第一章：总论(磁共振的成像原理)

接受射频脉冲:产生2种效益
MR现象而产生2种效应:纵向磁化减少和出现横向磁化. ---不稳态
T1、T2驰豫过程同时进行
T2弛豫
MR图像的形成



氢质子群的平时状态：不产生净磁矢量。 在外加磁场状态下：产生净磁矢量。 施加射频磁场使氢质子向XY平面偏转。 停止射频脉冲，氢质子释放能量，回到Z 轴平面，释放的电磁能转化为MR信号。 在梯度磁场辅助下MR信号形成MR图像。
MR血管造影（MRA）


MRA:是利用血液的流动效应，使血管内腔 成像的技术。无创、不需造影剂，但显示 小血管不满意。 对比增强MRA:对胸腹部及四肢血管显示更 好。
MR电影成像技术

利用MRI快速成像序列对运动脏器实施快速 成像，产生一系列运动的不同时段的静态 图像，连续显示这些静态图像，即产生了 运动脏器的电影图像。
射频脉冲停止后的氢质子状态



弛豫：是指磁化矢量恢复到平衡态的过程。 有两种弛豫： T1弛豫和T2弛豫 T1弛豫：射频脉冲停止后，纵向磁化逐渐 恢复至平衡的过程（纵向矢量的增长）， 又称纵向弛豫，自旋-晶格弛豫。 T2弛豫：射频脉冲停止后，横向磁化矢量 逐渐衰减的过程，又称横向弛豫，氢核间 相互作用使相位失去一致性。
氢质子和主磁场


氢质子Hydrogen proton.含单数质子 的原子核，例如人体内广泛存在的 氢原子核，其质子有自旋运动，带 正电，产生磁矩，有如一个小磁 体 主磁场Main magnetic field. A large electric current in loops of wire at superconducting temperatures will produce a very large magnetic field. N = north, S = south.
核

原子核在磁场中能够发生共振
原子核的共振：是指原子核间能量的吸收 和释放过程。 处于低能级的原子核吸收的能量恰好等于 能级差时即跃迁到高能级水平，释放的能 量恰好等于能级差时又可回到低能级水平。
磁场产生

Electrons flowing along a wire. An electric current in a loop of wire will produce a magnetic field (black arrow) perpendicular to the loop of wire. e– = electron RadioGraphics 2005;25:1087-1099





重新按外磁场方向排列并 继续进动，并产生剩余自 旋，净磁化矢量，整个人 体处于轻度磁化状态。 平行:处于低能级 反平行: :处于高能级
什么是T1图像、
T2图像?
进动(Precession)

这些质子的自旋轴围绕磁 力线作快速锥形运动,称为 进动.(同螺陀轨迹)
Larmor方程式

MR坐标系


Coordinate system. For a typical 1.5-T cylindrical-bore imaging unit, the z axis (longitudinal direction) is often aligned with the main magnetic field; the plane perpendicular to this is called the transverse plane ] Z轴:纵坐标方向,与之垂直 的为横向平面

施加射频脉冲后的氢质子状态



通过射频线圈中的电流对人体组织施加特 定频率(Larmor频率的RF)交变磁场，诱发氢 质子产生核磁共振。 此时，净磁矢量就会偏离原来的方向（Z轴 方向）而产生横向磁化矢量，偏离Z轴的角 度称为翻转角。翻转角大小由RF大小决定. 同时这些质子同向进动，相位趋向一致。
MR水成像技术

水成像 是利用重T2WI图像，突出水的信号 为特点的成像技术。常用 MRCP MRU MRM等
水成像
MRCP
脑功能成像

脑功能性MRI成像（fMRI)：可提供人脑部 的功能信息，包括扩散成像（DI）、灌注 成像（PI）和脑活动功能成像等。
fMRI的应用
MR波谱技术

磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy,MRS）技术是以波谱形式显 示某些疾病代谢产物含量的一种技术。
正常
HIE
志愿者扣带回追 踪
视神经胶质瘤病白质束追踪 HIE患儿的视放射
胼胝体
上纵束 下纵束
皮质脊髓 束 矢状面 横断面 各神经束可随意标示为各种不同颜色
多神经束的神经束图
PWI 临床 应用
反映组织的微血管分布情况及血流灌注的状态
MRI检查技术内容
选择适当的脉冲序列和参数

