磁共振原理讲课与骨关节应用

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T1与什么因素有关?
T1 弛豫
影响T1 驰豫的因素:
磁场强度
低磁场强度 = 驰豫快 高磁场强度 = 驰豫慢
组织晶格
紧密晶格 = 驰豫快 松散晶格 = 驰豫慢
2
T2 驰豫
T2 驰豫 横向驰豫 质子质子驰豫
3
核磁驰豫
横向驰豫:质子失去相位一 致造成
T2与什么因素有关? 内外磁场不均匀性 有杂质 弛豫快 水/液体 弛豫慢
T1
PD
T2
2
怎样加权?
选择脉冲序列和 扫描参数
T1-Weighted T2-Weighted PD-Weighted
T1加权CSF暗 T2加权CSF亮
如何加权? 如何获取MR信号?
自旋回波序(spin echo)
系列组成:由一系列有规律的90度及180度RF 脉冲组成
重复时间:2个90度RF脉冲之间的时间
参数
特点
TE=15-25 水暗
T2 加权像 TR=1500-2000
TE=90-120 水亮
质子加权像 TR=1500-2500
TE=15-25
K空间与MR成像
一幅黑白图像可以看成由若干黑白
条带图叠加而成,每幅黑白带图是一列波. 波是周期交替的强弱信号。MR图像是由 大量具有不同空间频率及相位的黑白带 波叠加而成
7T 8T 9.4T 12T人体 成像技术已基本解决 3T已占领高场MR的20%—30%
核磁共振与弛豫
原子核组成与核磁
什么样原子核能产 生核磁
质子——奇数 中子——奇数 质子和中子——都
是奇数 质子和中子都是偶
数不能产生核磁
原子核中质子数和中子数
质子数
中子数
1H
1
0
13C
6
匀+外部磁场不均 匀
180度RF脉冲使质子聚相
SE序列的MR信号
以两个质子为例 在180度脉冲作用下,分别偏转到与X 轴相对的镜影位置。 超前的变成滞后, 经过1/2TE时间后 再重聚。
180度RF脉冲的作用?
时间τ后,A点获得的相位
φA=f∫Gudt 180度作用后,A点相位 2∏-φA,再经时间τ后,A 点又获得的相位φA。经过2τ 时间,A点获得的累加相位 值为2∏。经过TE时间后, ABC三点相位完全重聚。
(列)
不同组织,病变与正 常组织怎样区别?
什麽是加权?
人体各种组织都有 自身的T1,T2及 质子密度值,根据 它们的不同来决定 图象上亮度的对比。
管乐队的指挥能左 右整个乐队的声音, 可选择某种乐器比 其他乐器声音大。
加权
• MR的优势是,当选择一个脉冲序列和 时间参数时,可选择性突出显示三种对比 权重中的一种。
θ=B1T
θ为MZ的翻转角,B1为RF强度,T为RF作 用时间
核 磁 共 振
90ºRF脉冲→纵向磁化矢量MZ由最大值到0
→横向磁化矢量Mxy由0到最大值
180 ºRF脉冲→纵向磁化矢量反方向
核磁驰豫
*RF脉冲停止后宏观磁化矢量自动恢复到平衡 状态的过程 纵向磁化矢量由0恢复到最大值 横向磁化矢量由最大值减少到0
K空间内每一点代表一个固定的 空间频率,越靠近中间区域空间频 率越低,与空间中心距离相同的 点,空间频率大小相同。 Kx代表頻率编码,Ky 代表相位编码。
数学虚拟K空间 -127——+127 HZ/FOV
K空间每一点实际上是一个空格,放入
对应该空间频率的数据,数据大小代表信 号强弱,MR每次采样产生的不同空间频 率的波,就放在K空间的每一个空格中。
TR取值应设定在两种组织T1值的平均处, TR 取值范围300到800毫秒 短TR:T1差别突出 短TE:T2差别不明显
TR=500ms
TE=15ms TE=60ms TE=90ms TE=120ms
T2加权像
TE为60至100毫秒时,不同组织间横向磁化矢量
的差异最大,为突出T2的作用应选较长TE。为减 少T1图像的影响,TR应尽量增大,使不同组织磁 化矢量已基本恢复完毕。
振幅衰减曲线时间常数为T2
静磁场 脉冲序列
<磁体 匀场线圈 梯度线圈
RF 线圈
磁体内孔
Bo
RF线圈
<梯度线圈
<匀场线圈
<磁体
before transmitting RF
人体磁化
RF Transceiver
person in magnetic field
magnet
transmitting RF
1.5T
860 780 920 3000
核磁驰豫
横向驰豫和T2时间
横向磁化矢量以指数曲线衰减, MXY衰减到 最大值37%所用时间为T2
MXY=M0e-t/T2
不同组织T2值
组织类别 脂肪 肌肉 白质 灰质 脑脊液
T2值 85 45 90 100 1400
核磁驰豫
纵向驰豫:质子群释放吸 收的能量恢复到原来高低 能态平衡的过程
7
19F
9
10
23Na
11
12
31P
15
16
氢原子核: 只有一个质子——容易产生组织磁化 人体组织中相对密度大
磁矩
质子自旋——产生磁场 磁场强弱用磁距衡量 磁距用m表示
自由空间磁化矢量为0
自由空间(无外加磁场)——磁距杂乱 无章
磁距总合称磁化矢量 磁化矢量MZ=0
静磁场Bo的作用?
波数据放在何处? K空间
K空间 是以空间频率为X、Y轴坐标单 位的虚拟坐标系
空间频率 空间一定方向上单位距离波 动的周期 单位是HZ/cm
空间频率与时间频率的区别
1、时间频率是标量,是单位时间周期 数 2、空间频率是矢量,在二维空间
KX、kY (KX2+Ky2)1/2=k θ=arctgKX/Ky
42.6 8.5
21.3
10.71 2.14 5.35
42.6 63.9 10.73 16.1
19F 31P
40.04 8.01 20.03
40.1
60.1
17.24 5.05 8.62
17.26 25.9
核磁共振
一般共振条件:
主振与被动振动物体固有频率相同 主振与被动振动物体之间有能量传递
ωo = γ Bo γ:磁旋比;Bo:静磁场;ωo:进动频率
MHZ/T
Tesla

