磁共振成像的原理及臨床應(yīng)用

1、磁共振成像的原理及臨床應(yīng)用,我要骨科（51骨科）網(wǎng)www.5guke.com,What is MRI ?,磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging ,MRI)，又稱核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance ,NMR），是一種新的、非創(chuàng)傷性的成像方法，它不用電離輻射而可以顯示出人體內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)。利用一定頻率的射頻信號(hào)（radio frequency，RF）在一外加靜磁場(chǎng)內(nèi)，對(duì)人體的任何

2、平面，產(chǎn)生高質(zhì)量的切面成像（cross sectional imaging）。,磁共振成像的原理及臨床應(yīng)用,第一節(jié) MRI發(fā)展概況,1946年美國(guó)斯坦福（Stanford）大學(xué)的Felix Bloch和哈佛（Harvard）大學(xué)的Edward Purcell各自進(jìn)行研究，檢測(cè)到大塊物質(zhì)內(nèi)核磁共振吸收，更清楚地闡述了原子核自旋(Spin)的存在，幾乎同時(shí)發(fā)表他們的研究成果，為此，他們共同獲得了1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。NMR的應(yīng)用逐漸

3、地從物理和化學(xué)領(lǐng)域，擴(kuò)大到更為廣泛的學(xué)科，如考古學(xué)直至醫(yī)學(xué)。,第一節(jié) MRI發(fā)展概況,在醫(yī)學(xué)影像學(xué)方面，1973年Lauterbur研究出MRI所需要的空間定位方法，也就是利用梯度場(chǎng)。他的研究結(jié)果是獲得水的模型的圖像。在以后的10年中，人們進(jìn)行了大量的研究工作來(lái)制造磁共振掃描機(jī)，并產(chǎn)生出人體各部位的高質(zhì)量圖像，先后通過(guò)MR掃描，獲得手、胸、頭和腹部的圖像。1980年商品化MRI裝置問(wèn)世。,第二節(jié) MRI的基本原理,本節(jié)介紹核磁共

4、振這一物理現(xiàn)象最基本的理論知識(shí)，我們應(yīng)用一般物理學(xué)、力學(xué)及磁學(xué)的原理闡述。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,人體由很多分子組成，分子由原子組成；所有原子的核心都是原子核；帶正電荷和中性粒子的集合體；占原子質(zhì)量的絕大部分；,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,從理論上講，很多元素都可以用核磁共振來(lái)成像。也就是任何一個(gè)原子核，只要其所含的質(zhì)子或中子的任何一個(gè)為奇數(shù)時(shí)，就具備磁性，就可以產(chǎn)生磁共振信號(hào)。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,MRI主要

5、是應(yīng)用于氫核的成像，這是出于：一是Ｈ對(duì)其磁共振信號(hào)的敏感性高；Ｈ的旋磁比最高，因此最敏感，即MR信號(hào)被測(cè)出的效率，隨共振信號(hào)頻率的增加而改善。二是它在自然界含量豐富。氫存于水和脂肪中，因而在人體中極為豐富，每立方毫米軟組織中含有約1019個(gè)Ｈ原子，其所產(chǎn)生的磁共振信號(hào)要比其他原子強(qiáng)1000倍。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,由于1Ｈ只有一個(gè)質(zhì)子，沒(méi)有中子，所以氫核的成像也稱質(zhì)子成像。氫核有兩個(gè)特性：其一是它含有一個(gè)不在核中心的正

6、電荷；其二是它有角動(dòng)量或自旋。Pauli理論，具有奇數(shù)原子質(zhì)量或奇數(shù)原子數(shù)的核均具有角動(dòng)量及具有特征性的、大于零的自旋量子數(shù)。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,自旋的氫核其正電荷沿著一近似圓形路線運(yùn)動(dòng)，猶如電流通過(guò)環(huán)形線圈一樣，從而在其周圍產(chǎn)生一磁場(chǎng)。此滋場(chǎng)的大小與方向用磁矩 來(lái)表示，形成一個(gè)微觀的磁體偶極子。,具有磁矩的快速自旋核可以看成為極小磁棒,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,共振是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。指南針是我們最熟悉的磁體，地球是

7、一個(gè)磁場(chǎng)。指南針在地球表面作定向排列，即在靜止?fàn)顟B(tài)下指北。如果我們用手指輕擊指南針，使之來(lái)回?cái)[動(dòng)，直到指南針從我們手指上得到的能量全部放出后，又回到原來(lái)的位置，指北。這就是共振現(xiàn)象。針擺動(dòng)的頻率為共振頻率。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,共振頻率與外磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。地球的兩極場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)，赤道最弱。在赤道與兩極之間，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸變化，稱梯度磁場(chǎng)或簡(jiǎn)稱梯度。如果指南針在赤道擺動(dòng)的頻率為１周/秒，越向北其擺動(dòng)的頻率越快。這是因?yàn)楸睒O滋場(chǎng)

8、強(qiáng)度較赤道大2.3倍。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,這個(gè)簡(jiǎn)單的例子可以幫助我們了解磁共振成像中的基本要點(diǎn)：①指南針置于磁場(chǎng)中與外磁場(chǎng)的方向作定向排列；②指南針的共振頻率與外磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比；③當(dāng)有梯度磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)指針擺動(dòng)頻率的變化可以推斷其在磁場(chǎng)中所處的位置。,眾多的氫核（質(zhì)子）就是許多微觀的磁偶極子，在沒(méi)有外加磁場(chǎng)影響下，它們的磁矩是任意指向，雜亂無(wú)章地排列著。在這種情況的組織標(biāo)本中，凈磁量為零。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性

9、,將這些指向雜亂無(wú)章的質(zhì)于置于強(qiáng)大的靜磁場(chǎng)(B0) 中時(shí)，質(zhì)于群的磁矩將會(huì)沿靜磁場(chǎng)的方向作定向排列。略超過(guò)半數(shù)的質(zhì)子與靜磁場(chǎng)B0平行排列，略少于半數(shù)的質(zhì)子則指向相反（與靜磁場(chǎng)呈反平行方向排列)。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,當(dāng)有兩種可能的排列狀態(tài)時(shí)，耗能少的、處于低能態(tài)的排列狀態(tài)占優(yōu)勢(shì)。,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,一、原子核及其在磁場(chǎng)內(nèi)的特性,低能量級(jí)的、平行于靜磁場(chǎng)方向的質(zhì)子與高能量級(jí)的、反平行于靜磁場(chǎng)方向的質(zhì)子來(lái)回翻轉(zhuǎn)，相

10、互抵消，而產(chǎn)生平衡的磁化量Ｍ0，也就是在一定量的組織中，所有氫核的磁化量的總和。這一凈平衡磁化量的指向與外加靜磁場(chǎng)是一致的。要使置于外加靜磁場(chǎng)內(nèi)的組織標(biāo)本達(dá)到磁化，需要足夠的時(shí)間（約為：5～10秒）。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,每個(gè)質(zhì)子為細(xì)小的自旋磁體，當(dāng)受到外加靜磁場(chǎng)的作用時(shí)，靜磁場(chǎng)對(duì)質(zhì)子的磁矩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用，這樣就使質(zhì)子順著外加靜磁場(chǎng)的中軸旋轉(zhuǎn)，稱為進(jìn)動(dòng)；它如同旋轉(zhuǎn)的陀螺受地心引力一樣。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,以坐標(biāo)系來(lái)表示每個(gè)質(zhì)

