第三章-磁共振成像.
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第三章 磁共振成像
• X磁共振成像（MRI）是利用原子核的磁共振现象，重建人体 断层图像的一种成像技术，早在1946年Block和Purcal就发现 了原子核的磁共振现象。1973年Lauterbur将磁共振现象应用 于医学影像学领域，发明了磁共振成像技术。MRI的应用促进 了医学影像学的发展，为此，Lauterbur获得了2003年度诺贝 尔生理医学奖。
• 近十余年来，磁共振成像是医学影像学中发展最快的领域，新 的成像设备不断推出，新的检查序列和检查技术不断涌现，新 的对比剂亦在不断开发和用于临床，从而拓宽了MRI应用领域 ，明显提高了医学影像学的诊断水平。
内容
• 第一节 MRI成像的基本原理和设备 • 第二节 MRI检查技术 • 第三节 MRI临床应用
• 表3-1-1列举了几种组织在T1WI和T2WI像上的灰度。
二、MRI检查设备
磁共振成像设备主要包括五个部分：主磁体、
梯度系统、射频系统、计算机和数据处理系统以及 辅助设施部分。
• 1．主磁体 作用是产生强的外磁场。目前常用有超导型磁体和永 磁型磁体，它们的构造、性能和造价均不相同。永磁型磁体的制 造和运行成本较低，但产生的磁场强度偏低，最高为0.3Tesla（ T），且磁场的均匀性和稳定性欠佳。超导型磁体是当前主流类 型，场强可高达7.0T，常用者为1.5T和3.0T，磁场均匀性和稳定 性较佳，但制造、运行和维护费用均较高。由于超导型和永磁型 磁体的场强和性能参数不同，致两型MR设备的成像质量和应用 范围有很大差异，如与超导型设备相比，永磁型设备不能进行或 难以获得良好的功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）图像。
2．向人体发射与质子进动 相同频率的射频（ radiofrequency，RF）脉 冲后发生磁共振现象 当向
强外磁场内人体发射与质 子进动频率一致的射频脉 冲（radiofrequency pulse）时，质子受到激励 ，发生磁共振现象。它包 括同时出现的两种变化： 一种是某些质子吸收能量 呈反外磁场磁力线方向排 列，致纵向磁化量减少； 另一种是这些进动的质子 做同步、同速运动即同相 位运动，而出现横向磁化 量（图3-1-2）
3．停止RF脉冲后激励质子恢复到原有平衡状态并产生MR信 号 当停止发射RF脉冲后，激励的质子迅速恢复至原有的平衡 状态，这一过程称弛豫过程（relaxation process），所需要的 时间称为弛豫时间（relaxation time）。有两种弛豫时间：一 种是代表纵向磁化量恢复的时间，为纵向弛豫时间 （longitudinal relaxation time），亦称T1弛豫时间，简称 为T1；另一种是代表横向磁化量衰减和消失的时间，为横向弛 豫时间（transverse relaxation time），亦称T2弛豫时间， 简称为T2。激励质子在纵向弛豫和横向弛豫过程中产生代表 T1和T2值的MR信号。
第一节 MRI成像的基本原理和设备
• 一、MRI成像的基本原理 • 二、MRI检查设备
一、MRI成像的基本原理
基本原理：
• 是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射 频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子 核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后 ，氢原子核按特定频率发出射电信号，并 将吸收的能量释放出来，被体外的接受器 收录，经电子计算机处理获得图像，这就 叫做核磁共振成像。
• MRI图像和CT图像同属灰阶成像，但和CT不同，CT图像的黑白灰度反映 的是组织器官间的密度差异，而MRI图像上的黑白灰度反映的是组织器官 间T1值、T2值或质子密度的差异。MRI检查，人体内各组织器官及其病变 均有相对恒定的T1值和T2值。MRI检查就是通过灰度对比，反映组织器官 的T1值和T2值及Biblioteka Baidu异常改变，来检出病变并进行诊断和鉴别诊断的。
