87MRI基础知识

磁共振基础知识磁共振成像•磁共振成像即MRI为MagneticResonanceImaging的英文缩写磁共振成像的历史•1946年，美国哈佛大学Purcell和斯坦福大学的Bloch就发现了物质的核磁共振现象，以后主要应用在化学分析上，并形成了核磁共振波谱学。•1971年，美国纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）用核磁共振波谱仪对正常组织和癌变组织样品进行研究，发现氢原子核的驰豫时间T1在癌变组织中变长了，根据这一结果，他提出了利用磁共振现象诊断癌症的可能性。•1973年，美国纽约州立大学教授Lauterbur首先提出利用磁场和射频相结合的方法来获得核磁共振图像，用反投影法完成了MRI的实验室侧模拟成像工作，为MR成像奠定了基础。•1978年英国第一台头颅MRI设备投入临床使用。•1980年全身的MRI研制成功。磁共振成像的定义•磁共振成像是利用射频（radiofrequencyRF）电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。磁共振设备•主磁体（直接关系到磁场的强度、均匀度、稳定性）•梯度线圈（改变主磁体场强，用作选层和信息空间定位。有三套相应的梯度线圈）•射频发射器（射频系统，主要由线圈组成）•MR信号接受器主磁体场强单位为特斯拉（T）或高斯（G），1Tesla=104Gause，地球磁场为0.3-0.7Gause，场强在0.15-3T。主磁体结构分为永久磁体、常导磁体和超导磁体。永久磁体超导磁体C型超级开放式核磁共振磁共振成像基本原理原子核的自旋•原子核中的质子类似地球一样围绕着一个轴做自旋运动，正电荷附着于质子，并与质子一起以一定的频率旋转，此称自旋。•自旋运动产生自旋角动量和自旋磁矩。•质子的自旋就好比电流通过环形线圈，将产生一定值的微小磁场，它的能量是一个有方向性的矢量，成为角动量。•质子自旋产生的角动量的空间方向总是与自旋平面垂直。•磁共振就是要利用这个角动量的物理特性来进行激发、信号采集和成像的。•如果原子内的质子和中子是成对的，那么总的角动量保持为零；在不成对的条件下，质子自旋运动产生的角动量将不能保持零状态，出现了角动量。•人体中的氢、碳、钠、磷原子都存在质子、中子不成对的情况，都可用来作磁共振成像的。但目前只有氢原子被用作磁共振成像的对象。•人体内最多的分子是水，水约占人体体重的65%，氢原子是人体中含量最多的原子。原子核在外加磁场中的自旋变化•在没有磁场的情况下，自旋中的磁矩方向是杂乱无章的，磁矩方向不一，相互抵消。•当人体在强大的外加磁场(也称主磁场)（B0）中时，体内质子的磁矩趋向于与B0磁力线的方向平行。其中多数与B0磁力线同向（处于低能级），少数与B0磁力线逆向（处于高能级），最后达到动态平衡。磁矩•人体在强大的B0中时，多数的质子的角动量与主磁场方向一致，少数的质子角动量与主磁场方向相反，方向一致与方向相反的质子角动量总和之差就出现了角动量总的净值，我们把它称为磁矩。•磁矩是一个总和的概念。磁矩的方向总是与主磁场的方向一致。进动•在磁矩的作用下，原子核自身旋转的同时又与以主磁场为轴做旋转运动，此称进动。进动是在主磁场存在时出现。•磁矩在磁场中是随质子进动的不同而变化，而且进动是具有特定频率，此称进动频率。进动频率•进动频率也叫Lamor（拉莫）频率，原子核在1.0Tesla的磁场中的进动频率称为该原子的旋磁比（γ），为一常值。•氢原子的旋磁比为42.58MHz，B0等于0.5Tesla时，氢原子进动频率为21.29MHz,B0等于1.5Tesla时，氢原子进动频率为63.87MHz。