1、核核磁共振磁共振成像简介成像简介姚红英姚红英2012/3/21背景简介背景简介Edward M.Purcell Felix Bloch Paul C.Lauterbur Sir P.Mansfield 核磁共振波谱学核磁共振波谱学液体高分子的化学成分和分子结构液体高分子的化学成分和分子结构固体高分辨率核磁共振波谱分析固体高分辨率核磁共振波谱分析900MHz 20T化学、生物大分子、材料和制药化学、生物大分子、材料和制药 核磁共振成像学核磁共振成像学生物医学领域生物医学领域10T石油测井石油测井寻找地下水源寻找地下水源原理介绍原理介绍核磁共振现象核磁共振现象 原子核在外磁场作用下发生能级分原子核
2、在外磁场作用下发生能级分裂裂,在一定射频场作用下吸收其能量发生能级跃迁的在一定射频场作用下吸收其能量发生能级跃迁的现象现象.E=h 0BgEhNI塞曼能级分裂塞曼能级分裂射频脉冲射频脉冲 radio frequency pulse,RFradio frequency pulse,RF核磁共振核磁共振 E=E2-E1核自旋核自旋 磁共振磁共振Larmor进动频率进动频率MxyMz-回磁比回磁比射频脉冲射频脉冲B1,t质子系统的纵向磁化质子系统的纵向磁化 0=B0原理介绍原理介绍 纵向磁化减小纵向磁化减小 纵向磁化向纵向磁化向xOy平面翻转平面翻转 与产生横向磁化与产生横向磁化原理介绍原理介绍自由
3、感应衰减自由感应衰减 FID 纵向分量要回家，横向分量要散伙；纵向分量要回家，横向分量要散伙；散伙得快，回家得慢。散伙得快，回家得慢。90 脉冲脉冲自旋回波自旋回波90度度脉冲脉冲后相位聚集后相位聚集 质子失相质子失相180 度脉冲度脉冲后相位反转后相位反转相位重聚相位重聚v让磁矩让磁矩180度反向度反向v自旋回波序列中，消除磁场不均匀的影响自旋回波序列中，消除磁场不均匀的影响180 脉冲脉冲弛豫时间弛豫时间纵向弛豫时间纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间和横向弛豫时间T2。T1与质子所处分子大小有关与质子所处分子大小有关,分子过大或很小能量释放分子过大或很小能量释放将越慢将越慢,T1就长就长.水分
4、子很小水分子很小,运动很快运动很快,长长T1,脂肪组织脂肪组织T1短短.T2与质子所处分子结构的均匀性有关与质子所处分子结构的均匀性有关,结构均匀结构均匀T2长长,结构结构不均匀不均匀T2短短.液体或含水较多的组织液体或含水较多的组织T2长长,如脑积液如脑积液,骨骼骨骼T2短短.弛豫过程与弛豫时间弛豫过程与弛豫时间松弛松弛、舒张、放松。自然界的固有属性，任何物质系统在、舒张、放松。自然界的固有属性，任何物质系统在平衡时具有的状态为平衡态。平衡时具有的状态为平衡态。自旋核子群系统受到射频激励后，宏观磁化矢量失去平衡，自旋核子群系统受到射频激励后，宏观磁化矢量失去平衡，偏离偏离Z方向，使得方向，使
5、得MZ减小，并出现横向磁化分量减小，并出现横向磁化分量MXY。90 脉冲后磁化强度矢量的弛豫脉冲后磁化强度矢量的弛豫原理介绍原理介绍FID自由感应衰减信号自由感应衰减信号*/002cossinTttetMV原理介绍原理介绍原理介绍原理介绍自旋回波信号自旋回波信号自旋回波信号图形自旋回波信号图形 Spin Echo图像重建图像重建 运用运用MR信号形成所需要的图像信号形成所需要的图像 图像重建图像重建X-CT成像方法成像方法101121101ln111211IIleIInln 从投影值重建出层面衰减系数分布的过程，从投影值重建出层面衰减系数分布的过程，称为称为图像重建图像重建联立方程法、反投影法