11、子受到外加靜磁場(chǎng)的作用時(shí)的磁力的方向大小。,平衡狀態(tài)中，凈磁化矢量并不在接受線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流要獲得自旋信息，凈磁化矢量必須被攪亂或激勵(lì)可用射頻脈沖一種短促的無(wú)線電波，與感興趣核的拉莫爾頻率一致凈磁化從平衡方向產(chǎn)生不同程度的偏轉(zhuǎn)角度射頻脈沖激勵(lì)時(shí)，凈磁化以拉莫爾頻率或共振頻率沿主磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng),二、磁共振是怎樣發(fā)生的,射頻脈沖激勵(lì)時(shí)，凈磁化以拉莫爾頻率或共振頻率沿主磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng),二、磁共振是怎樣發(fā)生的,射頻激勵(lì)脈沖實(shí)際上是另一個(gè)

12、磁場(chǎng)（B1）B1方向垂直于Bo及作用非常短的時(shí)間B1磁場(chǎng)的作用是使磁化沿其進(jìn)動(dòng)，從垂直方向轉(zhuǎn)向Mxy平面,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,凈磁化(M) 有兩個(gè)矢量成分：橫向面的Mxy和縱向面的Mz只有在XY平面的成分能被探測(cè)到調(diào)整射頻脈沖強(qiáng)度和時(shí)間，使磁化從平衡狀態(tài)翻轉(zhuǎn)90度時(shí)，可獲得最大磁共振信號(hào),二、磁共振是怎樣發(fā)生的,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,場(chǎng)強(qiáng)與進(jìn)動(dòng)頻率的關(guān)系以Larmor公式表示： ω０＝γＢ０ ω0

13、＝質(zhì)子的共振頻率（MHz）（進(jìn)動(dòng)頻率） Ｂ0＝外加靜磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，單位是Tesla，簡(jiǎn)稱Ｔ γ＝旋磁比，是一個(gè)常數(shù)，氫核的旋磁比為42.58MHz/T從上述公式可知，場(chǎng)強(qiáng)為1T時(shí)，那么進(jìn)動(dòng)頻率（ω0）即等于γ值（旋磁比）。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,頻率（ω0）非常重要，其原因如下：①在病人作MRI檢查時(shí)，必須用這樣頻率的電磁波（RF脈沖），方可激勵(lì)原子核；②MR儀的接收器必須調(diào)諧至此頻率，以便接收來(lái)自病人的信號(hào)。,二、

14、磁共振是怎樣發(fā)生的,當(dāng)給一定磁場(chǎng)中含氫的標(biāo)本以一個(gè)與Larmor頻率相匹配的射頻脈沖激發(fā)時(shí)，質(zhì)子吸收能量，又將吸收的能量以相同頻率的無(wú)線電波形式釋放出來(lái)。這一吸收能量的過(guò)程稱激勵(lì)。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,在Larmor頻率條件下，質(zhì)子吸收及釋放能量的過(guò)程稱為核磁共振。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,核即原子核，磁有兩種含義：①外加靜磁場(chǎng)B0；②由射頻脈沖產(chǎn)生的激勵(lì)磁場(chǎng)B1。B0與B1有以下方面的不同：首先，B0的場(chǎng)強(qiáng)大約是B1的100

15、00倍；其次，B0是恒定的，方向與磁體掃描膛平行，B1磁場(chǎng)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，方向總是與B0垂直。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,用射頻線圈做天線接收器，將釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為信號(hào)。在進(jìn)行人體磁共振成像時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度取決于質(zhì)于的數(shù)量，也即質(zhì)子的密度。脂肪、肌肉、血液以及骨胳中質(zhì)子含量的不同，決定磁共振圖像中各種組織信號(hào)的強(qiáng)弱和對(duì)比，這種圖像即稱為質(zhì)于密度像。,二、磁共振是怎樣發(fā)生的,除了組織中質(zhì)于含量的不同對(duì)成像起作用以外，還有其他的組織特性對(duì)磁共

16、振圖像的信號(hào)有更為重要的影響，這就是組織磁化的弛豫時(shí)間。,三、弛豫時(shí)間,與X線和CT成像的原理不同，MRI沒(méi)有X線輻射，而主要利用質(zhì)子密度與質(zhì)子的弛豫時(shí)間（T1與T2）的差異成像，尤其是弛豫時(shí)間更為重要。因?yàn)橘|(zhì)子在人體中的差異僅10％，但弛豫時(shí)間可相差百分之?dāng)?shù)百。,三、弛豫時(shí)間,弛豫時(shí)間可反映分子水平上的差別，從而發(fā)現(xiàn)人體生物化學(xué)與生理學(xué)的早期改變。這樣就不同于過(guò)去僅從病理解剖學(xué)的基礎(chǔ)上來(lái)表達(dá)疾病的傳統(tǒng)概念，而是能更早期發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)生

17、理、生化的改變。,三、弛豫時(shí)間,若要充分認(rèn)識(shí)一幅MRI圖像中強(qiáng)弱信號(hào)的意義，必須對(duì)射頻脈沖以及射頻脈沖去除后，在靜磁場(chǎng)作用下，從高能狀態(tài)（與磁場(chǎng)垂直的位置）到低能狀態(tài)（與磁場(chǎng)平行的位置）的恢復(fù)過(guò)程，即弛豫過(guò)程，有所認(rèn)識(shí)。,（一）質(zhì)子（氫核）的T1弛豫,質(zhì)于在受到射頻脈沖激勵(lì)后，吸收能量；當(dāng)射頻脈沖一停止，縱向磁化開(kāi)始恢復(fù)，質(zhì)子釋放能量；此時(shí)，將在接收線圈中產(chǎn)生RF信號(hào)；,（一）質(zhì)子（氫核）的T1弛豫,縱向磁化的恢復(fù)率是以縱向弛豫時(shí)間

18、（T1）來(lái)表示的；T1就是沿靜磁場(chǎng)方向的縱向磁化恢復(fù)約2/3（63％）所需的時(shí)間。,（一）質(zhì)子（氫核）的T1弛豫,T1是時(shí)間常數(shù)，生物組織的T1值從大約50毫秒到幾秒不等 不同的組織具有不同的T1值：脂肪為150～250ms。而腦脊液則為2～3s。T1弛豫又稱縱向弛豫、熱弛豫，自旋-晶格弛豫。它是縱向磁化恢復(fù)的過(guò)程，在這過(guò)程中有能量傳遞，是以熱的形式逸散。它又反映了分子運(yùn)動(dòng)頻率與Larmor頻率之間的關(guān)系，如果二者相同

