MRI成像的基本原理1

一、自由感应衰减和横向弛豫
90度脉冲关闭后，横向磁化矢量逐渐减小，最 后衰减到零。90度脉冲产生磁化矢量的原因使质 子小磁场的横向磁化矢量聚相位，90度脉冲关闭 后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相 位），其横向磁化分矢量逐渐相互抵消，因此宏 观横向磁化矢量衰减直至到零。导致质子失相位 的原因有两个：①质子周围磁环境随机波动；② 主磁场的不均匀。
• MRI脉冲序列的分类：
二、MRI脉冲序列相关的概念
时间相关的概念：
1、重复时间（TR)：是指脉冲序列执行一次所需要的时间。如在 SE序列中TR即指相邻90度脉冲中点间的时间间隔。 2、回波时间（TE）：是指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点到 回波中点的时间间隔。如在SE序列中TE指90度脉冲中点到自旋 回波中点的时间间隔。 3、有效回波时间：在快速自旋回波序列或平面回波（EPI）序列 中，一次90度脉冲激发后有多个回波产生，分别填充在K空间的 不同位置，而每个回波的TE是不同的。我们把90度脉冲中点到 填充K空间中央的那个回波中点的时间间隔称为有效TE。 4、回波链长度（ETL）：出现在快速自旋回波序列或平面回波序 列中，是指一次90度脉冲激发后所产生和采集回波数目。 5、回波间隙（ES）：是指回波链中相邻两个回波中点间的时间 间隙。 6、反转时间（TI）：仅出现在只有180度反转预脉冲序列中，一 般把180度反转预脉冲中点到90度脉冲中点的时间间隔称为TI。 7、采集时间（TA）：也称扫描时间，是指整个脉冲序列完成信 号采集所需时间。
• ①主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的 信噪比；
• ②在保证信噪比的前提下，可缩短MRI信号采集 时间；
• ③增加化学位移使磁共振频谱（MRS）对代谢产 物的分辨力得到提高；
• ④增加化学位移使脂肪饱和技术更加容易实现;
• ⑤磁敏感效应增强，从而增加血氧饱和度依赖效 应，使脑功能成像的信号变化更显著。
四、计算机系统
计算机系统属于MR的大脑，控制着MRI的 脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显 示等功能。
五、其他辅助设备
如检查床、液氮及水冷却系统、空调、胶 片处理系统等
磁共振成像的物理基础
一、原子的结构
原子是由原子核及位于周围轨道的电子构成的，电子带 有负电荷；原子核由中子和质子构成，中子不带有电荷、 质子带有正电荷。
③射频脉冲的带宽不变，梯度场的场强增加， 层厚变薄。
二、频率编码
三、相位编码：
影响MR信号强度的因素
MRI脉冲序列及其临床应用
一、脉冲序列的基本构建和分类 脉冲序列的基本构建：一般的脉冲序列
由五个部分构成，即射频脉冲、层面选择 梯度场、相位编码梯度场、频率编码梯度 场即MR信号。以SE序列为例：
二、梯度线圈 梯度线圈是MRI仪最重要的硬件之一，主要作用有： 1、进行MRI信号的空间 定位编码； 2、产生MR回波（梯度回波）； 3、施加扩散加权梯度场； 4、进行流动补偿； 5、进行流动液体的流速相位编码。 梯度线圈由XBiblioteka Y、Z轴三个线圈构成（在MR成像技
术中，把主磁场方向定义为Z轴方向，与Z轴方向垂直 的平面为XY平面）。梯度线圈是特殊绕制的线圈，以Z 轴线圈为例，通电后线圈头侧部分产生的磁场与主磁 场方向一致，因此磁场相互叠加，而线圈足侧部分产 生的磁场与主磁场方向相反，因此磁场相减，从而形 成沿着主磁场长轴（或称人体长轴），头侧高足侧低 的梯度场，梯度线圈的中心磁场强度保持不变。X、Y 轴梯度场的产生机理与Z轴方向相同，只是方向不同而 已。梯度线圈的主要性能指标包括梯度场强和切换率。
