MRI的概述与发展应用

90度 脉冲
T1：自旋-晶格弛豫时间
T1衰减：纵向磁化适量恢 复到原来的63% 不同组织有不同的纵向弛 豫速度，T1值不同 短T1组织：脂肪组织、 胆固醇 、高蛋白囊液、 血栓 长T1组织：游离水（T1 最长）、肿瘤、炎症、梗 死（游离水↑）

磁共振“加权成像”
T1WI
PD
T2WI
•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
1、看TR、TE

T2WI：
长TR(>2000毫秒)
T2WI

长TE（>50毫秒）
T1WI ：
短TR(400-800毫秒)
短TE（10-15毫秒）
T1WI
如何区分T1WI、T2WI
2、看水和脂肪
T1WI：
○ 水（如脑脊液、胃液、肠液、
T1WI
尿液）呈低信号（黑） ○ 脂肪呈很高信号（很白）
MRI进展方向

成像速度更快
常规SE 、T2WI序列 快速超快速梯度回波 EPI
15-25分钟 1秒以内 100毫秒以内
４分５３秒
１秒
空间分辨率更高
规：256256 高分辨：512 512，1024 1024
常
512 512

从单纯形态学分析向功能成像转变

其中mI只能取I、I-1、I-2、…-I+1、-I等共2I+1个值。
磁共振现象
磁共振发生的射频频率必须为进动角频率相等。
磁共振现象


射频脉冲的角频率与原子核进动角频率相等时，射频脉冲 能量才能被自旋核吸收，从低能级跃迁到高能级。 为了使得磁共振发生，可以采用扫频法、扫场法、脉冲法。 扫描法：改变频率； 扫场法：改变场强； 脉冲法：包含各种频率成分的宽带脉冲去激励特定目标 区域； 外磁场B0确定后，具有不同磁旋比的原子核其磁共振频率 不同。意味着一种频率的射频脉冲仅能激发一种原子核。 对于同一种原子核，外磁场强度越高，进动频率越高，磁 共振产生的共振拉莫尔频率越高。8-100 MHz的射频对人 体无伤害。 可以用来测量磁旋比，从而确定原子核的种类，即NMR
脑功能成像 心功能成像 肝功能成像 肾功能成像 磁共振波谱分析（MRS）
磁共振波谱分析
脑功能成像
应用范围逐步扩大
早期：颅脑、脊柱 目前：可用于全身各部位
MRI的基本技术和新技术
常规MRI 超快速MRI MRA 扩散成像 灌注加权 MR水成像
• 脑功能成像 • MRI仿真内窥镜 • MRI电影 • MR频谱分析 • 介入性MRI
z’
RF pulse
B0
z’
B1
x’
(RF coil)
y’
x’
B1
y’
低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态， 高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零
使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生 宏观横向磁化矢量
90 度 脉 冲 继 发 后 产 生 的 宏 观 和 微 观 效 应
电磁
0.35T 永磁磁体
1.5T 超导磁体
•MR按主磁场的场强分类
–MRI图像信噪比与主磁场场强成正比
–低场: 小于0.5T –中场：0.5T－1.0T
–高场: 1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）
–超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）
梯度线圈(gradient coil)

作用：
空间定位 产生信号


梯度线圈性能的 提高 磁共振 成像速度加快 没有梯度磁场的 进步就没有快速、 超快速成像技术
射频系统(radio-frequence system, RF )

作用：如同无线电波的天线
激发人体产生共振（广播电台
的发射天线）
采集MR信号（收音机的天线）
个物体，而后者以前者相同的频率震动。
体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？
给低能的氢质子能量，氢质子获得能 量进入高能状态，即核磁共振。
塞曼效应
若无外加磁场，自旋核保持其基态E0的 能量状态，且核自旋的取向是随机的；将 自旋核置入外磁场中，自旋核的能量在 E0的基础上出现量子化的特征。这种基 态能级在外磁场中发生分裂的现象称为塞 曼效应（Zeeman effect）。
T2WI
磁共振信号