19、，T1弛豫有效，并且迅速，如果不相同，T1弛豫無(wú)效。,（二）質(zhì)子的T2弛豫,當(dāng)射頻脈沖的激勵(lì)剛一停止，所有質(zhì)于的進(jìn)動(dòng)頻率一致，即相位一致，此時(shí)信號(hào)最強(qiáng)。由于外加靜磁場(chǎng)強(qiáng)度的不均勻以及存在空間定位的梯度場(chǎng)，從而使質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率發(fā)生變化，而失去其相位一致性，稱失相位。第三種因素則反映人體組織的固有特性，那就是磁化的質(zhì)子間的相互作用，以及與由于分子和巨分子所建立的磁環(huán)境的相互作用，而引起的相位不一致，這樣產(chǎn)生的相位不一致是不可逆的。,（二

20、）質(zhì)子的T2弛豫,相位不一致，一些質(zhì)子進(jìn)動(dòng)快，一些則進(jìn)動(dòng)慢，這是受局部磁環(huán)境的影響所致，其結(jié)果是凈橫向磁化衰減（decay）。此時(shí)，在接收器線圈中所得到的信號(hào)減少，以至完全喪失。衰減63％的橫向磁化所需的時(shí)問(wèn)，亦即橫向磁化衰減至其原有值的37％所需時(shí)間，即為T(mén)2弛豫時(shí)間。,（二）質(zhì)子的T2弛豫,a緊接施加90°RF脈沖后，原子核的磁化偶極子均相位一致地進(jìn)動(dòng)，橫向磁向量Mxy為最大值。b隨時(shí)間進(jìn)展，磁化偶極子失相位，有些進(jìn)動(dòng)

21、較快，有些則進(jìn)動(dòng)較慢，這是由于局部磁環(huán)境所致。這種失相位導(dǎo)致了凈橫向磁化量衰減。c接收線圈中所記錄的信號(hào)逐漸衰減，T2為橫向磁化衰減至原有值的37％所需的時(shí)間。,（二）質(zhì)子的T2弛豫,T2弛豫時(shí)間又稱橫向弛豫時(shí)間，又稱自旋-自旋弛豫時(shí)間。自旋一詞取自核的自旋；T2總是比T１短約為T(mén)１的10％－20％。,三、弛豫時(shí)間,應(yīng)用一空間坐標(biāo)系X-，Y-，Z-軸加以敘述，磁矢量Ｍ，代表一個(gè)小范圍組織內(nèi)也即一個(gè)體積元（體素）內(nèi)所有質(zhì)子的磁化強(qiáng)度及方

22、向。,橫向及縱向成分的弛豫過(guò)程a 90°脈沖； b 90°脈沖剛停止，橫向成分最大； c,d 弛豫過(guò)程：橫向成分迅速衰減，縱向成分緩慢增長(zhǎng)；e 縱向成分最大。,三、弛豫時(shí)間,當(dāng)人體被置于一外加靜磁場(chǎng)中，磁矢量Ｍ沿Z軸取向，與靜磁場(chǎng)方一致.以箭頭Ｍ為標(biāo)志，箭頭長(zhǎng)短與體素內(nèi)所含氫質(zhì)子數(shù)成正比。加一個(gè)90°脈沖，Ｍ就偏離Z，轉(zhuǎn)90°至與靜磁場(chǎng)垂直的位置，在X-Ｙ平面遂產(chǎn)生一個(gè)橫向磁矢量Ｍ。此時(shí)在接

23、收線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)，因而可以用電流表測(cè)得此信號(hào)。當(dāng)90°脈沖停止后，在弛豫過(guò)程中，磁矢量Ｍ分離成縱向成分Ｍz，與橫向成分Ｍxy。由于靜磁場(chǎng)并非均勻一致，而且分子間、分子與原子間又存在的內(nèi)磁場(chǎng)，因此橫向成分Ｍxy從最強(qiáng)很快衰減至零，即T2弛豫。,三、弛豫時(shí)間,控制射頻脈沖的強(qiáng)度與時(shí)間，可得到90°或180°等不同的脈沖，從而可控制磁矢量偏離Z軸的夾角。使磁矢量Ｍ偏離90°與180°的射

24、頻脈沖分別稱90°與180°脈沖，180°脈沖使磁矢量Ｍ轉(zhuǎn)180°，從正Z軸轉(zhuǎn)到負(fù)Z軸，它不產(chǎn)生橫向磁矢量，因此不能產(chǎn)生信號(hào)。同樣360°脈沖也不能產(chǎn)生信號(hào)。只是有了橫向磁矢量，才能產(chǎn)生信號(hào)。,四、自由感應(yīng)衰減,自由感應(yīng)衰減是表示90°脈沖激勵(lì)以后立即產(chǎn)生的信號(hào)。當(dāng)90°脈沖終止后，橫向磁矢量開(kāi)始消失，縱向磁矢量重新出現(xiàn)，由于質(zhì)子失去相位一致性，橫向磁矢量這一信號(hào)

25、很快衰減，在MRI不能被直接利用，因?yàn)楸仨氂凶銐虻臅r(shí)間來(lái)使梯度場(chǎng)起作用，以獲取空間定位的信號(hào)。,四、自由感應(yīng)衰減,為了要取得MR成像中有用的信號(hào)，必須在一定間隔時(shí)間再給一個(gè) 180°RF脈沖，以取得一個(gè)自由感應(yīng)衰減的回波信號(hào)，即自旋回波信號(hào)。,四、自由感應(yīng)衰減,這個(gè)可以用淺顯的比喻來(lái)理解：此180°RF脈沖的作用，就像一堵墻和一座山那樣將信號(hào)碰回，如同在回音壁或山谷中聽(tīng)到的回聲一樣。這就是我們?yōu)槭裁捶Q由此所形成的更

26、強(qiáng)一些的信號(hào)為回波或自旋回波的道理。,四、自由感應(yīng)衰減,假設(shè)一只兔于與一只烏龜從同一起跑線上賽跑，在某一時(shí)間（TE/2）后，兔子跑在烏龜?shù)那懊?。?dāng)讓它們?cè)谕粫r(shí)間向相反方向跑來(lái)，則兩者會(huì)同時(shí)回到起點(diǎn)(假設(shè)速度不變）。,四、自由感應(yīng)衰減,在得到信號(hào)自旋回波后，質(zhì)子再次失去相位一致性。正如前面所說(shuō)的，較快的質(zhì)子位于前面?？梢杂昧硪粋€(gè)180゜脈沖再行實(shí)驗(yàn)，并且再一個(gè)、再一個(gè)……如果繪制時(shí)間與信號(hào)強(qiáng)度曲線，就會(huì)得到一條曲線。,休息,五、偽

27、 影,MR與CT比較其優(yōu)點(diǎn)之一是偽影少。骨骼、大的鈣化、高密度造影物質(zhì)MR都不形成偽影。人體內(nèi)非鐵磁性金屬物體僅導(dǎo)致圖像輕微變形。按偽影形成的原因，偽影可分為三類。,（一）人體體內(nèi)因素形成的偽影,１．運(yùn)動(dòng)形成的偽影 MR信號(hào)采集時(shí)間比人體內(nèi)某些器官的生理運(yùn)動(dòng)，如心臟搏動(dòng)、呼吸動(dòng)和腸蠕動(dòng)周期長(zhǎng)，因而胸部和上腹部的圖像易受這些器官運(yùn)動(dòng)的影響。心臟和呼吸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影可以用心電圖門(mén)控及呼吸門(mén)控減少。,（一）人體體內(nèi)因素形成的偽影,１．