MRI成像的基本原理较为复杂，可分为以下几个过程：
1．人体置于强外磁场内出现纵向磁 化量 具有奇数质子的原子核，例 如1H、19F、31P等具有自旋特性和 磁矩。其中氢质子（1H）在人体内 含量最多，故目前医用MRI设备均 采用1H成像。具有磁矩的1H犹如一 个小磁体。通常，体内这些无数的 小磁体排列无规律，磁力相互抵消， 但进入强外磁场内，则依外磁场磁 力线方向有序排列．而出现纵向磁 化量（图3-1-1）。同时，强外磁场 内1H呈快速锥形旋转运动，称为进 动（procession），其频率与外磁 场场强成正比。
4．对MR信号进行采集、处理并重建成MRI图像 含有组织 T1和T2值信息的MR信号由接收线圈采集后，经一系列复杂 处理，即可重建为MRI图像。
• MRI成像过程中，发射RF脉冲类型、间隔时间和信号采集时间不同，所获 得的图像代表T1值或T2值的权重亦就不同。其中相同RF脉冲的间隔时间 称为重复时间（repetition time，TR），自发射RF脉冲至信号采集的时 间称为回波时间（echo time，TE）。在MRI成像的经典序列（SE序列） 中，若使用短TR、短TE，则所获得的图像主要反映T1值，代表组织间T1 值的差异，称为T1加权像（T1 weighted imaging，T1WI）；如使用长 TR、长TE，则图像主要反映T2值，代表组织间T2值的差异，称为T2加权 像（T2 weighted imaging，T2WI）；若使用长TR、短TE，则图像主要 反映的既不是T1值，亦不是T2值，而是质子密度，代表组织间质子密度 的差异，称为质子密度加权像（proton density weighted imaging， PdWI）。
• MRI图像上的灰度称为信号强度，影像白称为高信号，影像黑称为低 信号或无信号，影像灰则称为中等信号。T1WI像上，高信号代表T1 弛豫时间短的组织，常称为短T1高信号或短T1信号，例如脂肪组织； 低信号则代表T1弛豫时间长的组织，常称为长T1低信号或长T1信号， 例如脑脊液。在T2WI像上，高信号代表T2弛豫时间长的组织，常称 为长T2高信号或长T2信号，例如脑脊液；低信号则代表T2弛豫时间短 的组织，常称为短T2低信号或短T2信号，例如骨皮质。
• X磁共振成像（MRI）是利用原子核的磁共振现象，重建人体 断层图像的一种成像技术，早在1946年Block和Purcal就发现 了原子核的磁共振现象。1973年Lauterbur将磁共振现象应用 于医学影像学领域，发明了磁共振成像技术。MRI的应用促进 了医学影像学的发展，为此，Lauterbur获得了2003年度诺贝 尔生理医学奖。
• 近十余年来，磁共振成像是医学影像学中发展最快的领域，新 的成像设备不断推出，新的检查序列和检查技术不断涌现，新 的对比剂亦在不断开发和用于临床，从而拓宽了MRI应用领域 ，明显提高了医学影像学的诊断水平。
内容
• 第一节 MRI成像的基本原理和设备 • 第二节 MRI检查技术 • 第三节 MRI临床应用
• 表3-1-1列举了几种组织在T1WI和T2WI像上的灰度。
二、MRI检查设备
磁共振成像设备主要包括五个部分：主磁体、
梯度系统、射频系统、计算机和数据处理系统以及 辅助设施部分。
• 1．主磁体 作用是产生强的外磁场。目前常用有超导型磁体和永 磁型磁体，它们的构造、性能和造价均不相同。永磁型磁体的制 造和运行成本较低，但产生的磁场强度偏低，最高为0.3Tesla（ T），且磁场的均匀性和稳定性欠佳。超导型磁体是当前主流类 型，场强可高达7.0T，常用者为1.5T和3.0T，磁场均匀性和稳定 性较佳，但制造、运行和维护费用均较高。由于超导型和永磁型 磁体的场强和性能参数不同，致两型MR设备的成像质量和应用 范围有很大差异，如与超导型设备相比，永磁型设备不能进行或 难以获得良好的功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）图像。
2．向人体发射与质子进动 相同频率的射频（ radiofrequency，RF）脉 冲后发生磁共振现象 当向
强外磁场内人体发射与质 子进动频率一致的射频脉 冲（radiofrequency pulse）时，质子受到激励 ，发生磁共振现象。它包 括同时出现的两种变化： 一种是某些质子吸收能量 呈反外磁场磁力线方向排 列，致纵向磁化量减少； 另一种是这些进动的质子 做同步、同速运动即同相 位运动，而出现横向磁化 量（图3-1-2）
