磁共振成像

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回波时间（TE）


回波时间的定义
回波时间是指从第一个 90°脉冲到回波信号产生 所需要的时间，如图，在 多回波序列中，90°脉冲 到第一个回波信号出现的 时间称为TE1，到第二个 回波信号出现的时间为 TE2，依此类推。 在自旋回波和梯度回波序 列中，TE和TR共同决定图 像的对比度，因此TE是上 述两类序列的重要参数之 一。
磁 共 振 成 像 设 备
江苏省人民医院 钱英
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MR现象的发现

1.MR现象是1946年分别由美 国斯坦福大学物理系Bloch教 授和哈佛大学的Purcell教授 领导的小组同时独立发现的。
2.由于这一发现在物理、化 学上具有重大意义，Bloch和 Purcell共同获得了1952年的 诺贝尔物理学奖。
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反转时间（TI）

在反转恢复脉冲序列中180°反转脉冲与 90°激励脉冲之间的间隔称为反转时间。
反转恢复脉冲序列的检测对象主要是组织 的T1特性，因此TI长短对最终的信号和图 像对比度都有很大影响。

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扫描矩阵（Matrix）

脉冲序列中的扫描矩阵具有双重含义。 ①规定了显示图像的行和列，即确定图像 的大小； ②限定扫描层面中体素的个数。 图像重建后，原始图像的像素与成像体素 一一对应，在其他参数不变的情况下，扫 描矩阵越大，图像的分辨率越高。
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并行成像技术简介



并行成像技术，又称为灵敏度编 码技术（SENST）或阵列转换处 理技术（ASSET），能大幅度缩 短MRI扫描时间。采集速度是传 统方法的4～9倍，可达到50层 /(10～20s，是一种能显著提高 MRI速度的技术。 实现方法：利用多元阵列线圈同 时采集信号，经过多个接收通道 按适当的方法编码步数，在不降 低MRI图像的空间分辨力的情况 下能大大缩短扫描时间。 SENST技术优点：①提高成像的 时间分辨率；②在扫描时间不变 时提高空间分辨力；③减少运动 及敏感性伪影。

中场强开放式MRI设备也 已应用。
磁共振导航介入治疗系统
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MRI设备发展回顾



在梯度磁场方面，为了提高梯度磁场强度，已开 发出双梯度系统（twin gradient），最大梯度磁场 强可达80mT/m，其切换率可达150mT/m/ms，提 高了成像速度。 在RF系统方面，多元阵列式全景线圈的发展十分 迅速，支持并行扫描的线圈技术得到快速发展， 目前已能支持最优化的4、8、16、32、64个接收 通道的配置，支持3～4倍的图像采集速度。 在图像重建方面，非笛卡尔的重建、不完整数据 的采集、与并行成像技术有关的重建方法都是当 前十分活跃的领域。
磁化强度的弛豫时间常数T1、T2是物质磁共振的重 要参数，对磁共振图像的信号强度、组织对比度有 直接影响。
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磁共振成像参数
a. 重复时间（TR）
1.时间参数
b.回波时间（TE） c. 反转时间（TI） a. 扫描矩阵（Matrix）
2.分辨率参数 3.其他参数
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b. 感兴趣区（FOV） c. 层面厚度 a. 翻转角（Flip Angle） b. 信号平均次数（NAQ）
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GO
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重复时间（TR）


重复时间的定义

重复时间是指从第一个RF 激励脉冲出现到下一个周 期同一个脉冲出现时所经 历的时间。 在MR扫描中，每个相位编 码步需要一个周期，因此 在扫描分辨率确定的前提 下，TR是扫描速度的决定 因素。 此外TR还是图像对比度的 主要控制因子。

核磁共振现象发现者 布洛赫(Felix Bloch)
核磁共振现象发现者 帕塞尔(Edward Purcell)
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MR基本原理

当处于磁场中的物质受到射 频（radio frequency，RF）电 磁波的激励时，如果RF电磁 波的频率与磁场强度的关系 满足拉莫尔方程，则组成物 质的一些原子核会发生共振， 即所谓的MR。