28、運(yùn)動(dòng)形成的偽影,（一）人體體內(nèi)因素形成的偽影,２．血液和腦脊液流動(dòng)偽影動(dòng)靜脈內(nèi)的血流均可產(chǎn)生偽影，前者為血管搏動(dòng)引起；后者因血流緩慢形成。腦脊液在不同部位流速不同，產(chǎn)生不同信號(hào)的偽影。腦脊液的流動(dòng)可造成相位編碼方向上的運(yùn)動(dòng)偽影。,（二）體外因素形成的偽影,１．金屬物體 非鐵磁性金屬物體產(chǎn)生和其形態(tài)相似的周圍繞以高信號(hào)的低信號(hào)區(qū)。鐵磁性物質(zhì)引起局部低信號(hào)區(qū)和圖像變形，偽影和正常圖像分界不清。此種偽影是金屬物質(zhì)受射頻磁場(chǎng)作用產(chǎn)生渦旋電

29、流所致。,（二）體外因素形成的偽影,２．靜電 靜電產(chǎn)生的偽影為互相交錯(cuò)的帶狀高低信號(hào)帶，影響全部圖像。多見(jiàn)于為了保暖給病人蓋毛毯和尼龍類織物引起。為此，病人用的床單、衣服、保暖物品等必須用棉織品。,（三）MRI系統(tǒng)形成的偽影,１．化學(xué)位移偽影 此種偽影出現(xiàn)于脂肪和非脂肪（主要是含水的）器官之間。產(chǎn)生原因?yàn)樗肿拥馁|(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率比脂肪質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率快。梯度磁場(chǎng)使這兩種物質(zhì)產(chǎn)生不同的進(jìn)動(dòng)頻率，并且編碼使鄰近兩種像素信號(hào)重疊。結(jié)果在

30、一側(cè)脂肪-水界面出現(xiàn)高信號(hào)帶，而另一側(cè)水-脂肪界面出現(xiàn)低信號(hào)帶。常見(jiàn)于腎-脂肪，膀胱-脂肪交界面。,（三）MRI系統(tǒng)形成的偽影,１．化學(xué)位移偽影 A腎橫軸位，T2加權(quán)像，腎和周圍脂肪組織分界雖然清楚，但在梯度磁場(chǎng)的高、低側(cè)分別可見(jiàn)白色和黑色的條狀偽影。Ｂ為化學(xué)位移和梯度磁場(chǎng)關(guān)系的線條圖。C膀胱周圍的化學(xué)位移偽影。,（三）MRI系統(tǒng)形成的偽影,２．折疊偽影 此種偽影為被檢物體的一部分處于成像范圍外的時(shí)候。偽影的特

31、點(diǎn)為偽影重疊于其圖像的對(duì)側(cè)，其解剖方位和信號(hào)強(qiáng)度完全同真正掃描物體影像相似，并和相位編碼方向一致。,（三）MRI系統(tǒng)形成的偽影,３．低信號(hào)偽影 偽影和真正的物體圖像相同，只是信號(hào)低和圖像方向相反，出現(xiàn)于掃描物體圖像的一側(cè)。產(chǎn)生原因?yàn)橘|(zhì)子共振頻率的正負(fù)端被錯(cuò)誤采集或者是X、Ｙ軸磁化矢量錯(cuò)誤放大。,七、MRI對(duì)比劑,（一）概述MRI具有很強(qiáng)的組織分辨能力。故在投入臨床應(yīng)用初期曾被認(rèn)為是一種不需要使用對(duì)比劑的“非創(chuàng)傷性”檢查方法。未

32、經(jīng)增強(qiáng)的MRI平掃尚有一些缺陷。在某些情況下，不能滿足人們對(duì)診斷疾病高敏感性和特異性的要求。,七、MRI對(duì)比劑,（一）概述MRI平掃在檢查組織功能活動(dòng)方面亦有一定局限性。利用對(duì)比劑來(lái)獲得更完整的診斷信息開(kāi)始受到重視。臨床常用的是以GD-DTPA為代表的釓（gadolinum， Gd）類順磁性對(duì)比劑。此類對(duì)比劑在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)現(xiàn)和定性診斷方面顯示出重要價(jià)值。,七、MRI對(duì)比劑,MR對(duì)比劑的功用與傳統(tǒng)X線對(duì)比劑，如碘制劑類

33、似；其作用機(jī)制原理卻不同。X線對(duì)比劑直接影響X線的吸收和穿透，增強(qiáng)效應(yīng)與局部對(duì)比劑的濃度成線性關(guān)系。絕大多數(shù)MR對(duì)比劑所選的元素就是根據(jù)它們所具有的縮短組織T1和T2時(shí)間的能力。一般說(shuō)來(lái)，MR對(duì)比劑總是同時(shí)影響T1和T2，但程度卻不一定相同。在某一特定劑量范圍內(nèi)往往以一種影響占主導(dǎo)地位。,七、MRI對(duì)比劑,（二）MR對(duì)比劑的分類和作用機(jī)制MR對(duì)比劑有幾種分類方法，其中較常用的有按MR圖像信號(hào)的改變劃分為陽(yáng)性、陰性對(duì)比劑；根據(jù)M

34、R特性區(qū)分為順磁性、鐵磁性和超順磁性對(duì)比劑；還有依據(jù)對(duì)比劑主要影響T1或T2，簡(jiǎn)單分為T(mén)1增強(qiáng)劑和T2增強(qiáng)劑。,七、MRI對(duì)比劑,1．陽(yáng)性對(duì)比劑構(gòu)成及作用原理陽(yáng)性對(duì)比劑又可稱為順磁性或T1對(duì)比劑。由一些金屬元素，如錳（Mn），鐵（Fe）和釓（Gd）所組成。Gd含有７個(gè)不成對(duì)的核外電子。由于不成對(duì)核外電子的存在，使這些元素具有很強(qiáng)的順磁性。在外加磁場(chǎng)中，這些元素將干擾鄰近質(zhì)子的弛豫，導(dǎo)致T1和T2時(shí)間縮短。在順磁性物質(zhì)濃度較低時(shí)

35、，T1縮短的效應(yīng)占主導(dǎo)地位，引起MR信號(hào)增加。,七、MRI對(duì)比劑,1．陽(yáng)性對(duì)比劑Gd類細(xì)胞外對(duì)比劑最主要應(yīng)用在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的MR成像。在正常情況下，顱內(nèi)無(wú)血腦屏障的結(jié)構(gòu)，如垂體、靜脈竇及其它顱內(nèi)血管顯示增強(qiáng)。在病理情況下，例如腫瘤、梗塞、感染、以及急性脫髓鞘病變等，血腦屏障遭到破壞。此時(shí)，對(duì)比劑即可穿過(guò)不完整的血腦屏障進(jìn)入細(xì)胞外間隙，引起局部增強(qiáng)效應(yīng)。,七、MRI對(duì)比劑,陽(yáng)性對(duì)比劑,腦膜瘤注射GD-DTPA前后對(duì)照,七、MRI對(duì)