磁共振信号即宏观横向磁化矢量切割接收线圈产生的信号。某组织 的宏观横向磁化矢量越大，其切割接收线圈产生的电信号也越强。 自由感应衰减信号 射频脉冲激发后，由于受横向驰豫和静磁场不均影响，组织中的宏 观横向磁化矢量较快以指数形式衰减，即自由感应衰减

磁共振信号

自旋回波信号 射频脉冲激发后，在一定的时间再发射一个180度聚焦脉冲，纠正 因静磁场的恒定不均匀造成的质子失相位。



T2值小 横向磁化矢量减少快 MR信号低（黑） T2值大 横向磁化矢量减少慢 MR信号高（白） 水T2值约为3000毫秒 MR信号高 脑T2值约为100毫秒 MR信号低
T1加权成像 (T1WI)
•反 映 组 织 纵 向
弛豫的快慢！

T1值越小 纵向磁化矢量恢复越快 MR信号强 度越高（白） T1值越大 纵向磁化矢量恢复越慢 MR信号强 度越低（黑） 脂肪的T1值约为250毫秒 MR信号高（白） 水的T1值约为3000毫秒 ，MR信号低（黑）
平 衡 状 态
90
纵 向 弛 豫
脂
90
水 T1WI
重要提示!!!
人体大多数病变的T1值、T2值均较相应
的正常组织大，因而在T1WI上比正常组 织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。
如何区分T1WI、T2WI
180 90 回波 90 180 回波
TE TR
TE：回波时间 TR：重复时间
如何区分T1WI、T2WI
T2WI：
○ 水呈很高信号（很白） ○ 脂肪信号有所降低（灰白）
T2WI
如何区分T1WI、T2WI

3、看其他结构
脑组织： ○ T1WI:白质比灰质 信号高 ○ T2WI:白质比灰质 信号低 T1WI 腹部： ○ T1WI:肝脏比脾脏 信号高 ○ T2WI:肝脏比脾脏 信号低
T1WI
T2WI
空调 检查台 激光照相机 液氦及水冷却
系统 自动洗片机等
MRI的基本原理、基本概念
人体MR成像的物质基础

Βιβλιοθήκη Baidu
原子的结构
电子：负电荷 中子：无电荷
质子：正电荷
自旋与核磁

地球自转产生磁场 原子核总是不停地按一定 频率绕着自身的轴发生自 旋 ( Spin ) 原子核的质子带正电荷， 其自旋产生的磁场称为核 磁，因而以前把磁共振成 像称为核磁共振成像 （NMRI）。
不同种类的原子核对应的旋磁比不同
不同的原子核
1H
(MHz/T)
42.58
17.25 11.27 10.71
31P
23Na
13C
14N
3.08
组进 织入 质主 子磁 的场 核前 磁后 状人 态体
处于高能状态太费劲，并非人人都能做到
•处于低能状态的略多一点
什么叫共振，怎样产生磁共振？

共振：能量从一个震动着的物体传递到另一
蔡甫雨 1101910
目录
MRI扫描仪的基本硬件构成 MRI的基本原理、基本概念 MRI进展方向 MRI的基本技术和新技术 MRI的优点和缺点 安全注意事项

核磁共振成像技术发展简史
核磁共振现象发现 Purcell等, Bloch等（ 1945）; Physical Review:
怎样才能使低能氢质子获得能量， 产生共振，进入高能状态？
射频脉冲

射频脉冲作用包括：由低能级向高能级跃迁，同时使得质子 同相位。 在B0和B1的共同作用下，质子系统的纵向磁化强度M0减小 到Mz，横向磁化强度由零增加到Mxy，质子系统总磁化矢量 M为Mz和Mxy的矢量和，其宏观表现就是最大纵向强度M0 由B0方向向xoy平面翻转，当射频脉冲停止时，M0与z轴成 Theta角。
ＭＲＡ
水分子扩散加权成像

检测组织内水分子热运动水平，适用于：
超急性期脑梗塞的诊断和鉴别诊断，可检出发病6
小时内甚至2小时以内的脑梗塞 ＣＴ １２－２４小时以后 常规ＭＲＩ ６－１２小时以后
T2WI
T1WI
扩散成像
血流灌注成像

