面靠近；在在B0的作用下，的作用下，M还要绕还要绕

16、B0轴旋进。轴旋进。在在B0和和B1的双重作用下，的双重作用下，M运动轨迹为螺旋线形，运动轨迹为螺旋线形，该运动方式称为该运动方式称为“章动章动”。磁共振成像主题医学知识41磁共振成像主题医学知识42 RF脉冲发射结束时章动后的M与Z轴之间有一个夹角，称为翻转角（flip angle）。的大小与RF脉冲的强度及其持续时间t成正比。使M翻转到XY平面的RF脉冲称90脉冲；使M翻转到B0反方向上的RF脉冲称180脉冲。使M偏离B0 角的RF脉冲称角脉冲。磁共振成像主题医学知识43磁共振成像主题医学知识44磁共振成像主题医学知识45射频脉冲的特征 频率：使进动频率与RF脉冲频率相同的质子发生磁共振

17、带宽：频率的范围，决定扫描时的层面厚度和预饱和。强度和作用时间：决定Mz翻转角度。磁共振成像主题医学知识46磁共振图像的信号磁共振图像的信号 47一、相位概念一、相位概念 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；离相位（out of phase）：相位不一致；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。磁共振成像主题医学知识48磁场中自旋之间的相位磁场中自旋之间的相位 旋进过程中Z轴的矢量方向不变，相位一致的磁矢量叠加成宏观纵向磁化矢量MZ；XY平面的矢量因为绕

18、Z轴旋转使其方向不断发生变化。磁场中进动在XY平面分量的相位不断变化，没有外界能量介入时自旋系统的M在XY平面内相互抵消，不能形成宏观磁化矢量MXY。RF脉冲激发后，使处于激发态并在XY平面继续绕Z轴进动的自旋的相位趋于一致，叠加形成横向磁化矢量MXY，此时M的方向发生变化，离开平衡态位置。磁共振成像主题医学知识49磁场中自旋之间的相位磁场中自旋之间的相位磁共振成像主题医学知识50二、自旋质子弛豫二、自旋质子弛豫（一）弛豫概念 当向置于B0中的人体发射RF脉冲后激发1H群，改变1H群的进动状态，MZ逐渐变小，同时在XY平面产生MXY，产生MR信号。平衡态：人体进入B0后形成并保持稳定的MZ的状

19、态。但是一种动态平衡，处于高、低两种能级的质子之间不断地交换。激发态：系统吸收射频能量后的不稳定状态。磁共振成像主题医学知识51弛豫概念弛豫概念 实际成像中实际成像中RF对自旋系统的激发作用是瞬间即对自旋系统的激发作用是瞬间即逝，一旦逝，一旦RF脉冲停止，质子即迅速由激发态向脉冲停止，质子即迅速由激发态向原来的平衡状态恢复，原来的平衡状态恢复，“弛豫弛豫”（relaxation）：系统由激发态恢复至系统由激发态恢复至平衡状态的过程。平衡状态的过程。弛豫过程中同步发生：弛豫过程中同步发生：纵向弛豫（纵向弛豫（longitudinal relaxation）：）：纵向磁化纵向磁化矢量矢量MZ逐步恢

20、复的过程；逐步恢复的过程；横向弛豫（横向弛豫（transverse relaxation）：）：横向磁化横向磁化矢量矢量MXY逐步消失的过程。逐步消失的过程。磁共振成像主题医学知识52 纵向弛豫过程中，吸收了纵向弛豫过程中，吸收了RF脉冲能量跃迁到高能脉冲能量跃迁到高能级的质子把能量传递给周围的晶格，重新成为低能级的质子把能量传递给周围的晶格，重新成为低能级的质子，低能级的质子数量增多而叠加产生级的质子，低能级的质子数量增多而叠加产生MZ。磁共振成像主题医学知识53磁共振成像主题医学知识54M的弛豫过程的弛豫过程磁共振成像主题医学知识55纵向弛豫纵向弛豫 纵向弛豫：RF脉冲停止后，MZ由最小恢