一、层厚的选择和层厚的决定：通过控制层面选 择梯度场和射频脉冲来完成MR图像层面和层厚 的选择。
在检查部位与层面选择梯度线圈的相对位置 保持不变的情况下，层面和层厚受梯度场和射频 脉冲影响的规律如下：
①梯度场不变，射频脉冲的频率增加，则层 面的位置向梯度场高的一侧移动；
②梯度场不变，射频脉冲的带宽加宽，层厚 增厚；
二、纵向弛豫
如前所述，射频脉冲给予低能级质子能量，后
者获得能跃迁到高能级，结果根据射频脉冲的能 量大小，宏观纵向磁化矢量发生不同的变化。如 30度的小角度激发，宏观纵向磁化矢量减小；90 度脉冲激发，宏观纵向磁化矢量消失；180度脉 冲激发，则宏观纵向磁化矢量方向反转，变成与 主磁场方向相反，但大小不变。无论是多少角度 激发，射频脉冲关闭后，在主磁场的作用下，宏 观纵向磁化矢量将逐渐恢复到平衡，我们把这一 过程称为纵向弛豫，即T1弛豫。
MRI成像基本原理和概念
磁共振成像仪的基本硬件
医用MRI通常由主磁体、梯度线圈、脉 冲线圈、计算机系统及其他辅助设备构成。 一、主磁体
主磁体是MRI基本构件，是产生磁场的装 置。根据磁场产生方式可将主磁体分为永 磁型和电磁型。主磁体最重要的技术指标 包括场强、磁场均匀度及主磁体的长度。
• 高场强MRI仪的主要优势：
• 空间分辨力相关概念：
• 1、层厚：是由层面选择梯度场强和射频脉冲的 带宽来决定的，在二维图形中，层厚即激发层面 的厚度。
• 2、层间距：是指相邻两个层面之间的距离。
• 3、矩阵：是指MR图像层面内行和列的数 目，也就是频率编码和相位编码方向上的 像素数目。
• 4、视野：是指MR成像的实际范围，即图 像区域在频率编码和相位编码方向的实际 尺寸。
自旋回波序列
一、自旋回波序列的基本构建 SE序列是由1个90度激发脉冲后随1个
180度复相脉冲组成的。
二、自旋回波序列的加权成像： T1加权成像：
T2加权成像：
质子密度加权成像（PD）：
二、自旋和核磁的概念
进入主磁场前后人体内质子核磁状 态的变化
磁共振现象
核磁弛豫
90度脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量 逐渐又回到平衡状态，我们把这个过程称 为核磁弛豫。核磁弛豫又可以分解成两个 相对独立的部分：①横向磁化矢量逐渐减 小直至消失，称为横向弛豫；②纵向磁化 矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态）， 称为纵向弛豫。
三、脉冲线圈
脉冲线圈也是MRI仪的关键部位，脉冲线 圈有发射线圈和接收线圈之分。发射线圈发 射频脉冲（无线电波）激发人体内的质子发 生共振；接收线圈接收人体内发生的MR信号 （也是一种无线电波）。有的线圈可同时作 为发射线圈和接收线圈，如在扫描架内的体 线圈和头颅的正交线圈，大部分表面线圈只 能作为接收线圈，而由体线圈来承担发射线 圈的功能。MR图像信噪比密切相关的是接收 线圈。
磁共振加权成像
一、质子密度加权成像：主要反映不同组织 间质子含量差别。
二、T2加权成像：主要反映组织横向弛豫的 差别。
三、T1加权成像：主要反映组织纵向弛豫的 差别。
磁共振信号的空间定位
• 接收线圈采集的MR信号含有全层的信息， 我们必须对MR信号进行空间定位编码，让 采集到MR信号中带有空间定位信息，通过 数学转换解码，就可以将MR信号发配到各 个像素中。MR信号的空间定位包括层面和 层厚的选择、频率编码、相位编码。MR信 号的空间定位编码是由梯度场来完成的。