36、比劑,1．陽(yáng)性對(duì)比劑,椎管內(nèi)腫瘤及腰椎結(jié)核注射GD-DTPA前后對(duì)照,七、MRI對(duì)比劑,1．陽(yáng)性對(duì)比劑 Gd類對(duì)比劑引起的不良反應(yīng)很少，發(fā)生率約1％。此類藥物無(wú)絕對(duì)禁忌證，但嚴(yán)重腎功能不良者應(yīng)慎用。,七、MRI對(duì)比劑,２．陰性對(duì)比劑 包括口服對(duì)比劑、單核－巨噬細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)比劑等。陰性對(duì)比劑又稱為鐵磁性／超順磁性對(duì)比劑。用于口服對(duì)比劑的主要是氧化亞鐵，用來(lái)區(qū)分胃腸道和與其鄰近的腹腔或盆腔臟器的解剖結(jié)構(gòu)或病變。對(duì)于胃腸道本身的病變，使

37、用口服對(duì)比劑還利于顯示胃腸道壁的情況。,七、MRI對(duì)比劑,２．陰性對(duì)比劑單核－巨噬細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)比劑主要集中在肝、脾、骨髓和淋巴系統(tǒng)。主要用于肝臟成像。MR成像選用T2加權(quán)序列，在圖像上正常肝組織的信號(hào)顯著降低，腫瘤組織則由于缺乏單核巨噬細(xì)胞（Kupffer細(xì)胞）而不受對(duì)比劑影響，呈相對(duì)高信號(hào)。單核－巨噬細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)比劑突出的優(yōu)點(diǎn)是易于鑒別肝臟腫塊的良惡性。,七、MRI對(duì)比劑,２．陰性對(duì)比劑,男性，55歲，結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移A、平掃時(shí)，病灶

38、很難識(shí)別 B、超順磁氧化鐵增強(qiáng)后，正常肝組織信號(hào)明顯下降，病灶顯示清楚。,第五節(jié) MRI的設(shè)備,磁共振成像系統(tǒng)主要由磁體、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成見(jiàn)。,一、磁 體,磁共振的磁體（Magnet）的主要作用是產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的靜磁場(chǎng)使組織產(chǎn)生磁化。磁體有三種類型（一）常導(dǎo)型磁體（二）永磁型磁體（三）超導(dǎo)型磁體,一、磁 體,（一）常導(dǎo)型磁體（Resistive Magnet）常導(dǎo)型磁體的線圈由銅或鋁線繞制的線圈組成

39、，按線圈有無(wú)鐵芯可分為鐵芯常導(dǎo)型和空心常導(dǎo)型。常導(dǎo)型磁體制造工藝簡(jiǎn)單且成本低，可以做成開(kāi)放式磁體，磁場(chǎng)可以關(guān)閉。但磁場(chǎng)穩(wěn)定性差，電力消耗大，對(duì)電源穩(wěn)定性要求高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。,一、磁 體,（二）永磁型磁體（Permanent Magnet） 永磁型磁體由鐵氧體或釹鐵硼等鐵磁性物質(zhì)及合金組成。該磁體對(duì)周圍環(huán)境影響小，屏蔽簡(jiǎn)單，可做成開(kāi)放式磁體，安裝及維護(hù)費(fèi)用低，但場(chǎng)強(qiáng)較低，磁場(chǎng)的穩(wěn)定性和均勻性差，受環(huán)境溫度變化影響大，磁場(chǎng)

40、不能關(guān)閉。,一、磁 體,（二）永磁型磁體,一、磁 體,（三）超導(dǎo)型磁體（Superconducting Magnet）超導(dǎo)型磁體由某些特殊合金如鈮鈦合金導(dǎo)線（超導(dǎo)溫度8K）繞制成的超導(dǎo)線圈，當(dāng)放置于超導(dǎo)磁體的液氦（溫度4.2K，-269℃）當(dāng)中時(shí)，其導(dǎo)線的電阻降為0，線圈呈超導(dǎo)狀態(tài)，此時(shí)線圈導(dǎo)線中可通過(guò)強(qiáng)大的電流而不產(chǎn)生任何能量損耗。勵(lì)磁后可將電源斷開(kāi)，超導(dǎo)線圈內(nèi)的電流恒定不變。超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度高，目前臨床應(yīng)用可達(dá)到

41、1.9Ｔ，磁場(chǎng)的穩(wěn)定性和均勻性好，磁場(chǎng)可以關(guān)閉。,一、磁 體,（三）超導(dǎo)型磁體示意圖,線圈位于鋁制作圓筒外面的溝內(nèi)， 圓筒兩端的線圈轉(zhuǎn)入，保持磁場(chǎng)均勻１．鋁制圓筒２．線圈３．鈮鈦合金線圈,一、磁 體,（三）超導(dǎo)型磁體超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)制造工藝復(fù)雜、成本高、維護(hù)費(fèi)用高，消耗一定量的液氦，消耗的液氦要及時(shí)補(bǔ)充，否則達(dá)到一定程度時(shí)能引起”失超“，消耗大量液氦而造成更大的損失。,二、梯度系統(tǒng),梯度系統(tǒng)（gradient sys

42、tem）的作用是產(chǎn)生線性變化的梯度磁場(chǎng)，用于組織的空間定位。梯度系統(tǒng)主要由X、Y、Z三組梯度功率放大器及對(duì)應(yīng)的X、Y、Z三個(gè)方向的梯度線圈組成。,二、梯度系統(tǒng),梯度功率放大器對(duì)MRI控制器發(fā)出的梯度給定信號(hào)進(jìn)行功率放大后，輸出給梯度系統(tǒng)的X、Y、Z線圈，在主磁場(chǎng)內(nèi)形成X、Y、Z三個(gè)方向相互垂直的線性梯度磁場(chǎng)。在磁共振成像中分別用于層面選擇、相位編碼及頻率編碼。,三、射頻系統(tǒng),射頻系統(tǒng)（RF system）用于發(fā)射射頻脈沖和接收MR信號(hào)，

43、射頻系統(tǒng)主要由三部分組成。（一）射頻發(fā)射機(jī)（二）射頻接收機(jī) （三）射頻線圈,四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng),磁共振的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（computer system）可分為硬件和軟件二大部分。（一）硬件部分由主計(jì)算機(jī)及陣列處理機(jī)、MR控制器等組成。其作用是進(jìn)行系統(tǒng)控制，產(chǎn)生脈沖序列，完成磁共振系統(tǒng)的掃描，圖像采集、重建、顯示和存貯。,四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng),（二）軟件系統(tǒng)磁共振計(jì)算機(jī)軟件可分為以下幾個(gè)部分。１．計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)軟件由計(jì)算機(jī)公司編制，用于