21、复到原来大小的过程称（自旋-晶格弛豫spin-lattice relaxation或T1弛豫）。1纵向弛豫时间T1：T1=纵向磁化矢量从最小值恢复到平衡态磁化矢量63%的时间。纵向弛豫过程：MZ为t时刻的纵向磁化矢量值，M0为平衡态的纵向磁化矢量值，t为弛豫时间。当t=T1时，MZ=M0(1e-1)=M0 63%。)1(1/0TtzeMM磁共振成像主题医学知识56纵向弛豫时间纵向弛豫时间T1磁共振成像主题医学知识57影响影响T1因素因素（1）纵向弛豫时间T1具有场强依赖性。在较强磁场中质子的进动频率较快，同种组织，B0的场强越高，T1就越长；反之则短。（2）T1与组织分子的大小有关。中等大小的

22、分子（脂肪分子）弛豫较快，T1较短；大分子（蛋白质）的热运动频率较慢，水和蛋白的弛豫较慢，T1较长。磁共振成像主题医学知识58“饱和饱和”的概念的概念 射频脉冲激发后，纵向磁化矢量射频脉冲激发后，纵向磁化矢量MZ被翻转，然后被翻转，然后MZ会慢慢恢复，但如果射频脉冲之间的时间会慢慢恢复，但如果射频脉冲之间的时间 t 间间隔过短，则隔过短，则MZ仅有部分恢复，称作仅有部分恢复，称作部分饱和部分饱和，组，组织信号有所降低；织信号有所降低；若纵向磁化若纵向磁化MZ没有恢复，称作没有恢复，称作完全饱和完全饱和，组织信，组织信号为零。号为零。磁共振成像主题医学知识59横向弛豫横向弛豫 1横向弛豫概念：R

23、F脉冲停止后，MXY由最大逐步消失的过程（自旋-自旋弛豫spin-spin relaxation或T2弛豫）。横向弛豫过程没有能量交换，是不同质子的进动失去同步、同速，即失去相位一致性。磁共振成像主题医学知识602横向弛豫时间横向弛豫时间T2 T2=横向磁化矢量减少到最大值的横向磁化矢量减少到最大值的37%的时的时间。间。T2过程公式：过程公式：t为弛豫时间。为弛豫时间。t=T2时，时，即，即MXY衰衰减至最大值的减至最大值的37%时所经历的时间等于时所经历的时间等于T2值。值。2/0cosTtXYetMM%37100MeMMXY磁共振成像主题医学知识61影响影响T2因素因素（1）组织的成份和

24、结构：大小不同，自旋-自旋作用的强度和时间不同，T2弛豫的速度也不同。小分子（如纯水）的分子运动很快，质子维持处于同相的状态的时间可较长，T2值较长；大分子物质分子运动较慢，质子处于同相状态维持时间较短，T2值即较短。（2）T2值的大小与B0场强大小无关。磁共振成像主题医学知识62T2*弛豫弛豫 T2*称为准T2或有效横向弛豫时间。讨论横向弛豫时间时，假设B0是绝对均匀的，但是任何磁体产生的B0都不可能是绝对均匀的。B0不均匀的影响要比组织本身小磁矩产生的影响大，由于B0不均匀引起的MXY衰减的速度要比单纯由于组织内部磁场不均匀引起的横向磁化衰减速度快得多。这种情况下测得的横向磁化弛豫时间叫做

25、T2*，比T2短得多。磁共振成像主题医学知识634T2*弛豫弛豫磁共振成像主题医学知识64（四）（四）T1值和值和T2值比较值比较 纵向弛豫和横向弛豫是同时发生的，纵向弛豫和横向弛豫是同时发生的，T2值比值比T1值短，短多少依赖于组织的物理和化学结构。值短，短多少依赖于组织的物理和化学结构。纯水中，纯水中，T2值接近于值接近于T1值；值；在多数组织中，在多数组织中，T2值比值比T1值短得多。值短得多。组组 织织T1T2质子密度质子密度（%）0.2T1.0T1.5T脂脂 肪肪白白 质质灰灰 质质脑脊液脑脊液肌肌 肉肉2403904901400370-6208102500730-718998300

