磁共振成像基础知识

IR序列M的变化过程
IR序列特点
IR序列具有强T1对比特性； • 可设定TI，饱和特定组织产生具有特征
性对 比图像(STIR、FLAIR)； • 短 TI 对比常用于新生儿脑部成像； • 采集时间长，层面相对较少。
STIR序列(Short TI Inversion Recovery)
在IR恢复过程中，组织的MZ都要过0点，但时间不 同。利用这一特点，对某一组织进行抑制。
超导型
优点：1.场强高(0.5-3.0T) ；2.磁场稳 定均匀；3.成像速度快，图象质量好。
缺点：1.造价高；2.需要补充液氦和 液氮；日常维护费用高。
梯度线圈
梯度线圈性能的提高 磁共振成像速度加 快
梯度线圈性能指标 梯度场强 20mT/m 切换率 50mT/m.s
脉冲线圈
作用：激发人体产 生共振；采集MR信 号
质子密度加权像
长TR、短TE——质子密度加权像，图像特点：
组织的 H 越大，信号就越强； H 越小，信号 就越弱。
脑白质：65 % 脑灰质：75 % CSF： 97 %
常规SE序列的特点
最基本、最常用的脉冲序列。 得到标准T1 WI 、 T2 WI图像。 T1 WI观察解剖好。 T2 WI有利于观察病变，对出血较敏感。 伪影相对少（但由于成像时间长，病人易
180- 90-{180-Echo}n
180°脉冲反转脉冲结束后，无MXY的存在，MZ开 始恢复，等MZ过了0点后，在时刻 t=TI (Time of In version反转时间)，再施加一个 90°脉冲(此后的脉 冲方式同SE)，再施加180°脉冲，就可以得到回波信 号。IR序列的TR一般为1800～2500ms，而TI=400～60 0ms。
方向和大小的物理量）
7、组织净磁化向量即受静磁场的作用（相当于陀 螺受到重力作用），也受射频磁场的作用（相当 于对陀螺顶端水平方向的弹力）。当有射频磁场 （频率单一的电磁波）作用于H质子时，只要射频 磁场频率与磁化矢量进动频率相同，H质子吸收其 能量，磁化矢量进动角度将会越来越大。
8、射频脉冲（RF）愈长，进动角度愈大，可以使进 动角度增加到900的RF称900 RF。在垂直于主磁场 的RF作用下，氢质子同步旋转进动，逐渐从Z轴倒 向XY平面旋转，形成新的磁化矢量，称“横向磁 化矢量” （或虽然没有完全倒向XY平面，但由于 RF的作用，使氢质子旋转进动同步，净磁化矢量 在XY平面形成的分量亦称～ ） 。
在任何序列图像上，信号采集时刻横向的磁化 矢量越大，MR信号越强。
T1加权像
短TR、短TE——T1加
权像，T1像特点：组 织的T1越短，恢复 越快，信号就越强
；组织的T1越长， 恢复越慢，信号就
越弱。
T2加权像
长TR、长TE——T2 加权像， T2像特 点：组织的T2越长 ，恢复越慢，信号 就越强；组织的T2 越短，恢复越快， 信号就越弱。
梯度磁场
由主磁体提供的静磁场，在成像空间内其磁 场是均匀的，而梯度磁场却是在静磁场中放入通 电线圈，产生新的磁场，使磁场中的一点的磁场 比另一点强，从而获得MR成像的位置信息。
目前设计的梯度磁场有三种：层面选择梯度 磁场，频率编码梯度磁场和相位编码梯度磁场。
这三种梯度磁场由三个梯度磁场来完成，这 三个梯度磁场的方向均按3个基本轴线（X、Y、Z 轴）的方向，联合使用梯度磁场亦可获得任意斜 面的图像。通常GZ指人体自头至脚的梯度磁场， GX指左右梯度磁场，GY指前后梯度磁场。
磁共振成像概述
磁共振成像的历史
1946年，美国斯坦福大学的Bloch和哈佛大 学的Purcell发现了物质的核磁共振现象
1978年，英国诺丁汉大学和阿伯丁大学的 物理学家获得了第一幅人体头部的核磁共 振图像
后来为了区别核医学成像，不引起误解， 将核磁共振成像（NMR）称为磁共振成像（ MRI）
FLAIR序列
SE T2加权
FLAIR，脑室水被抑制， 白质信号更清楚
IR序列的运用
