第十章 磁共振成像
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1986年
中国成立安科公司；
1989年
中国开发出第一台MRI；
1998年
世界磁共振成像年；
2002年
全球已经大约有2.2万台MRI…
2003年
Lauterbur和Mansfield获得2003年诺贝尔生物医学 奖
MR成像优点
• • • • • 成像参数多,为临床MRI诊断提供丰富信息 高对比成像 任意方位断层成像 无须使用对比剂即能观察心脏和血管结构 进行人体能量代谢研究，可直接观察细胞 活动的生理和生化信息 • 无电离辐射 • 可消除气体和骨骼伪影的干扰
磁共振成像
Magnetic Resonance Imaging
MRI
Nuclear Magnetic Resonance Imaging
首字母缩写
:NMRI
为了和核技术及核的放射性危害区分开来，临床医生 建议去掉N，简称为磁共振成像（
MRI）
磁共振成像
• MRI是指原子核在磁场中受射频脉冲激励发生共 振并产生信号，再经计算机将信号记录、分析、 处理、重建为数字图像的一种成像技术。其物理 学基础是核磁共振现象（NMR）。
计算机系统
• 硬件 中心处理器及阵列处理器 硬盘 磁带或光盘 MR处理器 图像存储显示器 操作台 工作站 • 软件 系统软件、应用软件
辅助设备
• • • • • • • • 检查床 定位系统 液氦和冷却系统 空调 图像传输 存储及胶片处理系统 生理监控仪 磁屏蔽装置
组成人体的最基本的结构单元是什么 ？ 人体是由100万亿左右个细胞构成的， 我们人体是由各种各样的细胞有机结合在 一起方才构成了血肉丰满的躯体。也就是 说：构成我们人体的组织和器官的基本单 位是细胞。
磁共振现象
• 磁场中做进动的原子核可以吸收频率与其 进动频率相同的电磁波，当原子核恢复原 状时，会把吸收的能量释放出来。 • 磁共振现象是指原子核在进动中吸收外界 能量产生能级跃迁的现象。 • 外界能量是指一个激励电磁场(射频，RF磁 场) 。磁共振现象的必要条件其频率等于的 进动频率相同。
• 目前研究最多的是1H的核磁共振。
1973年 美国纽约州立大学的Lauterbur利用梯度磁场进行空间定 位，获得两个充水试管的第一幅磁共振图像；1974年做出 了活鼠的核磁图像。（2003年诺贝尔生物医学奖） 1977年 英国科学家Mansfield又进一步验证和改进了这种方法， 并发现不均匀磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘 制成物体内部结构图像。（2003年诺贝尔生物医学奖）
0
：主磁场场强
相同的原子核在强度不同的主磁场中 进动频率是不同的。
f= . 0/2π
• （1）场强相同，不同的原子核， 不同， 则进动频率亦不同。根据不同的进动频率， 可以分辨出不同的核； • （2）相同的核处在不同场强中，其进动频 率也不同。 • 不同部位的同类核，受梯度磁场的作用， 有不同的进动频率。根据进动频率的线性 变化，可判断出释放信号核的相应部位。
第一节 MR成像原理
一、MR成像设备系统 磁体系统 梯度系统 射频系统 计算机系统 辅助设备
磁体系统 •MRI按磁场产生方式分类
主 磁 体
永磁
常导
电磁 超导
பைடு நூலகம்
0.35T 永磁磁体
1.5T 超导磁体
三种常见磁体 (1)永磁磁体：该类磁体没有昂贵和复杂的附加设 备，操作维护比较简单。主磁体由多块小磁体组合 而成，磁场的均匀性较差，磁场强度0.3T。 (2)常导磁体： 常导磁体由常规的铜或铝线绕制 成同轴三线圈或四线圈的风冷或水冷式空芯磁体， 磁场强度一般可达0．2 ～ 0.4T，其特点是造价低 、耗电量大，场强和磁场均匀度都难以提高。 (3)超导磁体：由超导铌-钛合金细线绕制成的空芯 线圈，由液氮和液氦双重冷却。超导体在低温下可 出现无电阻状态。该类磁体的特点是磁场强度高， 均匀度好，耗电量小，但维持费用高。
• 根据磁场强度将磁体系统分为： 低磁场 （<0.5 T） 中磁场 （1.0 T） 高磁场 (1.5 T) 超高磁场（>3.0T）
梯度系统
• • • • • 梯度线圈 梯度放大器 数模转换器 梯度控制器 梯度冷却装置
射频系统