26、0860607691140509.610.610.610.89.3磁共振成像主题医学知识65三、自由感应衰减信号三、自由感应衰减信号 由于MXY的进动和弛豫，在线圈两端就会感应出交流电势，线圈接收到的电势V的大小与MXY的大小有关：VMXYcost V与MXY成正比，以拉莫频率振荡变化。自由感应衰减（free induction decay，FID）：90脉冲后弛豫过程中，由于T2弛豫的影响，MXY随时间衰减，磁共振信号呈指数曲线形式衰减的这个信号。磁共振成像主题医学知识66三、自由感应衰减信号三、自由感应衰减信号 FID信号的强度按指数规律衰减，强度的大小与T1、T2以及组织的有关，FID是

27、MRI系统的信号源。MR信号除FID，还有：自旋回波信号、梯度回波信号、刺激回波信号等，这些信号需要使用特定的射频脉冲和梯度脉冲。磁共振成像主题医学知识67四、磁共振图像的对比四、磁共振图像的对比 （一）影响磁共振图像对比的主要因素（一）影响磁共振图像对比的主要因素 不同组织之间信号强度的差异形成组织间对比，不同组织之间信号强度的差异形成组织间对比，对比度的主要决定因素是：对比度的主要决定因素是：T1的固有差别，即组织间的固有差别，即组织间T1值的差别；值的差别；T2的固有差别，即组织间的固有差别，即组织间T2值的差别；值的差别；组织氢质子密度的差别；组织氢质子密度的差别；流动效应引起的差别。

28、流动效应引起的差别。磁共振成像主题医学知识68（一）影响（一）影响MR图像对比主要因素图像对比主要因素 MR图像图像 组织组织T1值越短，信号越高，值越短，信号越高，T1值越长，信号越低；值越长，信号越低；组织组织T2值越长，信号越高，值越长，信号越高，T2值越短，信号越低；值越短，信号越低；组织质子密度越高，信号越高组织质子密度越高，信号越高；骨皮质与空气（气腔）质子密度值很低，骨皮质与空气（气腔）质子密度值很低，在所有成像序列中均在所有成像序列中均无信号，呈黑色无信号，呈黑色。磁共振成像主题医学知识69流动效应流动效应（flow effect）主要来自血流复杂的流动方式，血液的一些特主要来

29、自血流复杂的流动方式，血液的一些特性产生了血管影像的不同表现。性产生了血管影像的不同表现。最重要的特性：最重要的特性：在在T1WI上，血流方式影响信号强度；上，血流方式影响信号强度；在在T2和和T2*WI上，血液的氧化状态影响信号上，血液的氧化状态影响信号强度。强度。血液含水量多，血液具有较高的质子密度和较血液含水量多，血液具有较高的质子密度和较长的长的T1值（依赖于血球的含量）；值（依赖于血球的含量）；磁共振成像主题医学知识70 T2值则依赖于血液的氧化状态，因脱氧血红蛋值则依赖于血液的氧化状态，因脱氧血红蛋白具有强顺磁性，在白具有强顺磁性，在1.5T磁场中，当氧饱和度由磁场中，当氧饱和度由

30、30%96%变化时，变化时，T2值则由值则由30250ms变化，变化，动脉血具有较长的动脉血具有较长的T2值，值，静脉血具有较短的静脉血具有较短的T2值，值，脑功能成像是利用血液的这一特性。脑功能成像是利用血液的这一特性。磁共振成像主题医学知识71 血液的信号强度不完全依赖于质子密度、血液的信号强度不完全依赖于质子密度、T1值和值和T2值，更多地依赖于其流动方式和采用的成像技值，更多地依赖于其流动方式和采用的成像技术（脉冲序列等）。流动导致血液信号的提高和术（脉冲序列等）。流动导致血液信号的提高和降低。降低。导致血液信号降低的流动现象：导致血液信号降低的流动现象：体素内失相位，即流动使体素内质