静脉快速注射造影剂 后，利用超快速成像 序列进行扫描，可反 应组织的血流灌注和 血液动力学改变，适 用于：
T2:自旋-自旋弛豫时间


T2衰减：由共振质子之间 相互磁化作用所引起，它 引起相位的变化。 不同的组织横向弛豫速度 不同，T2值不同 长T2组织：游离水（T2 最长）、一般囊肿； 短T2组织：肿瘤、炎症、 梗死（游离水↑）；
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。
一般的MRI仪由以下几部分组成

主磁体 梯度线圈 脉冲线圈 计算机系统 其他辅助设备
主磁体(Magnet)
• 磁共振最基本的构造
• 产生磁场的装置 • 最重要的指标为磁场强度和均匀度
MRI按磁场产生方式分类
主 磁 体
永磁 permanent magnet 常导 resistive magnet 超导 superconducting magnet
氢 质 子 多 氢 质 子 少
•非常重要
•检测到的仅仅是不同组织氢质 子含量的差别，对于临床诊断来 说是远远不够的。
•我们总是在90度脉冲关闭后过 一定时间才进行MR信号采集。
射频线圈关闭后发生了什么？
无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线 电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)
• 核磁弛豫:


地磁、磁铁、核磁示意图
何种原子核用于人体MRI成像？
•用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有：
–1、1H的磁化率很高；
–2、1H占人体原子的绝大多数。
•通常所指的MRI为氢质子的MR图像。
人体组织内的质子存在状态
Top view
X’
y’
质子的运动：进动频率

0=
0
把人体放进大磁场
何为加权？？？

所谓的加权就是“重点突出”的意思
T1加权成像(T1WI)----突出组织T1弛豫差别
有利于观察组织的解剖结构
T2加权成像(T2WI)----突出组织T2弛豫差别
对显示病变组织较好 质子密度加权成像 (PD) －突出组织氢质子含量 差别
T2加权成像 （T2WI)
反映组织 横向弛豫 的快慢！
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.
• 核磁弛豫又可分解为两个部分：
横向弛豫：横向磁化矢量减少的过程 纵向弛豫：在主磁场的作用下，纵向磁化矢量 恢复的过程
横向弛豫
90度脉冲
也称为T2弛豫； 横向矢量衰减 到原来值 （Mxy）37% 的时间
•脉冲线圈的分类 • 激发并采集MRI信号（体线圈）
• 仅采集MRI信号，激发采用体线 圈进行（绝大多数表面线圈）
•利 用 2.3cm 显微线圈采 集的指纹MR 图像
3D-FFE Matrix 512×512
FOV
2.5cm
计算机系统及谱仪
数据的运算 控制扫描 显示图像

其他辅助设备
磁共振成像原理
几种射频脉冲
○ 小角度脉冲：使宏观纵向磁化矢量角度偏转＜
90° ○ 90°脉冲：使宏观纵向磁化矢量角度偏转＝ 90° ○ 180°反转脉冲：使宏观纵向磁化矢量角度偏转 ＝180°
90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转 横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接 收线圈，MR仪可以检测到。
核磁共振现象引入医学界
Damadian（1971 ）; Science, 171: 1151 -1153 核磁共振成像 Lauterbur（1973） ; Nature, 242: 190 -191 是利用原子核在磁场内所产生的信号经重建成像 的一种影像技术
MRI扫描仪的基本 硬件构成
得到图像所需要用到的工具„
常规MRI
包括常规T1WI 、T2WI、质子加权成像 临床工作中最常用的MRI技术

超快速成像技术

单层成像时间短于1秒， 适用于：
不能控制运动或神志不
清病人 胸部、腹部屏气扫描 动态增强扫描 各器官功能成像
MR血管成像（MRA）


不用造影剂的MRA（常 规MRA）：适用于全身 血管病变的显示，也可用 于血管血液流速、流量分 析。 对比增强MRA：能提高 常规MRA的准确性和真 实性。适用于动脉瘤、大 血管疾病的MRA检查。 对于大血管疾病的检查， 对比增强MRA已经能基 本取代血管造影。