44、計(jì)算機(jī)運(yùn)行管理。２．磁共振應(yīng)用軟件，用于MR系統(tǒng)的運(yùn)行控制、病人數(shù)據(jù)的錄入、掃描序列的選擇和參數(shù)設(shè)定，病人掃描數(shù)據(jù)采集，存貯和圖像重建，以及各種圖像和數(shù)據(jù)的后處理等。,五、射頻屏蔽和磁屏蔽,（一）射頻屏蔽由于射頻脈沖的高頻信號(hào)可能對(duì)周圍的精密儀器產(chǎn)生干擾，影響其正常工作同時(shí)又要避免周圍的射頻信號(hào)對(duì)十分微弱的MR信號(hào)的干擾，以獲得良好圖像，所以安裝射頻屏蔽是非常必要的；射頻屏蔽一般安裝在掃描室內(nèi)，由薄銅板焊接成為整體，四壁及屋頂、地

45、面均需密封。觀察窗應(yīng)安裝銅網(wǎng)。,五、射頻屏蔽和磁屏蔽,（二）磁屏蔽由于磁體有強(qiáng)磁場(chǎng)，一方面可以對(duì)附近的精密儀器產(chǎn)生磁化，同時(shí)會(huì)對(duì)心臟起搏器和急救儀器磁化造成嚴(yán)重后果。另一方面為了防止掃描室外的大的鐵磁性物體如汽車等對(duì)磁場(chǎng)的干擾，影響圖像質(zhì)量，所以應(yīng)對(duì)磁體進(jìn)行屏蔽。絕對(duì)禁止把鐵磁性物體帶人室內(nèi)，以免被磁體吸住破壞磁體，或者落人掃描室內(nèi)影響磁場(chǎng)均勻性。,,休息！,五、影響T1、T2的物理因素,人體組織中水分子之間是在經(jīng)常不停地運(yùn)動(dòng)著，間

46、互相碰撞，每次碰撞都使水分子運(yùn)動(dòng)速度及方向有所變化。每個(gè)氫核的小磁場(chǎng)每秒鐘也要經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的波動(dòng)。因此其共振頻率也在經(jīng)常不停地變化。,五、影響T1、T2的物理因素,所以組織內(nèi)由于水分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，局部的內(nèi)磁場(chǎng)是極其復(fù)雜的，氫核對(duì)這種復(fù)雜的波動(dòng)的內(nèi)磁場(chǎng)的反應(yīng)決定了在90°脈沖停止后其能量喪失的速度，以及相位失去一致性的速度。,五、影響T1、T2的物理因素,（一）溫度的影響 正常體溫情況下，水分子的運(yùn)動(dòng)頻率極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一定場(chǎng)

47、強(qiáng)下質(zhì)子的Larmor頻率。如果將溫度減低，水分子的運(yùn)動(dòng)頻率減慢，接近于共振的Larmor頻率，使T1弛豫更有效，T1縮短了。,五、影響T1、T2的物理因素,（二）大分子的影響水的分子小、運(yùn)動(dòng)快，頻 率也高。大分子如蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)很 慢，在其表面可以吸附 很多水分子，組成水化 層。,五、影響T1、T2的物理因素,（二）大分子的影響由于體積及重量的原因，大分子的運(yùn)動(dòng)是很緩慢的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于共振頻率，而小的水分子的運(yùn)動(dòng)又極快

48、，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)共振頻率，但靠近大分子表面水化層內(nèi)的水分子其運(yùn)動(dòng)速度大大減慢了，當(dāng)大分子表面水分子的運(yùn)動(dòng)頻率接近于Larmor頻率時(shí)，T1弛豫有效，T1縮短。如果不一致時(shí)，T1延長(zhǎng)。,五、影響T1、T2的物理因素,（二）大分子的影響純凈的水分子很小，運(yùn)動(dòng)太快，不符合共振頻率，因此T1長(zhǎng)；腦脊液猶如純凈的水，其T1長(zhǎng)；但當(dāng)有梗阻性腦積水時(shí)，腦壓增高，腦積液透過(guò)室管膜滲透到腦室周圍的組織間隙，使水腫區(qū)質(zhì)子所處的環(huán)境與腦室內(nèi)的腦脊液不同，腦室

49、旁組織間隙內(nèi)的水處在水化層，水分子圍繞髓鞘內(nèi)的蛋白分子運(yùn)動(dòng)，T1縮短。,五、影響T1、T2的物理因素,（二）大分子的影響膽固醇是一個(gè)中等大小的分子，其共振頻率接近于磁共振掃描機(jī)場(chǎng)強(qiáng)下質(zhì)子的共振頻率，故其T1短。,五、影響T1、T2的物理因素,（三）順磁性物質(zhì)的影響一個(gè)元素其外層電子數(shù)決定其原子價(jià)與化學(xué)特性，外層電子數(shù)為雙數(shù)者，該原子即不是順磁性的，在外層中任何一層的電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)即為順磁性原子；例如Fe2+，為非順磁性的，而Fe3

50、+則為順磁性原子；釓在原子核的外層軌道上有7個(gè)不成對(duì)的電子，因此順磁性很強(qiáng)。,五、影響T1、T2的物理因素,（三）順磁性物質(zhì)的影響在正常體溫的溶液中，順磁性的原子或分子與其他原子及分子一起進(jìn)行任意的運(yùn)動(dòng)，由于它們磁性很強(qiáng)，很低的濃度對(duì)鄰近磁性較弱的原子即有較大的影響。它們對(duì)各種不同頻率的波動(dòng)均起強(qiáng)化作用，包括共振的Larmor頻率在內(nèi)。,五、影響T1、T2的物理因素,（三）順磁性物質(zhì)的影響在此頻率條件下促使更多的氫核釋放能量，使

51、T1縮短，如前面所提到的任何頻率的波動(dòng)均可使氫核的進(jìn)動(dòng)頻率失去相位一致性。由于順磁性原子，對(duì)鄰近原子的磁場(chǎng)引起了波動(dòng)，從而使更快地失去相位一致性，T2縮短。,五、影響T1、T2的物理因素,（三）順磁性物質(zhì)的影響急性腦出血時(shí)，新鮮血液中所含的血紅蛋白中的鐵是Fe2+，所產(chǎn)生的信號(hào)與周圍腦組織不易區(qū)分；數(shù)日后，在正常體溫下，血紅蛋白還原成正血紅蛋白，其中的鐵為Fe3+，為順磁性的，故使T1縮短，在T1加權(quán)的磁共振圖像上為高信號(hào)。,第三

52、節(jié) MRI成像技術(shù),一、空間編碼與梯度磁場(chǎng),在磁共振成像中怎樣選定層面，又怎樣確定一個(gè)層面中各個(gè)體素內(nèi)氫質(zhì)子的密度以及其位置，這就需要在靜磁場(chǎng)內(nèi)沿X-Y-Z-軸三個(gè)互相垂直的方向各附加一個(gè)梯度磁場(chǎng)來(lái)完成，我們稱之為Gx，Gy，Gz。,一、空間編碼與梯度磁場(chǎng),這就像將三角鋼琴的88個(gè)鍵盤(pán)看成是從長(zhǎng)到短排列成梯形的88根琴弦，琴弦的長(zhǎng)度與聲音波長(zhǎng)的關(guān)系和磁場(chǎng)強(qiáng)度與質(zhì)子共振頻率的關(guān)系相似，于靜磁場(chǎng)內(nèi)疊加這樣的梯形磁場(chǎng)或梯度磁場(chǎng)，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低