• 发射部分 RF发射器，由射频发射线圈、射频发 生器、脉冲序列发生器、功率放大器等构 成，RF主要产生90°和180°脉冲。 • 接收部分 MR接收器，由射频接收线圈、前置 放大器、接收器、变频器和检波器构成。 主要功能，接收人体MR信号，放大并经 A/D转换输入计算机。
核磁共振成像技术发展简史2
1966年 瑞士物理化学家Richard Ernst研制出脉冲傅利叶 变换核磁共振谱仪(ETNMR)，获得了1991年诺贝尔 化学奖。 1971年 美国纽约州立大学的R.Damadian利用磁共振波谱 仪对小鼠研究发现，癌变组织的T1，T2弛豫时间 比正常组织长。
核磁共振成像技术发展简史3
MRI发展的重要里程碑
1978年
英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像；
1980年
第一副人体胸腹部MR图像产生，MRI设备商业 化；
1984年
美国FDA批准核磁共振使用于临床；
(美国食品药物管理署的英文缩写,
英文全称为： Food and Drug Administration )
MRI发展的重要里程碑
• 利用人体内固有的原子核，在外加 磁场作用下产生共振现象，吸收能 量并释放MR信号，将其采集并作 为成像源，经计算机处理，形成人 体MR图像。
所有物质都是由非常 微小的、不可再分的物质 微粒即原子组成 。
原子结构
电子：负电荷 中子：无电荷
质子：正电荷
MRI成像基本原理
自旋：原子核具有一定大小和质量，可视作一个球体，总 以一定频率围绕自身轴不停地旋转。我们将原子核的这一 特性成为自旋（spin）。
MRI检查技术的局限性
• • • • 成像速度慢 对钙化和骨皮质不敏感 图像易受多种伪影影响 禁忌症多，使用范围受限
第一节 磁共振成像原理 MR成像设备系统 MR现象 弛豫过程 MR信号 MRI的空间定位及图像重建 第二节 MRI显示技术 脉冲序列及相关参数 常用脉冲序列及应用 MRI质量控制 流动现象及补偿技术 伪影及补偿技术 MRI对比剂 特殊的影像显示技术 第三节 MRI检查技术的临床应用 MRI检查注意事项 人体各部位MRI检查
• 磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。 • 并非所有原子核都能自旋产生磁场，当原 子核的中子数或质子数至少有一项为奇数 时，这个原子核自旋才能产生磁场。
MRI 成像基本原理
• 含奇数质子的原子核均在其自旋过程中 产生自旋磁动量，即磁矩以矢量描述 • 核磁矩的大小是原子核的固有特性，它 决定MRI信号的敏感性 • 氢原子核只有单一质子具有最强的磁矩
MRI用于医学诊断的基础
– 氢原子核只有单一质子，具有最强的磁矩； – 人体2/3的重量为水分，氢质子在人体内分布广， 数量多，MRI均选用氢为靶原子核； – 人体内器官和组织中水分并不相同，很多疾病的 病理过程会导致水分形态的变化，即可由磁共振 图像反映出来。
• 人体是否就是一个“磁体”，会产生磁场 呢？ • （收音机信号干扰）
• 利用人体内固有的原子核，在外加磁 场作用下产生共振现象，吸收能量并 释放MR信号，将其采集并作为成像源， 经计算机处理，形成人体MR图像。
核磁共振成像技术发展简史1
1946年 美国哈佛大学的 E.Purcell 及斯坦福大学的 F.Bloch 领导的两个研究小组各自独立地发现了 磁共振现象。 1952年 Purcell 和 Bloch 共同获得诺贝尔物理学奖；
进动
• 进动：进入主磁场后， 质子自身旋转的同时 又以主磁场B。方向 为轴作旋转运动。
•这与陀螺类似，陀螺在 旋转时，其自旋轴倾斜， 在重力作用下，以一定 的夹角旋转。
进动频率 • 拉莫尔方程（Larmor） f= . 0/2π
f：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比 （常数）
42.5兆赫 / T
• 正常状态下各原子核自旋所产生的磁矩， 呈随机排列，方向杂乱。 • 各质子的磁化矢量相互抵消，人体无磁性。
正常状态下的氢核
磁场作用下的原子核 – 按一定规律排列； – 仅在平行或反平行于外磁场两个方向上 排列，平行磁场方向的质子多于反平行 方向；
进入主磁场后，人 体内质子自旋产生的小 磁场与B。平行排列， 此时多数处于低能稳定 状态的质子自旋产生的 小磁场与B。平行同向 ；少数处于高能不稳定 状态的质子自旋产生的 小磁场与B。平行反向 。二者抵消后，组织中 最后产生的磁场称为宏 观磁化矢量，用M。表 示。