•Lamor公式：f＝γ.B0/2π核磁共振现象•共振是一种自然界普遍存在的物理现象。•一个静止的音叉在另外一个振动音叉的作用下即可引起同步振动，前提是两个音叉固有的振动频率相同。•质子在一定的磁场强度环境中，它的磁矩是以Lamor频率作旋进运动的。质子在受到另外一个磁场（B1）的重复作用时，当B1的频率与Lamor频率一致，方向与B0垂直，进动的磁矩将吸收能量，旋进方向将偏离B0方向。•质子的角动量在外加主磁场（B0）的条件下，受到另外一个磁场（B1）的作用而发生的共振现象。核磁弛豫一•原子核在外加的RF(B1)作用下产生共振后，吸收了能量，磁矩旋进的角度变大，偏离B0轴的角度加大了，在B1消失后将迅速恢复原状。•原子核发生磁共振而达到稳定的高能态后，从外加的B1消失开始，到恢复至发生磁共振前的磁矩状态为止，整个变化过程就叫弛豫过程。核磁弛豫二•弛豫过程是一个能量转变的过程，需要一定的时间，磁矩的能量状态随时间延长而改变，磁矩的整个恢复过程是较复杂的，但却是磁共振成像的关键部分。•弛豫分为纵向弛豫和横向弛豫。纵向弛豫一•纵向弛豫是一个从零状态恢复到最大值的过程。•磁矩是有空间方向性的，当人体进入B0环境后，将形成一个与方向一致的净磁矩，我们称其为M0。纵向弛豫二•B0方向是一条空间的中心轴线，我们定义它为纵轴。在外加的RF(B1)作用下，B0将发生偏离纵轴的改变，此时B0方向上的磁矩将减小，当B1终止后，纵轴（B0轴）上的分磁矩又逐渐恢复，直至恢复到RF作用前的状态，这个过程就叫纵向驰豫。所需时间就是纵向驰豫时间。纵向弛豫三•我们人为地把纵向磁矩恢复到原来63%时，所需时间为一个单位T1时间，也叫T1值。“T”就是Time，T1值一般以秒或毫秒为表示单位。•人体各种组织因组成成分不同而具有不同的T1值。T1驰豫曲线横向驰豫一•横向驰豫是一个从最大值恢复至零状态的过程。•在RF作用下，纵向的磁矩发生了偏离，与中心轴有了夹角，横向上则出现了分磁矩,当B1终止后，横向（XY平面）上的分磁矩又将逐渐减小。直至恢复到RF作用前的零状态，这个过程就叫横向驰豫。所需时间为横向驰豫时间。横向驰豫二•我们将横向磁矩减少至最大时的37%时所需时间为一个单位T2时间。也叫T2值。横向驰豫与纵向驰豫是同时发生的。T2驰豫曲线人体正常组织的MR信号特点组织T1驰豫时间T2驰豫时间自由水长T1低信号长T2高信号脂肪与骨髓短T1高信号长T2高信号肌肉较长T1较低信号较短T2中等灰黑信号骨骼致密骨长T1低信号短T2低信号松质骨稍短T1中等偏高信号稍长T2中等偏高信号淋巴较长T1中等低信号较短T2中等稍高信号气体无信号无信号信号强弱排列T1驰豫时间：气体骨骼水肌肉脂肪T2驰豫时间：气体骨骼肌肉脂肪水形象比喻有学者将核磁共振形象的分解为：•“核”的意思是指核磁共振现象主要涉及到原子核。•“磁”有两个含义：①磁共振过程发生在一个巨大磁体的孔腔内，他能产生一个恒定不变的强大静磁场。②在静磁场上按时叠加另外一个小的射频场进行核激发并诱发核磁共振；还要叠加梯度磁场以进行空间标记并控制成像。•“共振”是借助宏观世界常见的自然现象来解释微观世界的物理学原理。MRI检查注意事项一、带有神经刺激器，心脏起搏器，人工心脏金属瓣膜，体内有金属或磁性物植入史及早期妊娠的病人不能进行检查，以免发生意外。二、颅脑、神经系统检查者，无需特殊准备，作头颅、颈部的病员，检查时请不要眨眼及作吞咽动作。三、腹部检查者，检查前一周内不做胃肠钡餐检查，检查前禁食四小时。四、检查前需要更换衣服，请除去项链、手表、硬币、银行卡、磁卡、手机、活动假牙、假肢、义眼等。五、MRI检查时间较长，危重病员不能配合者，不宜作此检查。