成像技术包括：选择脉冲序列、增强扫描、 MR血管成像技术（ MRA）、MR电影成像 技术、 MR水成像技术、 MR功能成像技术 （fMRI）



2003年诺贝尔医学和生理学奖

Lauterbur 和 Mansfierd （2003） 获诺贝尔奖
MRI的成像基本原理与设备

l
磁共振完全不同于传统的X线和CT，它是 一种生物磁自旋成像技术， 氢原子核只有单一质子具有最强的磁矩氢 原子核中只有一个质子而不含中子，最不 稳定，最易受外加磁场的影响而发生核磁 共振现象 氢质子在人体内分布广，数量多氢原子是 人体内数量最多的物质（一个H2O分子里含 有两个氢原子） ，MRI均选用氢为靶原子
磁共振成像
Magnetic Resonance Imaging MRI
什么是磁共振成像?

概念：是利用人体中的氢原子核在磁 场中受到射频（RF）脉冲的激励而发 生核磁共振现象，产生磁共振信号， 经过信号采集和计算机处理而获得重 建断层图像的成像技术。
发展回顾

磁共振是一种物理现象，1946年美国的Block与Purcell报道 了这种现象并应用于波谱学 。 1973年 Lauterbur利用水模成功获得了氢质子二维的 MR图像（试管MRI图像）,使核磁共振不仅用于物理 学和化学。也应用于临床医学领域 1981年，取得了人体全身核磁共振的图像。使人们长期以 来，设想用无损伤的方法，既能取得活体器官和组织的详 细诊断图像，又能监测活体器官和组织中的化学成分和反 应的梦想终于得以实现。 为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称 为磁共振成象。(NMR==MR)
MRI的成像基础


人体不同器官的正常组织与病理组织的T1是相对 固定的，而且它们之间有一定的差别，T2也是如 此。这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成 像基础。有如CT时，组织间吸收系数（CT值）差 别是CT成像基础的道理。 但MRI不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是 有T1、T2和自旋核密度（P）等几个参数，其中 T1与T2尤为重要。因此，获得选定层面中各种组 织的T1（或T2）值，就可获得该层面中包括各种 组织影像的图像

ห้องสมุดไป่ตู้


梯度线圈，修改主磁场，产生梯度磁场。其磁场 强度虽只有主磁场的几百分之一。但梯度磁场为 人体MR信号提供了空间定位的三维编码的可能， 梯度场由X、Y、Z三个梯度磁场线圈组成，并有 驱动器以便在扫描过程中快速改变磁场的方向与 强度，迅速完成三维编码。 梯度场左右图像的空间分辨率
射频系统



射频发射器与MR信号接收器为射频系统，射频发 射器是为了产生临床检查目的不同的脉冲序列， 以激发人体内氢原子核产生MR信号。 射频发射器及射频线圈很象一个短波发射台及发 射天线，向人体发射脉冲，人体内氢原子核相当 一台收音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢 原子核变成一个短波发射台，而MR信号接受器则 成为一台收音机接收MR信号。 脉冲序列发射完全在计算机控制之下。
Larmor equation. The Larmor equation allows us to determine the frequency of precession of a proton in a magnetic field
每秒的旋转次数为进 动频率,与外磁场强度 成正比,可由Larmor方 程式算出
T1WI
T2WI
MRI设备

磁体：永久磁体、阻抗磁体、超导磁体

射频系统：包括射频发射器、信号接收 器两部分，用于产生不同的脉冲序列， 以激发体内氢原子核，产生MR信号。
梯度线圈：修改主磁体场，产生梯度场， 用于选择层面和信息的空间定位。 数据处理与图像显示：与CT设备相似。 辅助设备