MRI原理


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磁共振成像原理

如果在均匀的强磁场中(又 称主磁场或静磁场)，小磁 体的自旋轴将按磁场磁力线 的方向重新有序排列。但有 序排列的质子并不是静止的， 而是作快速的锥形旋转运动， 即原子核在绕着自身轴旋转 的同时，又沿着主磁场方向 做圆周运动，我们把质子磁 矩的这种运动称之为进动或 旋进。 进动速度用进动频率表示， 即每秒进动的次数。进动频 率决定于质子所处的外磁场 场强。外磁场场强越强进动 频率越高。 5

原子核接收了RF电磁波的能 量，原子核就会发生偏转,当 RF电磁波停止激励时，吸收 了能量的原子核又会把这部 分能量释放出来，即发射MR 信号。通过测量和分析此MR 信号，可得到物质结构中的 许多物理和化学信息。
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RF
MR信号
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源自文库共振成像原理

自然界中原子核内部均含有质子和中子，统 称为核子，带有正电荷。但具有偶数核子的 许多原子核其自旋磁场相互抵消，不能产生 磁共振现象。只有那些含奇数核子的原子核 在自旋过程中才能产生磁矩或磁场， 如 1H(氢)、13C（碳)、19F(氟)、31P(磷)等。 以人体内广泛存在的氢原子核为例，其原子 核中只含有一个质子而不含中子，最不稳定， 且带正电荷并可产生磁矩，有如一个小磁体， 易受外加磁场的影响而发生核磁共振现象。 在自然状态下 氢质子有沿自身轴旋转的自 旋运动(Spin)，小磁体自旋轴的排列无一定 规律。 质子距原子核中心有一段距离，因此质子自 旋就相当于正电荷在环形线圈中流动，在其 周围形成磁场，称为核磁。 人体内无数的氢原子核杂乱无章的运动，漫 无方向的排列，使其磁场相互抵消，整个人 体不显磁性。 4
全身核磁共振装置创始人达马迪安 (Raymond Damadian)
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MRI发展简史

1972年，美国纽约州立大学的劳 特伯（Paul Lauterbur）进一步指 出，用MR信号完全可以重建图 像，他提出了MRI的方法，即把 MR原理与空间编码技术结合， 用一定方法使空间各点磁场强度 有规律地变化，MR中的不同频 率分量即可同一定的空间位置对 应，通过一定的数学变换即可实 现MRI。

核磁共振空间定位方法开拓者 (Paul Lauterbur)
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1977年达马迪安等人建成了人类 历史上第一台全身MRI设备，并 于1977年7月3日取得第一幅横断 面质子密度图像（用时长达4小 时45分钟）。
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MRI设备发展回顾

近年来，MRI技术飞 速发展，高性能梯度 磁场、开放型磁体、 软线圈、相控阵线圈 以及计算机网络的应 用，显示出MRI设备 的硬件发展趋势。 超高磁场MRI设备发 展十分迅速，3T全身 MRI设备已用于临床。


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翻转角（Flip Angle）

在RF脉冲的激励下，宏观磁化矢量M将偏 离静磁场B0方向，其偏离的角度称为翻转 角。 在梯度回波等快速成像序列中，经常采用 小角度激励技术，此时系统恢复较快，能 有效地提高成像速度。

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信号平均次数（NAQ）
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T1WI

在扫描序列中采用短TR和短TE就可得到所谓的T1加权像。 取短TR进行扫描时，由于脂肪等短T1组织的进动频率最 接近于Larmor频率，因此脂肪质子的弛豫较快；而脑脊液 等长T1组织在TR时间内弛豫程度相对较少。因此在下一 个RF脉冲出现时对能量的吸收程度也就不同。短T1组织因 为吸收能量多而显示强信号，长T1组织因饱和而不能吸收 太多能量而表现出低信号。这种组织间信号强度的差异必 然使图像的T1对比度增强。 由于检测信号是在横向进行，采用短TE可以最大限度的削 减T2弛豫造成的横向信号损失从而排除了T2的作用。

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T2WI

通过长TR和长TE的扫描序列来取得。在长TR情 况下，扫描周期内纵向磁化矢量已经按T1时间充 分弛豫；采用长TE后信号中的T1效应也被进一步 排除。长TE的另一个作用是突出液体等横向弛豫 较慢的组织信号。

