磁共振成像基础

Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
MRI基本原理
普通CT成像示意图
螺旋CT原理示意图
磁共振没有射线
实现人体磁共振成像的条件:
利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子，它是人体内最 多的物质。H核只含一个质子不含中子，最不稳定，最易受 外加磁场的影响而发生磁共振现象。
T2WI两种组织的信号差别——是这样获得的
平
采
衡 状
集 时
态
TE ms
90
度
激 发
脑
后
采
集
信 号
水
时
刻
T2WI
T2弛豫：减少到37%的时间， 以脑灰质与脑脊液为例。
TE 脑灰质T2弛豫相对较短，又称短T2——较低信号； 脑脊液T2弛豫长，又称长T2——高信号；
选择合适长的TE获得最好的T2对比
Mxy 100%
合适长的TE
一般TE选择两种组织生物 T2值附近可获得最好的T2对比
T2对比
TE 时间（ms）
纵向弛豫
• 也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在 主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复， 直至恢复到平衡状态的过程。
90度 脉冲
纵向弛豫的机理
90度激发 纵向弛豫
低能的质子获能进入高能状态 高能的质子释放能量
有一个稳定的静磁场（磁体）：常导型、永磁型、超导型 0.15- 0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T。
梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特 定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象。
信号接收装置：各种线圈。 计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等 。
高能的质子把能量释放给周围的晶格（分子）
晶格震动频率高于质子进动频率
能量传递慢－－纯水
晶格震动频率接近于质子进动频率
能量传递快－－脂肪，含中小分子蛋白质
晶格震动频率低于质子进动频率
能量传递慢－－含高浓度大分子蛋白
T1弛豫是由于高能质子的能量释放回到低能状态
用T1值来描述组织T1弛豫的快慢
不同组织有不同的T1弛豫时间
磁共振成像的过程：
H核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性。 外加磁场中 H 核子状态：人体处于轻度磁化状态，在顺／逆主磁场方向
的两种排列方式中，顺向者多，磁矢量经正负方向相互 抵 消 后 ，保留7 ／百万的H核子用于MR信号接收，这些顺向排列（低能态）形成的磁矢 量联合形成总磁矩 M，并与静磁场（B0） 方向相同 。 施加射频（RF）脉冲后H核子状态：外加一个与主磁场成一定角度（90 度）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同， 则H核 子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了 H 核子 “ 共 振 ” 现象。 射频（RF）脉冲停止后H核子状态：射频脉冲停止，接受到能量后的 “高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁 化消退，纵向磁化恢复。
y
对Mz施加90度的射频脉冲
z
B0
代
MZ
表
主
磁 场
y
的 方
x
向
z
90度
y
MXY
x
A
B
在 A-B 这一过程中，产生能量
B0
射频脉冲激发使磁场偏转90度，关闭脉冲 后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)
Leabharlann Baidu
脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫
•弛豫
•Relaxation
•放松、休息
• 射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向 宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化 矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为
磁共振成像
Magnetic Resonance Imaging （基础部分）
（注：内有动画设置，浏览时需采用幻灯放映模式）
（2015-10更新版）
主要内容
磁共振技术的发展及概况 简要介绍磁共振成像基本原理及概念 磁共振检查方法及临床应用 磁共振成像的主要优点及限度
时间
1946 1971 1973 1974 1976 1977 1980 2003
磁共振发展史
发生事件
作者或公司
发现磁共振现象
Bloch Purcell
发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadian
做出两个充水试管MR图像 Lauterbur
活鼠的MR图像
Lauterbur等
人体胸部的MR图像
Damadian
初期的全身MR图像
Mallard
磁共振装置商品化
诺贝尔奖金
Lauterbur Mansfierd
MR成像技术的发展：四个阶段 20世纪70年代中—80年代初：初步认识、逐步完善成熟阶段。 80年代初—90年代初：广泛应用，但仅限于T1\T2层面成像。
注重于解剖结构及形态的变化。 90年代初—90年代末：快速发展阶段。检查时间缩短、随着
快速或超快速成像技术的应用，扩散加权、灌注加权、MRA、 水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。 90年代末—21世纪至今天：上述技术不断成熟的同时，有多 种成像方法进入临床应用，并进入磁共振分子影像学阶段。
磁共振设备
按照场强分为：低场强、 中场强、 高场强、 超高场强
0.4T以下 0.5-1.0T 1.5T
3.0T以上
磁体类型：永磁型、超导型
特斯拉（Tesla,T）
Nikola Tesla (18571943), 奥地利电器工程 师，物理学家，旋转磁 场原理及其应用的先驱 者之一。
1 T = 10000G（高斯）
核磁弛豫。
• 核磁弛豫又可分解为两个部分：
• 横向弛豫
• 纵向弛豫
90度脉冲
横向弛豫
也称为T2弛豫， 简单地说，T2 弛豫就是横向 磁化矢量减少 的过程。
横向磁化矢量 的缩短即是相 位散失的过程
T2弛豫是由于进动质子的失相位
用T2值来描述组织T2弛豫的快慢
不同的组织横向弛豫速度不同（T2值不同）
人体各种组织的T2弛豫要比T1弛豫快得多
T1>>>T2
▲ MR只能采集旋转的横向磁化矢量
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量 ▲在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢 量越大，MR信号越强
人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。
自然状态下， H核进动杂乱无章，磁性相互抵消。
进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互 抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础。
z MZ
x
按照单一核子进动原 理,质子群在静磁场中 形成的宏观磁化矢量M。