53、于靜磁場(chǎng)的強(qiáng)度。它啟動(dòng)的時(shí)間必須與射頻脈沖相配合。,（一）層面的選擇,在磁共振成像中有兩種方法進(jìn)行層面選擇；一是二維成像（2-D），又稱選擇性激勵(lì)，是最常見(jiàn)的選層方法； 一種是三維成像（3-D），又稱體積成像，即在給射頻脈沖激勵(lì)時(shí)，不施加梯度磁場(chǎng)。因此整個(gè)解剖部位受到激勵(lì)，層面的形成是在圖像重建過(guò)程中進(jìn)行的。,（一）層面的選擇,做橫斷層成像是沿人體長(zhǎng)軸（Z-軸）在靜磁場(chǎng)內(nèi)加一梯度磁場(chǎng)，稱Z軸梯度（Gz），使磁場(chǎng)強(qiáng)度從足側(cè)向頭側(cè)逐漸

54、增強(qiáng)。梯度磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)很弱，每1cm場(chǎng)強(qiáng)改變只為0.0001Ｔ。在1.0Ｔ的掃描系統(tǒng)中，每cm的改變只是0.01％。,（一）層面的選擇,有了這樣的梯度磁場(chǎng)，就可以對(duì)人體內(nèi)的氫質(zhì)了做空間編碼。質(zhì)于的共振頻率與它們?cè)谔荻却艌?chǎng)內(nèi)的位置有關(guān)。,（一）層面的選擇,例如將受檢部位頭，置于1.0Ｔ的靜磁場(chǎng)的中央，由于靠足側(cè)磁場(chǎng)弱，靠頭側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)，如果射頻脈沖頻率為42.6MHz，那么只有在1.0Ｔ處的一個(gè)層面內(nèi)的質(zhì)子能受激勵(lì)，鄰近層面內(nèi)的質(zhì)于不受激勵(lì)。

55、這樣就可將組織內(nèi)各層面分開(kāi)。,（一）層面的選擇,根據(jù)Larmor公式，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比（ω０＝γＢ０）；在實(shí)際應(yīng)用中允許ω０有一個(gè)偏差范圍±Δω，即帶寬；在射頻脈沖作用時(shí)只有符合ω０±Δω范圍內(nèi)的質(zhì)子才受激勵(lì)，產(chǎn)生磁共振的信號(hào)；,（一）層面的選擇,每個(gè)層面厚度取決于梯度磁場(chǎng)的強(qiáng)度與射頻脈沖的帶寬。不難理解，當(dāng)Δω不變，梯度磁場(chǎng)越強(qiáng)，層面的厚度越薄，反之層面越厚。當(dāng)梯度磁場(chǎng)恒定，Δω越大，層面厚度越厚，

56、Δω越小，層面越薄。,在圖a與c，使用了同一帶寬的RF脈沖，其頻率64一65mHz，然而，c的梯度場(chǎng)較大，因此，層面較a薄。,（一）層面的選擇,（一）層面的選擇,如果只有Gz，只能做層面的選擇，收到的是整個(gè)一層內(nèi)所有質(zhì)子的信號(hào)，但尚不能確定該層面內(nèi)某一信號(hào)來(lái)自此層的哪一處，要解決這個(gè)問(wèn)題就需要疊加新的梯度，作質(zhì)子的頻率編碼及相位編碼。,（二）頻率編碼,頻率編碼是沿X-軸疊加一個(gè)梯度磁場(chǎng)，即X-軸梯度（簡(jiǎn)稱Gx），磁場(chǎng)強(qiáng)度從人體的右端至左

57、端逐漸增強(qiáng)。,（二）頻率編碼,當(dāng)人體一層面已經(jīng)受射頻脈沖激勵(lì)后X軸梯度開(kāi)始啟動(dòng)，在第一個(gè)梯度磁場(chǎng)Gz關(guān)閉后，質(zhì)子按同一頻率共振，不用第二次激勵(lì)。啟動(dòng)Gx，質(zhì)子根據(jù)其在第二個(gè)梯度磁場(chǎng)內(nèi)的不同位置，按新的共振頻率進(jìn)行共振，發(fā)出信號(hào)。在場(chǎng)強(qiáng)較弱的一端，共振頻率低，在場(chǎng)強(qiáng)高的一端，其共振頻率較高，從而將一個(gè)橫斷面內(nèi)的組織分成若干個(gè)行，每一行內(nèi)的質(zhì)子其共振頻率相同。,（三）相位編碼,在靜磁場(chǎng)內(nèi)沿ｙ軸疊加一梯度，即y軸梯度（簡(jiǎn)稱Gy），從人體的

58、前方向后方場(chǎng)強(qiáng)逐漸減弱。,（三）相位編碼,例如在一個(gè)4×4陣列的組織層面中，當(dāng)Gy=0，即沒(méi)有梯度時(shí)，每個(gè)體積元內(nèi)，氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率一致，磁矩指向同一方向，即相位一致，所有體積元均發(fā)出同一射頻信號(hào)。,（三）相位編碼,當(dāng)Gy短暫作用時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度從前向后逐漸減弱。上排體積元比下排體積元處于較強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)速率比下排者快，相位不同。當(dāng)Gy關(guān)閉時(shí)，所有體積元均處于同一場(chǎng)強(qiáng)中，質(zhì)子的磁矢量按相同速率進(jìn)動(dòng)，然而相位仍保持Gy關(guān)閉時(shí)的

59、位置，所有體積元發(fā)出的信號(hào)是同一頻率，但每一橫排內(nèi)的體積元其信號(hào)的相位與其余橫排內(nèi)的體積元所發(fā)出的信號(hào)相位不一致。,（三）相位編碼,（a）短暫地打開(kāi)梯度場(chǎng)。(b)進(jìn)動(dòng)頻率從頂部到底部依次減低，這一進(jìn)動(dòng)頻率的差別持續(xù)時(shí)間很短。當(dāng)關(guān)掉梯度場(chǎng)時(shí)，所有的質(zhì)子再次經(jīng)歷相同的場(chǎng)強(qiáng)，并再次具有相同的頻率。(c)這些質(zhì)子略微失去相位一致性，結(jié)果，它們以不同的相位，相同的頻率發(fā)出各自的信號(hào)，因此可加以鑒別，相應(yīng)的梯度稱為相位編碼梯度。,二、脈沖序列與

60、掃描參數(shù),磁共振成像需要進(jìn)一步了解組織特性，包括局部T1、T2弛豫時(shí)間、質(zhì)子密度以及血流對(duì)成像的作用。單個(gè)RF脈沖不能解決這些問(wèn)題，需要采用所謂脈沖序列對(duì)病人進(jìn)行掃描。脈沖序列是由一系列不同強(qiáng)度的射頻脈沖的組合，例如90°和/或180°脈沖。磁共振的信號(hào)不但取決于這些脈沖的強(qiáng)度，而且取決于各脈沖間的時(shí)間間隔和組成方式。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),從一個(gè)脈沖序列到下一個(gè)脈沖序列的重復(fù)，其間的時(shí)間間隔稱為重復(fù)時(shí)間(T

