磁共振成像原理及功能磁共振课件
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而脂肪、胆固醇等物质内1H，由于 基本没有热运动的影响，所以均呈短T1信 号。
磁共振信号的产生
o 外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁 化矢量由XY平面逐渐回复到Z轴
o 同时以射频信号的形式放出能量 o 发出的射频信号被体外线圈接受 o 经计算机处理后重建成图像
磁共振检查技术
平扫（T1WI、T2WI、PDWI） 增强（T1WI） 动态增强（Dynamic MR） 磁共振血管造影（MRA） 脂肪抑制成像（STIR) 水抑制成像（FLAIR） 水成像（MRCP、MRU、MRM） 灌注成像（Perfusion） 弥散成像（Diffusion） 功能成像（function MR）
MRI涉及讨论的主要为宏观磁化矢量的变化规律
MRI 的物理基础
原子核在外加磁场中自旋的同时， 还以一定的角度围绕外加磁场方向 进行旋转运动，这种运动称为进动。
沿B0旋进着的质子类似于在重力作 用下的陀螺。
进动频率亦称角频率(ω0)，取决于 外加磁场强度(B0)和原子核的旋磁比 (γ)： 0 = 0
只有Larmor频率的磁动波与B0作用垂直时，被激 励的高能态质子方能放出能量，回到低能态，即 T1弛豫；
各种频率、任意方向的磁动波均可使质子群的旋 进频率及方位发生改变，即T2弛豫。
T1、T2弛豫过程同时进行
MRI的物理基础
弛豫与生物组织理化因素的关系
人体体温环境下，纯水分子热运动覆 盖的频率段最宽，多超出MRI质子共振频率 的范围。如果水变成冰或者有物质（蛋白 质）溶解在内使其粘度升高，则热运动减 低，处于Larmor频率的磁动波较多，能更 多地激发被激励的质子，使T1缩短。
其方法就是在常规的任意MRI序列上施 加对弥散敏感的梯度脉冲来获得
A
B
正常组织间隙 随机运动的水分子---低信号
组织内影响水分子弥散的因素
► 细胞内外的体积变化 ► 水分子通过细胞膜的渗透作
用
► 细胞外间隙形态的改变
细胞毒性水肿的组织 运动受限的水分子---高信号
肿瘤组织细胞比例增高—高信号
DWI评估弥散的参数
磁共振成像原理及临 床应用
湖南省肿瘤医院放诊科 向往
MRI 的物理基础
绝大多数原子核都具有围 绕自身轴线做旋转运动的 特性，称之为自旋特性。
质子自旋就相当于正电荷 在环形线路中流动→即环 形电流→产生磁场，即核 磁。
若原子核含有的质子数为 偶数，则其自旋产生的磁 场相互抵消，为非磁性。 反之，若为奇数，则具有 磁性。
水分子扩散能力越强。
磁共振扩张张量成像 DTI
DWI成像只在X、Y、Z轴三个方向上施 加敏感梯度 ，不能完全、正确地评价不 同组织在三维空间内的弥散情况，组织各 向异性程度往往被低估 。
DTI则可以在三维空间内定量分析组 织内水分子的弥散的特性。
磁共振弥散加权成像DTI
均质介质中水分子的运动是无 序随机运动，即向各个方向运 动的几率是相同，即具有各向 同性（isotropy）
通过两个以上不同弥散敏感梯度值（ b值）的弥 散加权象，可计算出弥散敏感梯度方向上水分子的表 观弥散系数（apparent diffusion coefficient ADC）
ADC=In(S低/S高)/(b高-b低)
&
=
b=0
b=1000
ADC
► ADC反映了水分子的扩散运动的能力，指水分
子单位时间内扩散运动的范围，其值越高代表
从宏观上讲，受激励的质子群发生核磁共振时，质子宏观 磁化矢量M不再与原来的主磁场平行，M的方向和值将离开 原来的平衡状态而发生变化，其变化程度取决于所施加射 频脉冲的强度和时间，二者越大，在射频脉冲停止时，M 离开B0越远。
90射频脉冲
MRI的物理基础
核磁弛豫：脉冲停止后，宏观磁化矢量M又自 发恢复到平衡状态。
纵向弛豫：90°脉冲停止后，纵向弛化矢量 要逐渐恢复放到平衡状态，测量时间距终止 时间越长，所测到的磁化矢量信号幅度就越 大，Mz达到其最终平衡状态的63%的时间为T1 值。（通过释放已吸收的能量）
