医学成像技术课件--09MRI（2）

MedicalImagingTechnology磁共振成像（二）MRI发展历史MRI的系统组成及优点成像脉冲序列各种MRI技术MRI图像质量控制MedicalImagingTechnologyMRI发展历史1945年2个独立小组在几天内同时发现核磁共振现象：1）Bloch,Stanford大学（1946）PhysicsReview69,1272）Purcell,MIT,（1946）PhysicsReview69,37MedicalImagingTechnologyFelixBloch1905-1983EdwardMillsPurcell1912-19971952NobelPrizeinPhysicsStanfordUniversityMITMedicalImagingTechnologyMRI发展历史1973年2个独立小组利用磁场梯度解决空间信息获取的问题：图像形成Lauterbur,StateUniversityofNewYork(1973)Nature242,736Mansfield,NottinghamUniversity(1973)J.Phys.C6,L422MedicalImagingTechnologyLauterbur1929Mansfield19332003NobelPrizeinPhysiologyorMedicineMedicalImagingTechnology2003NobelPrizeinPhysiologyorMedicinePaulC.Lauterbur–PrizeAwardPhotoSirPeterMansfield–PrizeAwardPhoto10/6,2003MedicalImagingTechnologyMRI发展历史Damadian1969，提出MRscanner的设想；1971，“tumordetectingbyMR”,T1,T21977，第一台MRI，1978，Fonar公司1980，上市RaymondDamadianMedicalImagingTechnologyMRI发展历史MedicalImagingTechnologyMRI发展历史第一台MRI装置1977MedicalImagingTechnologyMRI发展历史世界上第一张MRI图象MedicalImagingTechnologyMRI发展历史1946MRphenomenon-Bloch&Purcell1952NobelPrize-Bloch&Purcell1950NMRdevelopedasanalyticaltool196019701972ComputerizedTomography1973BackprojectionMRI-Lauterbur1975FourierImaging-Ernst1977Echo-planarimaging-Mansfield1980FTMRIdemonstrated-Edelstein1986GradientEchoImagingNMRMicroscope1987MRAngiography-Dumoulin1991NobelPrize-Ernst1992FunctionalMRI1994Hyperpolarized129XeImaging2003NobelPrize-Lauterbur&MansfieldMRItimelineMedicalImagingTechnologyMRI发展历史国内安科公司；威达-上海交大；西门子麦迪特东大阿尔派成像中心国际：ClinicalMRIOEMsFonarGeneralElectricMedicalSystemsHitachiMedicalSystemsPhilipsMedicalSystemsSiemensMedicalSolutionsToshibaMedicalSystemsExperimentalHighFieldMRIOEMsBrukerBiospinMRIVarian全球估计共有22000台全身核磁共振扫描仪投入使用（我国目前约有3000多台），每年扫描总数超过6000万次。MedicalImagingTechnologyMRI的系统组成MRI设备包括磁体、梯度线圈、供电部分、射频发射器及MR信号接收器，这些部分负责MR信号产生、探测与编码；模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等，则负责数据处理、图像重建、显示与存储。磁体有常导型、超导型和永磁型三种，直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性，并影响MRI的图像质量。因此，非常重要。通常用磁体类型来说明MRI设备的类型。常导型的线圈用铜、铝线绕成，磁场强度最高可达0.15～0.3T*，超导型的线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为0.35～2.0T，用液氦及液氮冷却；永磁型的磁体由用磁性物质制成的磁砖所组成，较重，磁场强度偏低，最高达0.3T。MedicalImagingTechnologyMRI的系统组成MedicalImagingTechnologyMRI的系统组成MedicalImagingTechnologyMRI的优点在所有医学影像学手段中，MRI的软组织对比分辨率最高，它可以清楚地分辨肌肉、肌腱、筋膜、脂肪等软组织；区分较高信号的心内膜、中等信号的心肌和在高信号脂肪衬托下的心外膜以及低信号的心包。MRI具有任意方向直接切层的能力，而不必变动被检查者的体位，结合不同方向的切层，可全面显示被检查器官或组织的结构，无观察死角。近年开发应用的容积扫描，可行各种平面、曲面或不规则切面的实时重建，很方便地进行解剖结构或病变的立体追踪。MRI属无创伤、无射线检查，避免了X线或放射性核素显像等影像检查由射线所致的损伤。MRI扫描对人体无害。成像参数多，包含信息量大，以应用最广泛的自旋回波（spinecho，SE）为例，此技术可获取三种性质不同的图像：T1加权像、T2加权像和质子密度加权像。