3．停止RF脉冲后激励质子恢复到原有平衡状态并产生MR信 号 当停止发射RF脉冲后，激励的质子迅速恢复至原有的平衡 状态，这一过程称弛豫过程（relaxation process），所需要的 时间称为弛豫时间（relaxation time）。有两种弛豫时间：一 种是代表纵向磁化量恢复的时间，为纵向弛豫时间 （longitudinal relaxation time），亦称T1弛豫时间，简称 为T1；另一种是代表横向磁化量衰减和消失的时间，为横向弛 豫时间（transverse relaxation time），亦称T2弛豫时间， 简称为T2。激励质子在纵向弛豫和横向弛豫过程中产生代表 T1和T2值的MR信号。
第一节 MRI成像的基本原理和设备
• 一、MRI成像的基本原理 • 二、MRI检查设备
一、MRI成像的基本原理
基本原理：
• 是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射 频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子 核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后 ，氢原子核按特定频率发出射电信号，并 将吸收的能量释放出来，被体外的接受器 收录，经电子计算机处理获得图像，这就 叫做核磁共振成像。
• MRI图像和CT图像同属灰阶成像，但和CT不同，CT图像的黑白灰度反映 的是组织器官间的密度差异，而MRI图像上的黑白灰度反映的是组织器官 间T1值、T2值或质子密度的差异。MRI检查，人体内各组织器官及其病变 均有相对恒定的T1值和T2值。MRI检查就是通过灰度对比，反映组织器官 的T1值和T2值及Biblioteka Baidu异常改变，来检出病变并进行诊断和鉴别诊断的。
MRI成像的基本原理较为复杂，可分为以下几个过程：
1．人体置于强外磁场内出现纵向磁 化量 具有奇数质子的原子核，例 如1H、19F、31P等具有自旋特性和 磁矩。其中氢质子（1H）在人体内 含量最多，故目前医用MRI设备均 采用1H成像。具有磁矩的1H犹如一 个小磁体。通常，体内这些无数的 小磁体排列无规律，磁力相互抵消， 但进入强外磁场内，则依外磁场磁 力线方向有序排列．而出现纵向磁 化量（图3-1-1）。同时，强外磁场 内1H呈快速锥形旋转运动，称为进 动（procession），其频率与外磁 场场强成正比。
4．对MR信号进行采集、处理并重建成MRI图像 含有组织 T1和T2值信息的MR信号由接收线圈采集后，经一系列复杂 处理，即可重建为MRI图像。
• MRI成像过程中，发射RF脉冲类型、间隔时间和信号采集时间不同，所获 得的图像代表T1值或T2值的权重亦就不同。其中相同RF脉冲的间隔时间 称为重复时间（repetition time，TR），自发射RF脉冲至信号采集的时 间称为回波时间（echo time，TE）。在MRI成像的经典序列（SE序列） 中，若使用短TR、短TE，则所获得的图像主要反映T1值，代表组织间T1 值的差异，称为T1加权像（T1 weighted imaging，T1WI）；如使用长 TR、长TE，则图像主要反映T2值，代表组织间T2值的差异，称为T2加权 像（T2 weighted imaging，T2WI）；若使用长TR、短TE，则图像主要 反映的既不是T1值，亦不是T2值，而是质子密度，代表组织间质子密度 的差异，称为质子密度加权像（proton density weighted imaging， PdWI）。
• MRI图像上的灰度称为信号强度，影像白称为高信号，影像黑称为低 信号或无信号，影像灰则称为中等信号。T1WI像上，高信号代表T1 弛豫时间短的组织，常称为短T1高信号或短T1信号，例如脂肪组织； 低信号则代表T1弛豫时间长的组织，常称为长T1低信号或长T1信号， 例如脑脊液。在T2WI像上，高信号代表T2弛豫时间长的组织，常称 为长T2高信号或长T2信号，例如脑脊液；低信号则代表T2弛豫时间短 的组织，常称为短T2低信号或短T2信号，例如骨皮质。