中国成立安科公司；
1989年
中国开发出第一台MRI；
1998年
世界磁共振成像年；
2002年
全球已经大约有2.2万台MRI…
2003年
Lauterbur和Mansfield获得2003年诺贝尔生物医学 奖
MR成像优点
• • • • • 成像参数多,为临床MRI诊断提供丰富信息 高对比成像 任意方位断层成像 无须使用对比剂即能观察心脏和血管结构 进行人体能量代谢研究，可直接观察细胞 活动的生理和生化信息 • 无电离辐射 • 可消除气体和骨骼伪影的干扰
磁共振成像
Magnetic Resonance Imaging
MRI
Nuclear Magnetic Resonance Imaging
首字母缩写
:NMRI
为了和核技术及核的放射性危害区分开来，临床医生 建议去掉N，简称为磁共振成像（
MRI）
磁共振成像
• MRI是指原子核在磁场中受射频脉冲激励发生共 振并产生信号，再经计算机将信号记录、分析、 处理、重建为数字图像的一种成像技术。其物理 学基础是核磁共振现象（NMR）。
计算机系统
• 硬件 中心处理器及阵列处理器 硬盘 磁带或光盘 MR处理器 图像存储显示器 操作台 工作站 • 软件 系统软件、应用软件
辅助设备
• • • • • • • • 检查床 定位系统 液氦和冷却系统 空调 图像传输 存储及胶片处理系统 生理监控仪 磁屏蔽装置
组成人体的最基本的结构单元是什么 ？ 人体是由100万亿左右个细胞构成的， 我们人体是由各种各样的细胞有机结合在 一起方才构成了血肉丰满的躯体。也就是 说：构成我们人体的组织和器官的基本单 位是细胞。
磁共振现象
• 磁场中做进动的原子核可以吸收频率与其 进动频率相同的电磁波，当原子核恢复原 状时，会把吸收的能量释放出来。 • 磁共振现象是指原子核在进动中吸收外界 能量产生能级跃迁的现象。 • 外界能量是指一个激励电磁场(射频，RF磁 场) 。磁共振现象的必要条件其频率等于的 进动频率相同。
• 目前研究最多的是1H的核磁共振。
1973年 美国纽约州立大学的Lauterbur利用梯度磁场进行空间定 位，获得两个充水试管的第一幅磁共振图像；1974年做出 了活鼠的核磁图像。（2003年诺贝尔生物医学奖） 1977年 英国科学家Mansfield又进一步验证和改进了这种方法， 并发现不均匀磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘 制成物体内部结构图像。（2003年诺贝尔生物医学奖）
0
：主磁场场强
相同的原子核在强度不同的主磁场中 进动频率是不同的。
f= . 0/2π
• （1）场强相同，不同的原子核， 不同， 则进动频率亦不同。根据不同的进动频率， 可以分辨出不同的核； • （2）相同的核处在不同场强中，其进动频 率也不同。 • 不同部位的同类核，受梯度磁场的作用， 有不同的进动频率。根据进动频率的线性 变化，可判断出释放信号核的相应部位。
第一节 MR成像原理
一、MR成像设备系统 磁体系统 梯度系统 射频系统 计算机系统 辅助设备
磁体系统 •MRI按磁场产生方式分类
主 磁 体
永磁
常导
电磁 超导
பைடு நூலகம்
0.35T 永磁磁体
1.5T 超导磁体
三种常见磁体 (1)永磁磁体：该类磁体没有昂贵和复杂的附加设 备，操作维护比较简单。主磁体由多块小磁体组合 而成，磁场的均匀性较差，磁场强度0.3T。 (2)常导磁体： 常导磁体由常规的铜或铝线绕制 成同轴三线圈或四线圈的风冷或水冷式空芯磁体， 磁场强度一般可达0．2 ～ 0.4T，其特点是造价低 、耗电量大，场强和磁场均匀度都难以提高。 (3)超导磁体：由超导铌-钛合金细线绕制成的空芯 线圈，由液氮和液氦双重冷却。超导体在低温下可 出现无电阻状态。该类磁体的特点是磁场强度高， 均匀度好，耗电量小，但维持费用高。
• 根据磁场强度将磁体系统分为： 低磁场 （<0.5 T） 中磁场 （1.0 T） 高磁场 (1.5 T) 超高磁场（>3.0T）
梯度系统
• • • • • 梯度线圈 梯度放大器 数模转换器 梯度控制器 梯度冷却装置
射频系统
• 发射部分 RF发射器，由射频发射线圈、射频发 生器、脉冲序列发生器、功率放大器等构 成，RF主要产生90°和180°脉冲。 • 接收部分 MR接收器，由射频接收线圈、前置 放大器、接收器、变频器和检波器构成。 主要功能，接收人体MR信号，放大并经 A/D转换输入计算机。