目前，MRI已知成像参数达十余种，再加上超过百种的脉冲序列组合，以及许多特殊成像技术的应用，MRI的成像潜力十分巨大，为临床应用提供了广阔的研究领域。MRI具有较高的空间分辨率，尽管一般MRI图像的空间分辨率不及X线平片、X线心血管造影，但优于超声心动图和放射性核素显像，接近DSA和CT的水平。MRI的空间分辨率还将进一步提高。MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充反投影重建法1973年Lauterbur用梯度磁场区分空间坐标，用连续波（CW）NMR获得了世界上第一个NMR图像。NMR频率通过ω＝γG·r可和空间直接相关起来，Lauterbur测得投影P(ωk,φ)，用直接反投影法获得了图像。其实也可以进行滤波反投影而获得清晰的图像。这种重建与CT完全相似，可以称之为纯粹的NMR-CT。MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充反投影重建法MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充反投影重建法MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充X-CT与MRI比较NMR信号:（测得量）X-CT:射线强度I（测得量）MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充2007－11－2X-CT与MRI比较X-CT所加的扫描方式NMR所加的脉冲MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充X-CT与MRI比较0()(,)lnrrIPxfxydyI1[()]()stSF2/()(,)costTxstKxyetdxdyMedicalImagingTechnology成像算法的一点补充K空间与2DFTK空间就是存放磁共振成像用原始数据的地方。K空间的每一行都是在加有频率编码梯度（也称读梯度）的时候采集的，每一行都对应于一个特定的相位编码梯度。K空间与图像不是一一对应关系，K空间上的每一点对整个图像都有贡献，不同位置的数据对最终图像的贡献是不同的。K空间中心部分的数据主要贡献图像的信噪比和对比度信息边缘部分主要贡献图像的分辨能力方面的信息，起到勾边的作用。在K空间中，某一方向相邻采样点的间隔影响图像上该方向的视域（FOV）和信噪比，间隔越小，FOV越大，信噪比越高。MedicalImagingTechnology成像算法的一点补充K空间与2DFT2DFTMedicalImagingTechnology成像脉冲序列θ增加，势能增加，能量增量由外加交变磁场提供；θ减小，势能减小，能量交给外加交变磁场。仅当交变磁场角频率满足ω=γB=ω0时才发生此种能量交换。此时μ与B1_绕z轴同步旋转—〉核磁共振现象B0μy’x’B1z’0θ112tBt当外施交变磁场经过时间t后，磁化矢量M处于MedicalImagingTechnology成像脉冲序列90度和180度脉冲，见图相位重聚Rephasetime180°脉冲同相重新同相ABCDE快慢慢快MedicalImagingTechnology成像脉冲序列MR图像对比度很大程度上取决于RF脉冲的发射方式和FID的读取方式，与发射的射频脉冲的形式和间隔，与选择的梯度磁场的引入方式，与选择的空间分辨力等因素有关。脉冲序列：为了不同成像目的而设计的一系列射频脉冲和梯度脉冲。MedicalImagingTechnology成像脉冲序列MedicalImagingTechnology成像脉冲序列MR成像中选用不同的成像参数可以得到不同类型的图像。重复时间TR：从90°脉冲开始至下一次90°脉冲开始的时间间隔；回波时间TE：激发脉冲与产生回波之间的间隔时间；反转时间TI：初始180°与90°RF脉冲的间隔时间；翻转角α：射频脉冲发射后质子自旋翻转角度。MedicalImagingTechnology自旋回波序列SE(spinecho)序列：单回波和多回波SE序列。（一）单回波SE序列先发射一个90°RF脉冲，间隔TE/2时间再发射一个180°复相脉冲，再经TE/2时间间隔出现回波，测量回波信号的强度。90°RF脉冲激发1H，使MZ由Z轴翻转到XY面，M变为MXY。90°RF脉冲中止后，MZ逐步恢复；由于B0不均匀性造成质子旋进失相位使MXY由大变小，180°RF脉冲使相位离散的质子群在XY平面相位重新趋向一致，MXY由零逐渐恢复，在TE时达到最大值，形成自旋回波。MedicalImagingTechnology单回波SE序列SE序列组织的MR信号强度：21//)1()()(TTETTRSEeevgHfSf（H）为氢质子密度函数，g（v）为流体组织流速函数，静态组织g（v）＝1。T1越短信号越强；T2越长信号越强；质子密度越高信号越强。图像对比特征的回波强度不仅与受检组织的T1、T2、质子密度以及流动液体等条件有关，且与TR、TE等参数有关。通过TR和TE值的选择，可获得不同程度的T1、T2和质子密度加权像(PDWI)。MedicalImagingTechnology单回波SE序列T1加权像：用短TR（300～600ms）和短TE（10～25ms）时得到T1WI。T2加权像：选长TR（1500～2500ms）和长TE（80～120ms）时得到T2WI。质子密度加权像：选长TR（1500～2500ms）和短TE（10～25ms）得到PDWI。如果均选用中等长度的TE与TR，则无法突出T1、T2与质子密度对MR信号强度及组织对比的作用，不适于医学成像。MedicalImagingTechnology单回波SE序列MedicalImagingTechnology多回波SE序列MedicalImagingTechnologyMedicalImagingTechnology多回波SE序列一个周期中90°RF脉冲后以特定的时间间隔连续施加多个180°RF脉冲，使MXY产生多个回波。一次扫描中获得多幅不同TE值的PDWI和T2WI