31、子运动速度体素内失相位，即流动使体素内质子运动速度分散，导致分散，导致MXY的相位分散；的相位分散；流空效应，使用自旋回波序列时，若血流在一流空效应，使用自旋回波序列时，若血流在一个层面内接受了个层面内接受了90脉冲而还没有接受脉冲而还没有接受180，RF脉冲就流出层面，或者流入层面时只接受脉冲就流出层面，或者流入层面时只接受180RF脉冲，没接受脉冲，没接受90脉冲就流出层面，这脉冲就流出层面，这时血液信号极低。时血液信号极低。磁共振成像主题医学知识72 流空效应的大小决定于流空效应的大小决定于：流速、回波时间流速、回波时间（TE）、层厚。血流快、薄层、长层厚。血流快、薄层、长TE时流空效时

32、流空效应明显。应明显。一般情况下，快速流动的血液因流空效应丧失一般情况下，快速流动的血液因流空效应丧失信号，呈黑色；信号，呈黑色；缓慢流动的血液不产生明显的流空效应，与周缓慢流动的血液不产生明显的流空效应，与周围实质性组织的信号类似；围实质性组织的信号类似；中等流速的血液其信号强度难以预料。中等流速的血液其信号强度难以预料。流空效应是指流空效应是指SE图像上的现象，在梯度回波序图像上的现象，在梯度回波序列图像上血管多显示为高信号。列图像上血管多显示为高信号。磁共振成像主题医学知识73（二）磁共振加权对比图像（二）磁共振加权对比图像 为突出显示组织间的对比，可通过为突出显示组织间的对比，可通过脉

33、冲序列脉冲序列的设计得到的设计得到与各主要因素有关的图像。与各主要因素有关的图像。但至今无一种成像序列能够但至今无一种成像序列能够产生单纯的产生单纯的T1、T2或质子密度图像。或质子密度图像。1T1加权像：图像对比主要具有加权像：图像对比主要具有T1值依赖性，反映组织值依赖性，反映组织间间T1值的差异。值的差异。2T2加权像加权像：图像对比主要具有图像对比主要具有T2值依赖性，反映组织值依赖性，反映组织间间T2值的差异。值的差异。3质子密度加权像质子密度加权像：图像对比主要具有质子密度依赖性，图像对比主要具有质子密度依赖性，反映组织间质子密度的差异。反映组织间质子密度的差异。磁共振成像主题医学

34、知识74（三）影响（三）影响MR图像对比的其它因素图像对比的其它因素 1磁敏感效应磁敏感效应 磁敏感度（磁敏感度（magnetic susceptibility）：表示物质表示物质改变其所处改变其所处B0的能力（被磁化的能力）。处于的能力（被磁化的能力）。处于B0中诱发的组织的中诱发的组织的M0正比于正比于B0：M0=B0为组织磁敏感度大小，不同组织磁敏感性能不为组织磁敏感度大小，不同组织磁敏感性能不同。同。抗磁性物质：抗磁性物质：有些物质具有对抗有些物质具有对抗B0的作用，降低的作用，降低B0在其内部产生的磁场；在其内部产生的磁场；顺磁性物质：顺磁性物质：有些物质处于有些物质处于B0中，其电

35、子沿磁场中，其电子沿磁场方向排列，在其内部产生额外磁场。方向排列，在其内部产生额外磁场。磁共振成像主题医学知识75 多数多数蛋白物质蛋白物质有一定程度的有一定程度的抗磁性抗磁性，脱氧血红蛋白脱氧血红蛋白是是强顺磁性强顺磁性的。的。在一个体素内，如果具有不同的磁敏感度，如在一个体素内，如果具有不同的磁敏感度，如气体和骨骼交界处，局部磁场就会产生不均匀性，气体和骨骼交界处，局部磁场就会产生不均匀性，从而产生失相位，导致从而产生失相位，导致T2*加权像上的信号丢失，加权像上的信号丢失，即信号降低，并且产生伪影。即信号降低，并且产生伪影。但是磁敏感效应对于某些病变的显示有帮助，但是磁敏感效应对于某些病