核磁共振成像技术发展简史2
1966年 瑞士物理化学家Richard Ernst研制出脉冲傅利叶 变换核磁共振谱仪(ETNMR)，获得了1991年诺贝尔 化学奖。 1971年 美国纽约州立大学的R.Damadian利用磁共振波谱 仪对小鼠研究发现，癌变组织的T1，T2弛豫时间 比正常组织长。
核磁共振成像技术发展简史3
MRI发展的重要里程碑
1978年
英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像；
1980年
第一副人体胸腹部MR图像产生，MRI设备商业 化；
1984年
美国FDA批准核磁共振使用于临床；
(美国食品药物管理署的英文缩写,
英文全称为： Food and Drug Administration )
MRI发展的重要里程碑
• 利用人体内固有的原子核，在外加 磁场作用下产生共振现象，吸收能 量并释放MR信号，将其采集并作 为成像源，经计算机处理，形成人 体MR图像。
所有物质都是由非常 微小的、不可再分的物质 微粒即原子组成 。
原子结构
电子：负电荷 中子：无电荷
质子：正电荷
MRI成像基本原理
自旋：原子核具有一定大小和质量，可视作一个球体，总 以一定频率围绕自身轴不停地旋转。我们将原子核的这一 特性成为自旋（spin）。
MRI检查技术的局限性
• • • • 成像速度慢 对钙化和骨皮质不敏感 图像易受多种伪影影响 禁忌症多，使用范围受限
第一节 磁共振成像原理 MR成像设备系统 MR现象 弛豫过程 MR信号 MRI的空间定位及图像重建 第二节 MRI显示技术 脉冲序列及相关参数 常用脉冲序列及应用 MRI质量控制 流动现象及补偿技术 伪影及补偿技术 MRI对比剂 特殊的影像显示技术 第三节 MRI检查技术的临床应用 MRI检查注意事项 人体各部位MRI检查
• 磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。 • 并非所有原子核都能自旋产生磁场，当原 子核的中子数或质子数至少有一项为奇数 时，这个原子核自旋才能产生磁场。
MRI 成像基本原理
• 含奇数质子的原子核均在其自旋过程中 产生自旋磁动量，即磁矩以矢量描述 • 核磁矩的大小是原子核的固有特性，它 决定MRI信号的敏感性 • 氢原子核只有单一质子具有最强的磁矩
MRI用于医学诊断的基础
– 氢原子核只有单一质子，具有最强的磁矩； – 人体2/3的重量为水分，氢质子在人体内分布广， 数量多，MRI均选用氢为靶原子核； – 人体内器官和组织中水分并不相同，很多疾病的 病理过程会导致水分形态的变化，即可由磁共振 图像反映出来。
• 人体是否就是一个“磁体”，会产生磁场 呢？ • （收音机信号干扰）
• 利用人体内固有的原子核，在外加磁 场作用下产生共振现象，吸收能量并 释放MR信号，将其采集并作为成像源， 经计算机处理，形成人体MR图像。
核磁共振成像技术发展简史1
1946年 美国哈佛大学的 E.Purcell 及斯坦福大学的 F.Bloch 领导的两个研究小组各自独立地发现了 磁共振现象。 1952年 Purcell 和 Bloch 共同获得诺贝尔物理学奖；
进动
• 进动：进入主磁场后， 质子自身旋转的同时 又以主磁场B。方向 为轴作旋转运动。
•这与陀螺类似，陀螺在 旋转时，其自旋轴倾斜， 在重力作用下，以一定 的夹角旋转。
进动频率 • 拉莫尔方程（Larmor） f= . 0/2π
f：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比 （常数）
42.5兆赫 / T
• 正常状态下各原子核自旋所产生的磁矩， 呈随机排列，方向杂乱。 • 各质子的磁化矢量相互抵消，人体无磁性。
正常状态下的氢核
磁场作用下的原子核 – 按一定规律排列； – 仅在平行或反平行于外磁场两个方向上 排列，平行磁场方向的质子多于反平行 方向；
进入主磁场后，人 体内质子自旋产生的小 磁场与B。平行排列， 此时多数处于低能稳定 状态的质子自旋产生的 小磁场与B。平行同向 ；少数处于高能不稳定 状态的质子自旋产生的 小磁场与B。平行反向 。二者抵消后，组织中 最后产生的磁场称为宏 观磁化矢量，用M。表 示。