脑部IR的T1加权可使灰白质的对比度更大。 眼眶部STIR能抑制脂肪信号，增加T2对比，使 眼球后球及视神经能更好显示。 脊髓采用FLAIR技术能抑制脑脊液搏动产生的 伪影，以利于显示颈、胸段脊髓病变。 肝部微小病变，使用IR能处到较好显示。 关节使用IR能同时提高水及软骨的敏感性。
层面选择
在固定的主磁场上附 加一个线性的梯度磁 场，就会在受检体上 形成不同共振频率的 空间坐标。如右图， 在1.0T的磁场中，加 入一个梯度磁场，则 一端场强高，氢质子 共振频率也高，另一 端场强低，氢质子共 振频率也低。选用不 同频率的RF去激励相 应位置的质子，就可 以达到选择层面的目 的。
脉冲序列
脉冲序列：是一具有特定时序和幅度的射频 脉冲。
重 要 性： 控制着系统施加RF脉冲、梯度和 数据采集方式，并决定图像的加 权、图像质量及对病变显示的敏 感性。
分 类： 分三类： SE 、IR 、GRE
SE (Spin echo)脉冲序列
1、常规SE序列：是一个以900-1800为
序列的脉冲序列，先施加一个900脉冲 ，继而施加一个1800复相位脉冲使质子 相位重聚，产生自旋回波信号。
如脂肪，由于其T1时间比其他组织短，取TI=0.6 9T1(T1为脂肪弛豫时间)，脂肪的信号好过0点，接收 不到它的信号。突出其他组织。
STIR应用于膝关节
常规
膝盖矢状像（脂肪抑制）
FLAIR序列
当T1非常长时，几乎所有组织的MZ都已恢复，只有 T1非常长的组织的 MZ接近于0，如水，液体信号被抑 制，从而特出其他组织。FLAIR (Fluid Attenuation IR) 常用于对CSF抑制。
提 示 不同组织有着不同横向
(T2)弛豫或/和纵向(T1) 弛豫速度，是MRI显示解 剖结构和病变的基础。
14、氢质子的 上述吸收和 释放能量的 过程称“共 振”，共振 的条件是射 频脉冲的频 率和氢质子 的拉莫尔频 率一致。
MRI形成的基本理论
根据拉莫尔方程，质子的进动频率与场强成 正比，若（利用梯度磁场）令病人体内空间各点 的场强不同，不同空间位置的质子将以不同的频 率进动,则产生的MR信号频率也不同，藉之就能确 定MR信号产生的部位。
成像平面信号的定位
在平面内是采用频率梯度磁场改变氢质子的进动 频率，运用相位梯度磁场短时间作用于氢质子来 改变其相位，从而确定各自位置的。
傅里叶变换
傅里叶变换的功能是将信号从时间阈值转换为频 率阈值 ，用于“翻译”频率与相位编码的信号成 份。通过傅里叶变换每个复合信号都被分解成一 系列具体与体素相应的频率成分。
脉冲线圈的进步显 著提高了MR图像的 质量
计算机系统
用于数据 的运算、 显示图像 、控制扫 描。
MRI的物理学基础
磁共振中的基本物理学概念 1、物质是由原子构成的，而
原子是由核外电子和原子 核组成的。 2、不同物质其原子核由不同 数目的质子和中子组成。 3、氢核内没有中子，只有单 个质子，带正电，作自旋 运动，产生磁场，并具有 极性。人体内含有丰富的 氢质子，各自极性排列杂 乱无章。目前的MRI都是利 用1H核成像
MRI扫描仪的基本硬件构成
一般的MRI仪由以下几部分组成
主磁体 梯度线圈 脉冲线圈 计算机系统 其他辅助设备
主磁体
主磁体为一种外加磁场，磁共 振成像就是在这种外加磁场内进行的。 按主磁体的类型不同，可将磁共振成像 仪分为以下三种类型：
1.永磁型 2.常导型 3.超导型
永磁型
优点：1.造价与维护费用更低，不耗电， 不需冷冻剂；2.磁力线垂直于孔腔，使用螺 旋管线圈，可提高信噪比。
产生运动）。 成像速度慢。
2、FS脉冲后施加
多次1800复相位脉冲，取得多次回波并进行 多次相位编码，即在一个TR间期内完成多条 K空间线的数据采集，使扫描时间大大缩短 。
在一次成像中得到同一层面的不同加 权性质的图像。
FSE序列时序图
扫描参数： T1WI--短TE，20ms TR,300～600ms ETL—2～6
11、撤消RF后，新建立的横向磁化矢量逐步消失 ，称“横向弛豫”，反映横向磁化衰减、丧失的 过程。其消失至最大值37%所需的时间称该组织的 “T2”。