36、变的显示有帮助，例如血肿和骨化。例如血肿和骨化。磁共振成像主题医学知识762对比剂对比剂 临床上使用的对比剂是通过改变组织的弛豫时间临床上使用的对比剂是通过改变组织的弛豫时间而改变对比。而改变对比。使用的使用的对比剂多数为顺磁性物质对比剂多数为顺磁性物质，已应用于临床，已应用于临床的有钆、铁、锰等，其中应用最广泛也最安全的的有钆、铁、锰等，其中应用最广泛也最安全的是钆。是钆。（1）非选择特异性对比剂：对增强的器官或组织）非选择特异性对比剂：对增强的器官或组织没有选择性。没有选择性。（2）选择特异性对比剂：对增强的器官或组织有）选择特异性对比剂：对增强的器官或组织有选择性，具有器官特异性或组织特

37、异性。选择性，具有器官特异性或组织特异性。磁共振成像主题医学知识773化学位移化学位移 原子核的共振频率原子核的共振频率与与B0成正比，但位于不同化成正比，但位于不同化学键上的核产生不同频率的信号，即局部化学环学键上的核产生不同频率的信号，即局部化学环境会影响质子的共振频率。境会影响质子的共振频率。如甲醇如甲醇CH3OH中的中的CH3的的H和和OH的的H共振频率共振频率不相同，这是由于原子核被带磁性的电子云所包不相同，这是由于原子核被带磁性的电子云所包围，使其所处的电子环境不同。围绕着原子核旋围，使其所处的电子环境不同。围绕着原子核旋转的电子不同程度地削弱了转的电子不同程度地削弱了B0强度，强

38、度，若若B0大小固定大小固定：周围电子云较薄的核经受的局部周围电子云较薄的核经受的局部磁场强度较高，共振频率较高；磁场强度较高，共振频率较高；周围电子云较厚周围电子云较厚的核局部磁场强度较低，共振频率也较低。的核局部磁场强度较低，共振频率也较低。磁共振成像主题医学知识78“化学位移化学位移”（chemical shift）：因电子因电子环境（即核外电子结构）不同引起的共振环境（即核外电子结构）不同引起的共振频率的差异。频率的差异。化学位移是磁共振波谱的基础，用于检测化学位移是磁共振波谱的基础，用于检测组织细胞内的代谢物质；组织细胞内的代谢物质；化学位移饱和成像可用来突出或抑制某种化学位移饱和成

39、像可用来突出或抑制某种组织的信号；组织的信号；化学位移特性还会诱发化学位移伪影。化学位移特性还会诱发化学位移伪影。磁共振成像主题医学知识794弥散（弥散（diffusion）生物水有一个特性是布朗运动生物水有一个特性是布朗运动（分子的无（分子的无规则热运动）（弥散运动）规则热运动）（弥散运动）。从质子的弛豫机制分析，分子的弥散运动从质子的弛豫机制分析，分子的弥散运动会影响组织的会影响组织的T1和和T2值。值。弥散运动会导致失相位，使信号有一定的弥散运动会导致失相位，使信号有一定的降低。降低。如急性血肿中，水质子在由顺磁性铁引起如急性血肿中，水质子在由顺磁性铁引起的不均匀磁场中的弥散运动会导致失

40、相位，的不均匀磁场中的弥散运动会导致失相位，使在使在SE序列序列T2加权像上呈现低信号。加权像上呈现低信号。磁共振成像主题医学知识805磁化传递对比磁化传递对比 生物体中含有游离态的和结合态（与蛋白等大分生物体中含有游离态的和结合态（与蛋白等大分子结合）的水质子，子结合）的水质子，MR信号主要来自于游离态信号主要来自于游离态的水质子，结合态的水质子影响的水质子，结合态的水质子影响MR信号。信号。游离态的水质子游离态的水质子T2较长，产生较长，产生MR的频率范围较的频率范围较小小；结合态的水质子结合态的水质子T2较短，产生较短，产生MR的频率范围较的频率范围较大。大。磁共振成像主题医学知识81