61、R)。這些參數(shù)稱為掃描參數(shù)。改變這些參數(shù)可以改變組織T1、T2弛豫時(shí)間或質(zhì)子密度對(duì)圖像亮度的響以及組織間的信號(hào)對(duì)比。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),目前臨床上應(yīng)用的脈沖序列有部分飽和（partial saturation, PS），反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversion recovery, IR），自旋回波（spin echo, SE）以及快掃描或梯度回波(gradient echo, GE)等序列。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),自旋回波脈沖序列自旋回

62、波脈沖序列（SE序列） 這是最常用的磁共振掃描技術(shù)，它是由一個(gè)90°脈沖與若干個(gè)180°脈沖組成。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),自旋回波脈沖序列由于人體的內(nèi)在磁場(chǎng)的不均衡，一個(gè)回波比前一個(gè)回波信號(hào)低。在用自旋回波技術(shù)時(shí)，組織間信號(hào)的對(duì)比取決于所選用的時(shí)間參數(shù)，即TR與TE。還取決于組織的T1及T2弛豫時(shí)間。質(zhì)子密度對(duì)信號(hào)強(qiáng)度及組織間信號(hào)的對(duì)比也有影響。,自旋回波序列T1與T2弛豫時(shí)間與組織對(duì)比的關(guān)系組織A的T2

63、比組織B長(zhǎng)，在時(shí)間2時(shí)組織間的對(duì)比要比在時(shí)間1大。.如果組織A的T2較短，對(duì)比就會(huì)根據(jù)信號(hào)采集時(shí)間而變化，在時(shí)間3時(shí)組織A的信號(hào)較B大，在時(shí)間4時(shí)二者信號(hào)相等，在時(shí)間5時(shí)組織A的信號(hào)低于組織B,二、脈沖序列與掃描參數(shù),二、脈沖序列與掃描參數(shù),短/長(zhǎng)TR或TE實(shí)際是什么？ 請(qǐng)記?。篢1為一時(shí)間常數(shù)，并非一種組織獲得其縱向磁化所需要的時(shí)間。長(zhǎng)TR大約是短TR的3倍。小于600msec的TR被認(rèn)為是短TR，長(zhǎng)于1500msec的TR則為長(zhǎng)

64、TR（僅為一個(gè)粗略的概）。短TE是盡可能短的TE，長(zhǎng)TE大約也是短TE的3倍。少于30msec為短TE，大于80msec為長(zhǎng)TE。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),使用自旋回波序列時(shí)，通過(guò)連接某一組織的T1與T2曲線，就有可能測(cè)定該組織的信號(hào)強(qiáng)度。在時(shí)間TR后的縱向磁化量等於開(kāi)始時(shí)的橫向磁化量，因?yàn)樗粌A斜了90゜。這一橫向磁化立即開(kāi)始消失， 其速率由橫向弛豫時(shí)間決定， 因而也由T2曲線決定。在時(shí)間TE后的組織信號(hào)強(qiáng)度 可以

65、從TE處（開(kāi)始於TR后） 的T2曲線上推斷出。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),選擇長(zhǎng)TR會(huì)發(fā)生什么呢？使用長(zhǎng)TR，縱向磁化時(shí)間T1的差別不再重要了，因?yàn)樗薪M織的縱向磁化都己憲全恢復(fù)。當(dāng)我們只等待一個(gè)非常短的TE時(shí)，由T2不同所致的信號(hào)強(qiáng)度差別還未顯示出來(lái)。因此，所得圖象既非T1加權(quán)， 也非T2加權(quán)，而主要由組織 的質(zhì)子密度決定，稱為質(zhì)子 密度像。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),使用長(zhǎng)TR、長(zhǎng)TE又會(huì)發(fā)生什么呢？使用長(zhǎng)TR

66、，T1差別不明顯。然而，使用長(zhǎng)TE， T2差別將突出地顯示出來(lái)。因此，圖象是T2加權(quán)象。,二、脈沖序列與掃描參數(shù),使用短TR、短TE又會(huì)發(fā)生什么呢？使用短TR，組織的縱向磁化還未完全恢復(fù)，因此，T1（它決定縱向磁化恢復(fù)的速度）差別將以信號(hào)強(qiáng)度的差別顯示出來(lái)。短TE時(shí)，T2差別不能真正地顯示出來(lái)。因此，圖象是T1加權(quán)象。,第四節(jié)MRI圖像的特點(diǎn),一、組織的MR特性決定MR圖像的組織參數(shù)有三個(gè)，即被檢組織的質(zhì)子密度、T1弛豫時(shí)間、T2弛

67、豫時(shí)間。它們代表被檢組織的組織特征，非人為所能控制和選擇的。對(duì)MR圖像的影響可從下列公式中看出： I＝KM0f1（T1）f2（T2）I為信號(hào)強(qiáng)度，Ｋ為常數(shù)，Ｍ0為被檢組織的磁化矢量，f1為T(mén)1的函數(shù)，f2為T(mén)2的函數(shù)，質(zhì)子密度的信息包括在Ｍ0內(nèi)，即單位體積內(nèi)質(zhì)子越多，Ｍ0越大。,一、組織的MR特性,（一）質(zhì)子密度（N(H)）氫原子核是由單一質(zhì)子組成，所以單位體積內(nèi)質(zhì)子數(shù)目越多，產(chǎn)生的MR信號(hào)也就越強(qiáng)，而含質(zhì)子少的組織或區(qū)

68、域（如含氣腔），不產(chǎn)生MR信號(hào)，或信號(hào)很弱。但是一般組織間，質(zhì)于密度相差不 很多，所以產(chǎn)生的MR信號(hào)差別在 圖像上形成的灰階很難用肉眼區(qū) 別，因而質(zhì)子密度成像和T1、T2 成像比較，其意義相對(duì)小。,一、組織的MR特性,（二）T1弛豫時(shí)間T1弛豫時(shí)間短的組織，縱向磁比恢復(fù)得快；T1弛豫時(shí)間長(zhǎng)的組織，縱向磁化恢復(fù)得慢。縱向磁化恢復(fù)得多及快的組織產(chǎn)生的MR信號(hào)強(qiáng)；反之，則弱。,一、組織的MR特性,（二）T1弛豫時(shí)間如

69、脂肪和腦脊液相比，主磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3Ｔ時(shí)，脂肪和腦脊液的T1弛豫時(shí)間分別為240ms和1150ms。二者產(chǎn)生的MR信號(hào)可代入公式進(jìn)行比較,故在單純T1成像中，脂肪呈白色（高信號(hào)），腦脊液呈黑色（低信號(hào)）。,一、組織的MR特性,（三）T2弛豫時(shí)間T2弛豫時(shí)間長(zhǎng)的組織，橫向磁化強(qiáng)度衰減得慢，信號(hào)就強(qiáng)。反之，T2弛時(shí)間短的組織，橫向磁化強(qiáng)度衰減得快，信號(hào)就弱。仍以主磁場(chǎng)強(qiáng)度0.3Ｔ為例，取脂肪組 織和腦脊液T2弛豫時(shí)間和信號(hào)的關(guān)系