6、、联立方程法、反投影法、滤波反投影法、傅立叶变换法等滤波反投影法、傅立叶变换法等图像重建图像重建1973年，年，Lauterbur首次使用梯度场进行空间编码，产首次使用梯度场进行空间编码，产生了第一个生了第一个MRI像像。0=B0,x=(B0+xGx)=0 +x，把空间不同的把空间不同的位置变换为频率位移。位置变换为频率位移。图像重建图像重建傅傅里里叶叶成成像像 建立建立N N的矩阵的矩阵.在这一傅里叶成像中不存在这一傅里叶成像中不存在投影在投影,各个各个FID信号在一信号在一个梯度作用下发展个梯度作用下发展,在另一在另一个梯度下采集个梯度下采集,一般只采集一般只采集FID信号的一部分信号的一
7、部分.施加了正交梯度场施加了正交梯度场G y、Gx,所采集的所采集的N个信号中都包含频率成分个信号中都包含频率成分 x=x Gx 而在而在t2开始开始FID信号具有不同的初相位信号具有不同的初相位fy=y G y t 1 G y相位编码梯度，相位编码梯度，Gx频率编码梯度。频率编码梯度。检测的检测的FID信号用信号用S(t1,t2)表示。对采集的数据矩阵进行傅里叶变化可得表示。对采集的数据矩阵进行傅里叶变化可得到层面中个体素到层面中个体素MR信号的强度即获得图像。信号的强度即获得图像。图像重建图像重建层面的选择层面的选择 0=B0图像重建图像重建 0=B01.541.56 T,=42.6 MH
8、z,射频脉冲频率范围射频脉冲频率范围65.604 66.456 MHz图像重建图像重建频率编码频率编码 x方向定位方向定位图像重建图像重建图像重建图像重建相位编码相位编码 y轴定位轴定位图像重建图像重建相位编码相位编码 y轴定位轴定位图像重建图像重建图像重建图像重建图像重建图像重建数据空间数据空间信号采集信号采集 采样采样 采样间隔采样间隔 采样时间采样时间信号信号采集采集 采样采样 采样间隔采样间隔 采样时间采样时间数据空间数据空间TRTRTRK空间空间信号采集信号采集TRTRTRTRTRTR傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换傅傅里里叶叶成成像像 dxdyezyxkksykxkiyxy
9、x)(20),(),(实验装置主磁场主磁场0.52T，共振频率约，共振频率约22.6MHz磁极直径磁极直径165mm，均匀度，均匀度2.5ppm质子质子=42.5MHz/T核磁共振成像K空间空间FFT后后2D图图像像实物图实物图采集过程采集过程中的信号中的信号FFT35实验软件实验软件参数参数意义意义取值取值RFAmp（%）软脉冲幅度软脉冲幅度0.0180.0幅值最大时为幅值最大时为90幅值最小时为幅值最小时为180SP（s）脉冲宽度，波形脉冲宽度，波形预设预设（GaussSinc）D1（s）脉冲重复时间脉冲重复时间相位编码相位编码D2（s）180脉冲间隔脉冲间隔负梯度时间负梯度时间D3（s）
10、谱仪的死时间（回波时间）谱仪的死时间（回波时间）TD 采样点数（采样点数（TD/SW）SW谱宽谱宽DFWDFW数字滤波器的截止频率数字滤波器的截止频率预设（预设（30）SF（MHz）+O1（KHz）中心频率中心频率RG增益增益不失真不失真NS累加次数累加次数NE1相位编码步数相位编码步数最大值最大值256G*Amp（%）线性梯度场的幅值线性梯度场的幅值SLICE选层方向选层方向0-X，1-Y，2-Z1 熊国欣熊国欣,李立本李立本.核磁共振成像原理核磁共振成像原理.北京北京:科学出版社科学出版社,2007,82 俎栋林俎栋林.核磁共振成像学核磁共振成像学.北京北京:高等教育出版社高等教育出版社,2004,13 赵喜平赵喜平.磁共振成像磁共振成像.北京北京:科学出版社科学出版社,2004,114 E.Mark Hacccke 等等.核磁共振成像物理核磁共振成像物理原理和脉冲序列设计原理和脉冲序列设计.北京北京:中国医药科技出版社中国医药科技出版社,2007,6参考书参考书Thank you!