41、磁化传递对比（磁化传递对比（magnetization transfer contrast，MTC）技术应用：技术应用：MRA，降低血管周围背景组织的信号，不影，降低血管周围背景组织的信号，不影响血管的信号，提高血管和背景间的对比；响血管的信号，提高血管和背景间的对比；MR增强检查，降低肿瘤周围组织的信号，而增强检查，降低肿瘤周围组织的信号，而不影响富含钆对比剂的肿瘤的信号，提高肿瘤和不影响富含钆对比剂的肿瘤的信号，提高肿瘤和背景之间的对比；背景之间的对比；多发性硬化病变的检查，因磁化传递的程度与多发性硬化病变的检查，因磁化传递的程度与组织的物理和化学状态有关，可以显示硬化斑的组织的物理和化学

42、状态有关，可以显示硬化斑的脱髓鞘程度。脱髓鞘程度。磁共振成像主题医学知识826组织方向组织方向 MRI中组织的方向（即组织与中组织的方向（即组织与B0间的夹角）对间的夹角）对信号强度有一定影响，典型的是组织本身具有方信号强度有一定影响，典型的是组织本身具有方向性的纤维结构。向性的纤维结构。最重要的两个效应是最重要的两个效应是T2和弥散运动导致的信号和弥散运动导致的信号降低具有角度依赖性。降低具有角度依赖性。磁共振成像主题医学知识83磁共振图像磁共振图像空间定位和重建技术空间定位和重建技术磁共振成像主题医学知识84一、梯度磁场一、梯度磁场（一）（一）MRI系统的坐标系系统的坐标系 按按B0方向，

43、方向，MRI磁体分纵向磁场磁体和横向磁磁体分纵向磁场磁体和横向磁场磁体，超导磁体都采用纵向磁场。场磁体，超导磁体都采用纵向磁场。纵向磁场纵向磁场系统，系统，Z轴定义为磁体的轴向，轴定义为磁体的轴向，Z轴与轴与被检者体轴平行。被检者体轴平行。X轴、轴、Y轴及其正向通过右手规则定义，即以右轴及其正向通过右手规则定义，即以右手握住手握住Z轴，当右手的四个手指从正向轴，当右手的四个手指从正向X轴以轴以90转向正向转向正向Y轴时，大拇指的指向是轴时，大拇指的指向是Z轴正向。轴正向。磁共振成像主题医学知识85MRI系统的坐标系系统的坐标系磁共振成像主题医学知识86（二二）梯度梯度磁磁场场 梯度磁场是一个很

44、弱的磁场，其峰值一般在梯度磁场是一个很弱的磁场，其峰值一般在1025mT/m（新型的高档机要高些），梯度（新型的高档机要高些），梯度磁场是由置于磁体内的额外的梯度线圈产生磁场是由置于磁体内的额外的梯度线圈产生的。的。与高度均匀的与高度均匀的B0不同的是，梯度磁场具有空不同的是，梯度磁场具有空间位置依赖性，即在一定方向上梯度磁场强间位置依赖性，即在一定方向上梯度磁场强度随空间位置的变化而不同。度随空间位置的变化而不同。磁共振成像主题医学知识87 位于磁场内的梯度线圈一般为成对线圈，每对线圈位于磁场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。一对线圈在一个方内的电流大小相等，极

45、性相反。一对线圈在一个方向上产生一个强度呈线性变化的梯度磁场，一个线向上产生一个强度呈线性变化的梯度磁场，一个线圈产生的磁场使圈产生的磁场使B0增加一定的强度，而另一个线圈增加一定的强度，而另一个线圈则使则使B0减小同样的程度。减小同样的程度。梯度磁场的作用梯度磁场的作用：使沿梯度方向的自旋质子具有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不同的磁场强度，因而有不同的共振频率。某一位置的磁场是梯度磁场与某一位置的磁场是梯度磁场与B0叠加的结果。叠加的结果。磁共振成像主题医学知识88磁共振成像主题医学知识89 在FT成像中使用三个正交方向的梯度磁场进行空间定位：一个方向的梯度