MHZ
104高斯
不同元素质子磁旋比不同,
不同的元素质子在相同磁场强 度下Larmoy频率不同,同种元 素质子磁场强度不同Larmoy频 率也不同
进动频率表
g(磁旋比)
MHz
同位素
0.2 0.5 1.0 1.5
1H 13C
repection time(TR)
回波时间:90度RF脉冲到测量回波信号之间的
时间
Echo time(TE)TE=2τ
?去掉外磁场不均匀性的影响 ?实现加权
90度RF脉冲的作用: 产生磁共振,MZ——MXY
180度RF脉冲的作用?
T2与T2* T2:内部磁场不均
匀 T2*内部磁场不均
请记住
与液体/水相比较,脂肪/蛋白质具有短T1、 短T2
磁共振信号和自由感应信号
核磁驰豫 → 变化磁场 → 变化电场 → 感应电流 → 电信号
Free Induction Decay FID
核磁共振信号(MR) →横向磁化矢量 →T2驰豫发出的信号频率是Larmor频率
振幅以指数曲线衰减
磁共振成像
物理基础 与基本原理
磁共振发展简史
MRI
Magnetic Resonance Image
1946年美国Block,Purcell同时发现磁共振 物理现象 1972年Lauterbar指出核磁信号可建立图 像—磁共振成像 1978年MR图象质量已达到CT早期水平 20世纪80年代初完成磁共振商品化
延长TR 减小TE
质子加权像
长TR:T1差别不明显 短TE:T2差别不明显 TR=2500ms TE=15ms, TE=60ms TE=90ms, TE=120ms
请注意:
短TR和长TE无意义 TR=500ms TR=500ms TE=90ms TE=120ms
SE系列参数选择
T1 加权像 TR=500
长TR 较长TE
组织的T1依赖于主磁场强度的大小
0.35T
TR 2.0S
1.5T
TR 2.5-3.0S
3.0T
TR
T2加权像的参数
长TR:T1差别不明显 长TE:T2差别突出
TR=2500ms TE=15;60;90;120ms
质子加权像 人体软组织间质子密度的差别远 较组织的T1、T2的差异小,应最大 限度减小T1、T2对图像的影响。
核磁共振
person in magnetic field
RF Transceiver
RF Pulse
after transmitting RF
核磁弛豫
person in magnetic field
RF Transceiver
MR Signal
基础知识小结
能态