MRI的物理基础
横向弛豫：90°射频脉冲的的另一个作用是使质 子群在同一方位、同步旋进（相位一致），这时 横向磁化矢量Mxy最大。但射频脉冲停止后，质子 群同步旋进很快变成异步，相位失聚合，磁化矢 量相互抵消，Mxy很快由大变小至为0，称之为去 相位。Mxy衰减到原来值37%的时间为T2值。（通 过相位的改变导致矢量抵消）
上述方程式称为拉莫尔方程，其角 频率又称为拉莫尔频率。
旋磁比(γ)是原子核的固有特性， 仅与原子核的种类有关。
MRI的物理基础
能量从一个客体或系统传送至另一个，而接受者以供应者 相同的频率振动。这种能量传送只有在驱动者能量频率与 被激励系统的振荡频率相一致时才能发生。
在MR成像中，被激励者为组织中的1H团，激励者为射频脉 冲。在B0中，以Larmor频率施加射频脉冲，被激励质子从 低能态跃迁到高能态，出现核磁共振。
PDWI
T2WI SE序列
3D - MRA 后交通支动脉瘤
3D-CEMRA的时间分辨率（胸腹部）
FLAIR 抑水序列
Hale Waihona Puke Baidu共振胰胆管造影 （MRCP）
3D-重T2WI （水成像）
磁共振弥散加权成像 DWI
磁共振弥散加权成像DWI
MR图像：组织T1、T2驰豫时间、H1的 密度、分子弥散运动
DWI图像：利用扩散敏感梯度脉冲 将水分子弥散效应扩大，来研究不同 组织中水分子扩散运动的差异
MRI的物理基础
生物组织中含有1H、13C、19F、23Na、31P 等元素，有磁性的元素有百余种。
在现今，研究和使用的最多的是1H。
1H是磁化最高的原子核，可以得到较强的信 号（即SNR高）；
1H占活体组织中原子数的2/3，数量丰富。
MRI时，均指的是1H原子核。
无外加磁场时，各个 质子以任意方向自旋，因而 单位体积内生物组织的宏观 磁矩M=0，若将生物组织置于 一个强大的外加磁场（B0） 中，则质子磁矩发生变化， 较多的质子磁矩与B0方向相 同，较少与之相反。因此， 出现与B0方向一致的净宏观 磁矩M0。
磁共振信号的产生
o 外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁 化矢量由XY平面逐渐回复到Z轴
o 同时以射频信号的形式放出能量 o 发出的射频信号被体外线圈接受 o 经计算机处理后重建成图像
磁共振检查技术
平扫（T1WI、T2WI、PDWI） 增强（T1WI） 动态增强（Dynamic MR） 磁共振血管造影（MRA） 脂肪抑制成像（STIR) 水抑制成像（FLAIR） 水成像（MRCP、MRU、MRM） 灌注成像（Perfusion） 弥散成像（Diffusion） 功能成像（function MR）
MRI涉及讨论的主要为宏观磁化矢量的变化规律
MRI 的物理基础
原子核在外加磁场中自旋的同时， 还以一定的角度围绕外加磁场方向 进行旋转运动，这种运动称为进动。
沿B0旋进着的质子类似于在重力作 用下的陀螺。
进动频率亦称角频率(ω0)，取决于 外加磁场强度(B0)和原子核的旋磁比 (γ)： 0 = 0
只有Larmor频率的磁动波与B0作用垂直时，被激 励的高能态质子方能放出能量，回到低能态，即 T1弛豫；
各种频率、任意方向的磁动波均可使质子群的旋 进频率及方位发生改变，即T2弛豫。
T1、T2弛豫过程同时进行
MRI的物理基础
弛豫与生物组织理化因素的关系
人体体温环境下，纯水分子热运动覆 盖的频率段最宽，多超出MRI质子共振频率 的范围。如果水变成冰或者有物质（蛋白 质）溶解在内使其粘度升高，则热运动减 低，处于Larmor频率的磁动波较多，能更 多地激发被激励的质子，使T1缩短。
其方法就是在常规的任意MRI序列上施 加对弥散敏感的梯度脉冲来获得
A
B
正常组织间隙 随机运动的水分子---低信号
组织内影响水分子弥散的因素
► 细胞内外的体积变化 ► 水分子通过细胞膜的渗透作
用