13、纵向磁化矢量逐步恢复，称“纵向弛豫”。其 反映自旋核把吸引的能量传递给周围晶格所需的 时间。其恢复到原来大小的63%所用时间称该组织 的“T1”。
í FISP(Fast imaging with stead state pre
cession) 增强残余横向磁化矢量
FLASH
采用“破坏(扰相)”残余横向磁化矢量。在 数据采集结合后，在沿层面选择梯度方向施加 “破坏”梯度，使用残存的横向磁化矢量加速去 相位，从而消除上一周期残存的横向磁化。
颈5椎体陈旧性骨折伴颈髓外伤后软化。 (2) F LASH(600/35/25)颈髓内病灶中长T2改变。
4、带正电荷的H质子围绕自身轴旋转,称“自 旋”。该自旋轴亦围绕某一轴旋转，称“进 动”。
5、人体进入均匀的磁场B0中,杂乱无章的H 原子核逐渐按主磁场方向排列并继续进动 （进动轴与B0一致），即“磁化”。
↑B0
6、在常温的状态下顺 静磁场B0排列的氢质 子数比逆向排列者多 10-6倍。故净磁化矢 量M在Z轴上的分量与 静磁场B0方向一致， 称“纵向磁化矢量（ M0）”。由于各个氢质 子进动不同步，故在XY 平面上的分量相互抵 消，为0。（矢量是具有一定
9、组织的磁化矢量是由许许多多质子的成分所构 成的，每个质子的进动频率也直接取决于主磁场 强度。主磁场强度和磁化矢量进动频率之间遵循 拉摩尔方程
f=γB0/2π
f是进动频率，B0是主磁场强度，γ是磁旋比，对 于每一种原子核，磁旋比是一个常数，氢质子的 磁旋比约为42.58
10、磁化矢量在XY平面旋进，产生变化的磁场，根 据法拉第定律，若在磁场内有一个线圈，则会在 线圈内产生变化的电流，即MR信号，这是一个释 放能量的过程。
就象一个乐队演出的乐曲，是一个多频率的复合信 号，我们的耳朵能够分辨出每一个声调和频率，能 区分出钢琴、小提琴及其它乐器，是因为我们的听 神经具有傅里叶变换的能力。
图像重建
如前所述，傅里叶变换可 将复合信号的频率和相位 成分区分开。故沿着一个 平面的两个垂直方向行相 位（行）和频率（列）编 码，便可得到该层面每个 体素的信息。就象电影院 座位按排、行编号那样， 各个体素由不同的频率和 相位组合，在矩阵中有其 特有的位置,再由计算机计 算出每个体素的灰阶值， 就得出一幅MR图像。
T2WI--长TE，100 长TR，4000 ETL—8～12
优 点： 时间短，显示病变。 缺 点： 对出血不敏感，伪影多等。
FSE序列T1WI和T2WI
反转恢复序列(Inverse Recovery,IR)
IR序列是用来得到最 佳T1像的成像序列。
IR序列是由一个1 80°反转脉冲使 Mz0 反 转，此后脉冲同SE序 列。
90脉冲间隔时间——TR(Time of Repetition， 重复时间)；90至获取回波的时间——TE(Tim e of Echo，回波时间)。
T1加权成像、T2加权成像
所谓的加权就是“突出”的意思
T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫（ 纵向弛豫）差别
T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫（ 横向弛豫）差别。
梯度回波(Gradient Echo, GRE)
GRE不采用180 脉冲对相位聚合，而用一 对极性相反去相位梯度场与相位聚合梯度场 ，采用小角度翻转角便纵向磁化快速恢复， 缩短了TR时间，提高成像速度。
GRE有两个基本序列：
í FLASH(Fast Low Angle Shot)消除残余横向
磁化矢量
缺点：1.场强较低，0.3-0.35T；2.重量 过大；3.磁场均匀性受室温的影响大，对室 温要求高（波动范围＜1℃）；4.成像速度 慢。
常导型
优点：1.造价低；2.磁体重量轻；3.磁 场可关闭
缺点：1.耗电量大；2.场强低0.2-0.4 T；3.产热量大，需大量循环水冷却；4. 磁场均匀性受磁体温度的影响大。