核磁 → 静磁场 → 磁共振 →

自旋回波系列设计与图像对比度
T1加权像
1、回波采集时间TE是各组织T1差异较大时 刻。几百毫秒时间差异大,弛豫开始和结束 差异小
2、有足够长TR,保证RF有足够大的纵向磁 化矢量作用
3 、T2不被突出, T2按衰减规律60-100毫秒 T2差异大
TR选几百毫秒 TE选30毫秒之内
T1加权像的参数
*质子重新排列 同向的质子数 >反向的质子数 (低能态) (高能态)
千万分之七
*质子产生进动
沿自身轴自旋,又以静磁场B0方向为轴做 大回旋,称进动或旋进(Precession)
B0
*产生纵向磁化矢量MZ、横向磁化矢量为 0
产生纵向磁化矢量
Larmoy公式
质子旋进频率的Larmoy公式
核磁共振:
主振 RF 从振
质子
RF是比X线频率低得多的电磁波
(Radio Frequence)
核磁共振发生需要两个条件:
1. RF的方向垂直于静
磁场 B0
((( ))
B0
2. RF的频率必须和质
)
子的旋进频率一致.
在静磁场中,以Larmoy频率施加垂直 于静磁场的RF脉冲,被激励质子从低 能态跃迁到高能态出现核磁共振。

旋进
RF脉冲
T1

纵向驰豫
横向驰豫 → MR信号 ↓
T2
图像由什么组成?
Voxel(体素)组成立体层的各小立方体 pixel(像素)组成图像的最小单元
怎样确定各像素点灰度 弛豫过程中磁化 矢量的强度 加权
怎样区分各像素点的MR信号 梯度磁场
怎样获取MR信号 SE序列




怎样进行层面选择和定位
和MR相关的诺贝尔奖获得者
1944
1952
1952
1981
1989
1991
2002
2003
2003
Rabi Ramsey
Bloch
Purcell
Bloembergen
Ernst
Wüthrich
Lauterbar Mansfield
超高场MRI发展十分迅速
美国FDA批准全身3T系统用于临床 2002年4月止 3T 4T 4.7T
横向磁化矢量的变化
纵向磁化矢量由零恢复到最大值
横向磁化矢量 由最大值到零
核磁驰豫
纵向驰豫和T1时间
纵向磁化矢量以指数曲线增加, MZ达到平 衡状态63%所用时间为T1
MZ=M0(1-e-t/T1)
正常组织T1值
脂肪 肌肉 白质 灰质 脑脊液
0.2T
370 390 490 1400
1.0T 240 730 680 810 2500
如何选择层厚?
梯度相同,RF频带
65
越宽,层面越厚
RF频带相同,梯度 越大,层面越薄
信号来自层面何处?
施加RF脉冲后,启动频率编码磁场 GF或称Gx(从左至右列方向)
Frequency
RF脉冲结束后,Y方向(行方向)再施加 相位编码磁场,改变同一列质子相位
GP或称Gwk.baidu.com(从前到后)Phase
(行)
梯度磁场:随距离线性变化磁场 方向:Z,X,Y 数值:10mT/m; 20mT/m-40mT/m
如何选择一个受检层面?
Z方向加梯度磁场。不同位置Larmor频率
不同,激励磁共振的RF 频率不同。选择相应 的RF频率,就可激励 相应层面
ω=γB0
1.5T 1.6T 1.4T
63.9MZ 68.1MZ 59.6MZ
180度RF脉冲消除外部磁场不均 匀的影响
奇秒的龟兔赛跑
先天特性——外部磁 场不均匀——消除
速度不能始终如一— —内部磁场不均匀— —测试
自旋回波系列设计 与图像对比度
前一周期纵向磁 后一周期横向
化矢量恢复
磁化矢量弛豫
1、90度和180度脉冲重复出现 2、前一周期纵向磁化矢量大,后一周期横向磁化矢量也大 3、纵向和横向弛豫快慢都通过横向磁化矢量测量
旋加RF脉冲,质子发生什么变化? 红萝卜 + 大棒
红萝卜 :能量传递→ 纵向磁化矢量减少
核 磁 共
振 红萝卜 + 大棒
大棒:一鞭 子→质子 同步同相 运动→产 生横向磁 化矢量
核磁共振产生横向磁化矢量
在RF作用下MZ发生偏转运动,逐渐向 XY平面偏转,在XY平面形成分量MXY, M 切割感应线圈产生感生电流
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