MRI成像基本原理

安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyMRI：TheBasics安徽医科大学第一附属医院放射科钱银锋安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology影像学发展趋势形态成像功能成像宏观成像分子影像影像诊断介入影像安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology概述最初称为NMR。1946年哈佛大学的Purcell和斯坦福大学的Bloch各自独立地发现了核磁共振现象，并于1952年获得诺贝尔物理学奖。1971年Damadian发现肿瘤的T1、T2值比正常组织长。1978年获得了第一幅人体NMR图像。1980年商品MRI机开始用于临床。安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyMRI的优点：无放射性；可任意方向成像；软组织分辨率高；无骨硬化伪影。概述安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology概述MRI的缺点：空间分辨率低；成像时间长；体内有铁磁性物体者禁忌检查；对钙化和骨皮质改变不敏感；费用较贵。安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyMRI组成及作用磁体—提供强大的静磁场，使体内质子发生定向排列射频脉冲—提供电磁能量传递给低能质子使之发生能级跃迁；使不同进动的质子同步进动梯度线圈—对体内质子进行空间定位计算机—图象重建和后处理安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology磁体超低场：＜0.2T低场：0.2~0.4T中场：0.5~1.4T高场：1.5~3.0T超高场：＞3.0T安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology永磁型常导型超导型磁体安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology将病人放入磁体内发射射频脉冲关闭射频脉冲病人发出信号，该信号被接受线圈接收并用于图像重建磁共振成像步骤安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology磁共振成像步骤1把病人放入磁体内纵向磁化正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态，当放入强磁场中，就会发生定向排列让我们仔细观察质子运动安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology质子自旋安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology选用1H的原因含量丰富灵敏度高安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology纵向磁化安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology进动（Procession）ω=γB0γ=42.6MHZ/T安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology坐标系安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology坐标系安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology坐标系安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology纵向磁化安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology为何要发射射频脉冲(radiofrequency,RF)？安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology步骤2：施加特定频率的射频脉冲何谓射频脉冲？施加射频脉冲后，质子会发生什么变化？——横向磁化（Transversemagnetization）为什么要发射特定频率的射频脉冲？安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology特定频率安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology为什么RF要特定频率？安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyRF作用1安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyRF作用2安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology射频激励安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology激励安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology施加RF后质子的进动ZyXω0ω1ω0远大于ω1安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology施加RF后质子的章动安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology旋转坐标系安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology步骤3：关闭射频脉冲弛豫（relaxiation）纵向弛豫（T1弛豫）—纵向磁化矢量恢复到原来大小的过程。恢复到最大值63%所需的时间为T1时间横向弛豫（T2弛豫）—新建立起来的横向磁化矢量逐渐消失的过程。降低到最大值37%所需的时间为T2时间。安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT1弛豫过程安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT1弛豫过程安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT2弛豫过程安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT2弛豫过程安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT1受什么影响—组织的成分、结构和环境什么影响T2—外磁场的不均匀性、单个自旋间的相互作用安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT2和T2*安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology1.5T下脑组织的T1、T2和N（H）T1(ms)T2(ms)N（H）白质510670.61灰质760770.69水肿9001260.86CSF26501801.00安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology代表性组织液体/水——长T1（低信号）长T2（高信号）脂肪——短T1（高信号）中等T2（中等信号）安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology水/液体安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology脂肪安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology接受到的信号(理想状态)安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology接受到的信号(实际状态)安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology数据空间安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyTE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyTR安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT1恢复与T2衰减安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology组织对比SI=N(H)(e-TE/T2*)(1-e-TR/T1)长TR减少T1作用短TR增加T1作用短TE降低T2*作用长TE增加T2*作用安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology短TR—T1WI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology长TE—T2WI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT1WITR/TE=340/9ms安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT2WITR/TE=4200/98ms安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT1WI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyT2WI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology步骤4身体区域内的图象如何重建？如何选择层厚？RF带宽、梯度信号来自何处？频率编码梯度与相位编码梯度安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology层面选择安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology层面选择安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology频率编码梯度安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology相位编码梯度安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology脉冲序列SE（Spinecho,自旋回波）FSEIR（Inversionrecovery，反转回复）—STIR、FLAIRGRE/GE(gradientecho)EPI(plainechoimaging)安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologySE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologySE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyFSE/TSE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyFSE/TSE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyFSE/TSE优点：缩短扫描时间减轻运动伪影金属伪影减轻对磁场均匀性要求低安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyIR安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologySTIR安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyFLAIR安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyGE/GRE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology优点：提高扫描速度增加对出血的敏感性3D成像MRAGE/GRE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology缺点：降低了SNR增大了磁化率伪影增加了对外磁场不均匀的敏感性第二种化学位移效应GE/GRE安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyEPI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyK空间填充方式安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology优点：扫描时间约100ms或更短心脏和呼吸的运动不再成为问题能够实现无运动伪影的图像可研究组织和器官的功能EPI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology临床应用：DWIPWI心脏和腹部的无运动伪影成像冠脉成像心脏电影成像EPI安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology不同组织的信号特征脂肪—短T1中等T2肌肉—稍长T1短T2韧带—长T1短T2骨髓—短T1等T2血管—流空骨皮质—长T1短T2纤维软骨—长T1短T2透明软骨—短T1长T2变性—长T1长T2水肿—长T1长T2血肿—随Hb衍变而不同囊肿—随囊内容物不同而不同肿瘤—绝大多数长T1长T2，脂肪瘤、黑色素瘤例外安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology流空效应安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyMRATOF法PC法CE法安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiologyMRA安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院放射科DepartmentofRadiology安徽医科大学附属医院