46、用于RF脉冲选择性的激 发一个层面内质子的自旋；第二个梯度对沿层面内一个方向的MR 信号进行频率空间编码；第三个梯度对沿层面内另一个方向的 MR信号进行相位空间编码。一般层面选择方向为Z，频率编码方向为X，相位编码方向为Y。对于不同方向的层面，X、Y、Z的取向是不同的。磁共振成像主题医学知识90 二、层面选择梯度二、层面选择梯度 应用层面选择（slice selection）梯度后，组织质子的共振频率与沿Z轴方向的位置成线性相关。特定的共振频率对应于特定平面的质子，这些平面垂直于Z轴。如果在使用平面选择梯度G的同时发射特定频率的RF脉冲，则只有对应于那个频率的平面内的质子发生共振。被激发的质子

47、的位置依赖于RF脉冲的频率，通过增加或减少RF脉冲的频率可以移动被激发平面的位置。磁共振成像主题医学知识91 短时发射的RF脉冲是由一定范围的频率构成的，这个频率范围称作脉冲的带宽。一个RF脉冲可以激发共振频率处于RF脉冲带宽范围内的所有自旋质子。结果是在层面选择梯度G存在的情况下，RF脉冲激发一个具有有限厚度的组织层面。层厚依赖于：层面选择梯度的大小（斜率）；射频脉冲的带宽。磁共振成像主题医学知识92 层面选择梯度G的大小是调整层面厚度的主要方法。当层面选择梯度G增大时，跨越给定距离频率范围增加了，使具有固定带宽的一个RF脉冲仅能激发较少的自旋质子，层厚较小。使用较小的层面选择梯度G和同样的

48、RF脉冲可以激发一个较厚层面。磁共振成像主题医学知识93层面选择方法层面选择方法 层面选择是通过三个梯度的不同组合来实现的。层面选择是通过三个梯度的不同组合来实现的。如果是任意斜面成像，层面的确定要两个或三个如果是任意斜面成像，层面的确定要两个或三个梯度的共同作用。梯度的共同作用。层面选择应用层面选择应用选择性激励选择性激励（selective excitation）原理，用一个有限频宽原理，用一个有限频宽（窄带窄带）的的RF脉冲仅对共脉冲仅对共振频率在该频带范围的质子进行共振激发的技术。振频率在该频带范围的质子进行共振激发的技术。例：横轴位成像，例：横轴位成像，GZ作为选层梯度。作为选层梯度

49、。磁共振成像主题医学知识94层层面面选选择择方方法法磁共振成像主题医学知识95层面选择方法层面选择方法96空间编码 1相位编码相位编码phase encoding：先利用相位编码先利用相位编码梯度场梯度场GY造成质子有规律的造成质子有规律的旋进相位差旋进相位差，然，然后用此相位差来标定体素空间位置的方法。后用此相位差来标定体素空间位置的方法。RF脉冲终止后，每个体素内的质子均发生脉冲终止后，每个体素内的质子均发生横向磁化，横向磁化，M倒向倒向XY平面旋进（平面旋进（90RF脉脉冲），旋进的相位与冲），旋进的相位与M所处的场强有关。所处的场强有关。加入加入GY使各体素使各体素Mi的相位发生规律性

50、的变的相位发生规律性的变化，利用这种相位特点实现体素位置的识别。化，利用这种相位特点实现体素位置的识别。磁共振成像主题医学知识97相相位位编编码码磁共振成像主题医学知识98 1相位编码相位编码磁共振成像主题医学知识99 1相位编码相位编码图7-47磁共振成像主题医学知识100相位编码相位编码 原理：原理：v1、v2、v3相位编码方向上三行相邻的相位编码方向上三行相邻的体素。设开始时所有体素的体素。设开始时所有体素的M1、M2、M3同同相位，以相同频率旋进。某时刻相位，以相同频率旋进。某时刻GY开启。在开启。在GY作用下，相位编码方向上各行体素将处于作用下，相位编码方向上各行体素将处于不同的磁场