► 细胞外间隙形态的改变
细胞毒性水肿的组织 运动受限的水分子---高信号
肿瘤组织细胞比例增高—高信号
DWI评估弥散的参数
磁共振成像原理及临 床应用
湖南省肿瘤医院放诊科 向往
MRI 的物理基础
绝大多数原子核都具有围 绕自身轴线做旋转运动的 特性，称之为自旋特性。
质子自旋就相当于正电荷 在环形线路中流动→即环 形电流→产生磁场，即核 磁。
若原子核含有的质子数为 偶数，则其自旋产生的磁 场相互抵消，为非磁性。 反之，若为奇数，则具有 磁性。
水分子扩散能力越强。
磁共振扩张张量成像 DTI
DWI成像只在X、Y、Z轴三个方向上施 加敏感梯度 ，不能完全、正确地评价不 同组织在三维空间内的弥散情况，组织各 向异性程度往往被低估 。
DTI则可以在三维空间内定量分析组 织内水分子的弥散的特性。
磁共振弥散加权成像DTI
均质介质中水分子的运动是无 序随机运动，即向各个方向运 动的几率是相同，即具有各向 同性（isotropy）
通过两个以上不同弥散敏感梯度值（ b值）的弥 散加权象，可计算出弥散敏感梯度方向上水分子的表 观弥散系数（apparent diffusion coefficient ADC）
ADC=In(S低/S高)/(b高-b低)
&
=
b=0
b=1000
ADC
► ADC反映了水分子的扩散运动的能力，指水分
子单位时间内扩散运动的范围，其值越高代表
从宏观上讲，受激励的质子群发生核磁共振时，质子宏观 磁化矢量M不再与原来的主磁场平行，M的方向和值将离开 原来的平衡状态而发生变化，其变化程度取决于所施加射 频脉冲的强度和时间，二者越大，在射频脉冲停止时，M 离开B0越远。
90射频脉冲
MRI的物理基础
核磁弛豫：脉冲停止后，宏观磁化矢量M又自 发恢复到平衡状态。
纵向弛豫：90°脉冲停止后，纵向弛化矢量 要逐渐恢复放到平衡状态，测量时间距终止 时间越长，所测到的磁化矢量信号幅度就越 大，Mz达到其最终平衡状态的63%的时间为T1 值。（通过释放已吸收的能量）
MRI的物理基础
横向弛豫：90°射频脉冲的的另一个作用是使质 子群在同一方位、同步旋进（相位一致），这时 横向磁化矢量Mxy最大。但射频脉冲停止后，质子 群同步旋进很快变成异步，相位失聚合，磁化矢 量相互抵消，Mxy很快由大变小至为0，称之为去 相位。Mxy衰减到原来值37%的时间为T2值。（通 过相位的改变导致矢量抵消）
上述方程式称为拉莫尔方程，其角 频率又称为拉莫尔频率。
旋磁比(γ)是原子核的固有特性， 仅与原子核的种类有关。
MRI的物理基础
能量从一个客体或系统传送至另一个，而接受者以供应者 相同的频率振动。这种能量传送只有在驱动者能量频率与 被激励系统的振荡频率相一致时才能发生。
在MR成像中，被激励者为组织中的1H团，激励者为射频脉 冲。在B0中，以Larmor频率施加射频脉冲，被激励质子从 低能态跃迁到高能态，出现核磁共振。
PDWI
T2WI SE序列
3D - MRA 后交通支动脉瘤
3D-CEMRA的时间分辨率（胸腹部）
FLAIR 抑水序列
Hale Waihona Puke Baidu共振胰胆管造影 （MRCP）
3D-重T2WI （水成像）
磁共振弥散加权成像 DWI
磁共振弥散加权成像DWI
MR图像：组织T1、T2驰豫时间、H1的 密度、分子弥散运动
DWI图像：利用扩散敏感梯度脉冲 将水分子弥散效应扩大，来研究不同 组织中水分子扩散运动的差异
MRI的物理基础
生物组织中含有1H、13C、19F、23Na、31P 等元素，有磁性的元素有百余种。
在现今，研究和使用的最多的是1H。
1H是磁化最高的原子核，可以得到较强的信 号（即SNR高）；
1H占活体组织中原子数的2/3，数量丰富。
MRI时，均指的是1H原子核。
无外加磁场时，各个 质子以任意方向自旋，因而 单位体积内生物组织的宏观 磁矩M=0，若将生物组织置于 一个强大的外加磁场（B0） 中，则质子磁矩发生变化， 较多的质子磁矩与B0方向相 同，较少与之相反。因此， 出现与B0方向一致的净宏观 磁矩M0。