磁性核在磁场中的进动
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MRI发展简史

1967年，约翰斯等人首先利用 活体动物进行实验，成功地检 出动物体内分布的氢、磷、和 氮的MR信号。 1970年，美国纽约州立大学的 达马迪安对已植入恶性肿瘤细 胞的老鼠进行了MR实验，发 现正常组织与恶性肿瘤组织的 MR信号明显不同，而且受刺 激组织的偏转磁矩回复至稳定 状态的过程中，会发出两类不 同信号：T1、T2弛豫信号。
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感兴趣区（FOV）

FOV是指实施扫描的解剖区域。

FOV的大小以所用线圈的有效容积为限， 当扫描矩阵固定时，FOV越大，体素的 体积就越大，但空间分辨力随之降低。
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层面厚度

指成像层面在成像空间第三维方向上的尺 寸。 由于它与扫描矩阵和FOV一起决定着体素 的大小，因而是信噪比和空间分辨率两个 图像质量标准的主要影响因素。 层面越厚信噪比越高但空间分辨率下降。

又称信号采集次数：它是指每个相位编码 步中信号收集的次数。 当NAQ大于1时，序列采用叠加平均的方 法提高图像的信噪比，但相应增加扫描时 间。

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磁共振成像加权图像以及常规扫描序 列简介

1.MRI加权图像 实现方法：在扫描过程中，调节TR、TE、TI或翻转角 等脉冲序列参数，达到突出图像中某一对比度的目的，这样 所得到的图像称为加权像（Weighted Image，WI）。常见的 加权像有三种：T1加权像（T1WI）、T2加权像（T2WI）和 质子密度加权像。 2.常规成像序列 指在日常磁共振成像中普遍使用的序列，与其他成像方 法相比，这类序列具有对机器硬件要求低、图像质量高等优 点。 近年来，随着多层面、多回波和小角度激励等技术的逐 渐成熟，常规成像序列的扫描速度已经大大提高，主要有自 旋回波（SE） 、反转恢复（IR） 、梯度回波（GRE）序列 三种。
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GE 磁共振的XV极限成像技术在 并行成像基础上融入独特的“填 零”算法，实现了扫描速度与图 像质量的同时提高。
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弛 豫 时 间

在静磁场中当磁化强度受到满足共振条件 的射频磁场的作用时，它就会偏离热平衡 状态，当该射频磁场作用停止后，磁场强 度会从偏离热平衡状态逐渐恢复到平衡状 态，这个过程称为磁化强度的弛豫过程， 其经历的弛豫过程称为弛豫时间。 弛豫时间分为纵向弛豫时间和横向弛豫时 间。

GE 7T 磁共振成像新技术
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MRI设备发展回顾

永磁开放式磁共振系统
低场强MRI设备，不论是 永磁型、常导型或超导型 都已采用开放型，其性能 大幅提高，图像质量、成 像功能也有很大改善，成 像时间亦有所缩短，且病 人舒适、减少了幽闭恐怖 感，又便于操作和检查， 而且还便于介入治疗。
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纵向弛豫时间

T1为纵向弛豫过程，其实际上是原子核与周围环境（晶格）相互作用， 使得高低能级上原子核数目逐渐恢复到热平衡状态的过程，因此称 为自旋—晶格弛豫过程。 T1亦称为自旋—晶格弛豫时间常数。 影响自旋晶格弛豫过程的因素很多，因此不同物质的T1值不同。 ①对于液体，比如水，分子可自由运动，与原子核碰撞机会大，T1较 短，为0.1～10s； ②对于固体，分子运动受到限制，与原子核碰撞机会小， T1长，从 几分钟到几小时。 样品中若有顺磁性物质存在，将使T1大大减小。因为顺磁性物质带有 未成对电子，电子磁矩比核磁矩大3个数量级，所以其对样品原子核 弛豫的作用很大，用造影剂增强磁共振成像组织对比度就是利用了 这一性质。


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横 向 弛 豫 时 间

T2为横向弛豫时间，横向弛豫过程原因有二：一是 组成磁化强度的原子核，彼此之间的相互作用，即 自旋—自旋相互作用；二是非均匀的静磁场作用， 使得各原子核受到的磁场作用不同，因此磁共振频 率不同并产生了相位差。该相位差随时间而增加， 使得众核磁矩的水平分量相互抵消，磁化强度的水 平分量为零。所以横向弛豫过程是自旋—自旋作用 和静磁场的非均匀性共同引起的。