梯度系统(线圈)


多参数成像
如图像主要反映的是组织间T1特征参数时，为T1 加权像（T1 weighted imaging, T1WI）；如主要反 映组织间T2特征参数时，为T2加权像（T2 weighted imaging, T2WI）；如主要反映组织间质 子密度的差别则为质子密度加权像（proton density weighted imaging, PdWI）。
二、 MRI图像特点



1 2 3 4 5
多参数灰阶成像 （ T1WI、T2WI 、PDWI） 多方位断层成像 （ T S C ） 流空效应 MRI对比增强效应 伪彩色的功能图象
1、多参数灰阶成像

同CT成像一样，MRI图像也是重建的灰阶成像。
CT图像，其灰度反映的是组织密度， 而MRI的图 像主要反映的是弛豫时间T1与T2的长短和质子密 度的差别。 每一种组织都具有特定的T1、T2值和质子密度。


质子弛豫增强效应：顺磁性物质做为对比 剂可缩短周围质子的驰豫时间，来提高MRI 影像对比度。 钆（Gadolinium, Gd）是顺磁性物质，可用 作MRI的对比剂。
5 伪彩色的功能图象

利用不同的功能成像技术，可使正常组织 结构或病变组织以伪彩色的影像显示在解 剖影像的背景上。
DTI临床应用
MRI检查技术
脉冲序列：它控制着系统施加RF
脉冲、梯度和数据采集的方式，并 由此决定图像的加权、图像质量以 及对病变显示的敏感性。
常用脉冲序列

自旋回波（spin echo SE）序列、
梯度回波（gradient echo,GRE）序列 反转恢复（inversion recovery,IR）序列

2 多 方 位 成 像
3、流空效应

对一个层面施加900脉冲时，层面内已受到 激励的、快速流动的液体，在接收信号时， 已离开了受检层面，从而接收不到信号， 这一现象称之为流空现象。
血管的流空现象使血管腔不使用对比剂即 可显影，是MRI成像中的一个特点。流空的 血管腔呈黑影。

4、MRI对比增强效应

常用1H波谱技术。
对一些由于体内代谢物含量改变所致的 疾病有一定的诊断价值。


SE脉冲序列
图像质量高，用途广、可对病变敏感。缺点是扫 描时间相对较长。
反转恢复脉冲序列
脂肪抑制（STIR）
反转恢复脉冲序列
水抑制（FLAIR）


IR脉冲序列的主要优点是T1对比效果好， SNR高； 缺点是扫描时间长。
常规GRE脉冲序列

常规GRE脉冲序列扫描速度快，可用于屏 气腹部单层面快速扫描、动态增强扫描、 血管成像、关节病。
氢核像小磁棒

氢原子核像一个具有自旋能力的小星球， 它带电荷，自旋进动必然产生磁矩，这种 小磁场颇似一个旋转的小磁棒。
质子进入强外磁场前后的排列状态

平时人体内的氢原子核处于无 规律的排列状态进动状态，其 磁矩与角动量互相抵消，整个 人体不显磁性。
在一个强外磁场中，就会发生 改变。它们仅在平行或反平行 于外磁场两个方向上排列 在这种状态下，质子带正电荷， 它们像地球一样在不停地绕轴 旋转，并有自己的磁场
这样同一层面就有T1WI、T2WI和PdWI三种图像。 因此，MRI是多参数成像。
磁共振信号

在描述MRI图像的黑影与白影时，不论在那种加权像上， 都用信号的高低来表达: 高信号表达白影，中等信号表达灰影，低信号表达黑影。 混杂信号含两种以上信号。 也常用T1或T2的长短来描述: T1短、信号高，图像白；T1长、信号低、图像黑 T2短、信号低，图像黑；T2长、信号高、图像白 短T1和长T2表达白影，长T1和短T2表达黑影。