MRI核磁共振

EdwardM.PurcellFelixBlochPaulC.LauterburSirP.Mansfield核磁共振波谱学液体高分子的化学成分和分子结构固体高分辨率核磁共振波谱分析900MHz20T化学、生物大分子、材料和制药核磁共振成像学生物医学领域10T石油测井寻找地下水源核磁共振现象原子核在外磁场作用下发生能级分裂,在一定射频场作用下吸收其能量发生能级跃迁的现象.E=h塞曼能级分裂射频脉冲radiofrequencypulse,RF核磁共振条件E=E2-E1h=E=gINB0图1质点对固定轴的转动量原子核的磁矩1角动量的概念2电子的轨道角动量和自旋角动量3原子核的自旋图2电子轨道角动量和自旋角动量图3质子的自旋角动量图4外场中质子自旋的两种取向4原子核的磁矩原子核的磁矩图5环形电流的磁矩图6质子的自旋与自旋磁矩共线且同向(a)磁矩与外磁场平行(b)磁矩与外磁场反平行图7在外场中质子自旋磁矩的取向NIIIIIIIgIImegPmeg1122Larmor进动（a）核受到的磁力矩（b）拉莫尔进动图8核受到的磁力矩作用发生拉莫尔进动0=B0图9质子在外磁场中的能级分裂质子系统的纵向磁化磁化强度矢量MM=∑纵向磁化减小纵向磁化向xOy平面翻转与产生横向磁化=B10=B090脉冲180脉冲=B1由单个原子核的校直导致组织体素的磁化磁化强度矢量组织体素的浓度核素的磁化灵敏度磁场强度磁化过程弛豫过程松弛、舒张、放松.自然界的固有属性.非平衡态到平衡态.纵向磁化平衡态Ｍ０横向磁化非平衡状态M弛豫的分类自旋核周围局部场的任何波动，只要其频率与自旋核的共振频率相当，均可引起核系统的弛豫。能量传递的过程。自旋-晶格弛豫，纵向弛豫一个自旋核与环境交换能量的过程自旋-自旋弛豫，横向弛豫高能态的核将能量传递给低能态的核弛豫过程中纵向磁化的生长纵向弛豫时间T1在每个成像周期开始时，纵向磁化被一个RF脉冲减小到零。然后在这周期内让它弛豫。在弛豫阶段，测量其磁场强度并作为像素的强度或亮度，周期就终止了。横向磁化很快会衰减横向弛豫时间T2，T2比T1短具有最短T2值的组织要比其他组织衰减快横向弛豫时间T2纵向分量要回家，横向分量要散伙；散伙得快，回家得慢。ＭＺＭ０ＭＸＹ０90脉冲后磁化强度矢量的弛豫综合弛豫轨迹自由感应衰减信号FID*/002cossinTttetMV让磁矩180度反向自旋回波序列中，消除磁场不均匀的影响90度脉冲后相位聚集质子失相180度脉冲后相位反转相位重聚自旋回波信号SpinEcho用于成像的信号是采集线圈中的感应电动势B=0M=BSdtdMSdtd0拉莫尔进动0=B0A=cos(t+)相位=t+梯度场Bx=GxXBy=GyYBz=GzZ运用MR信号形成所需要的图像用梯度来选择某一层面MRI图像层面的选择层面的选择是采用选择性激发的原理实现，如图所示。当磁场梯度方向是沿着患者体轴方向时．组织的每个层面对一个不同的共振频率调谐。这是因为质子的共振频率与磁场的强度成正比的缘故。层面的选择0=B00=B01.54～1.56T,=42.6MHz,射频脉冲频率范围65.604~66.456MHz频率编码x方向定位相位编码y轴定位X轴Y轴都定位后一个典型成像周期中的各种情况的序列梯度周期梯度场的施加顺序我们已经了解到在每一成像周期中、不同的梯度在特定的时刻接通和关掉的情况。在一个成像周期，每一个梯度和其它情况的相互关系如图所示。三种梯度的作用如下：层面选择梯度在RF脉冲加于组织时接通。对于处在特定层面内的组织来说，这就限制了磁场的激发和回波的形成。相位编码(准备)梯度在每个周期中接通一短的时间，用来产生在图像一维上的相位差。这个梯度的强度从一个周期到另一个周期略加改变，以产生成像所需的不同“视野”。频率编码(检测)梯度是在信号由组织发射的时间内接通。它可以使得不同的体素横列发射不同频率的信号。信号采集采样采样间隔采样时间采样间隔Ts，采样频率s=1/Ts，采样时间为Ts=NTs，若采样点数为N，可以证明接收信号的回波带宽为SW=1/Ts数据空间TRTRTR时间域的K空间信号采集TRTRTRTRTRTRK空间中心信号强，决定图像对比度K空间周围信号弱，决定图像的细节决定产生一幅图像所需要的周期个数的因素产生一幅图像需要几个步骤：加脉冲；产生梯度场；检测信号获得信号所需要的总时间：TR，NE，NS成像周期傅里叶变换的基本概念如图所示。它是—个能将合成信号分成单个频率分量的数学过程。因为每一体素列发射一个不同频率的信号，所以傅里叶变换能够测定每个信号分量的位置，并把它引导至相应的像素列上。在一个比较复杂的过程中，也可用博里叶变换把信号在相位编码方向上分类。对于每个图像像素，重建过程都计算出一个相对信号强度值。像素值和像素亮度间的关系由窗口控制器的设定来确定。图像重建影响图像质量和采集时间的MRI因素MRI图像质量分析对比度细节噪声伪影畸变主磁场0.52T，共振频率约22.6MHz磁极直径165mm，均匀度12.5ppm质子γ=42.5MHz/TK空间FFT后2D图像实物图采集过程中的信号FFT自旋回波TETR确定加权像信噪比分辨率图像形状1、赵喜平.磁共振成像北京:科学出版社,2004,112、PerrySprawls.Jr.医学成像的物理原理北京:高等教育出版社,1993,43、熊国欣,李立本.核磁共振成像原理北京:科学出版社,2007,84、俎栋林.核磁共振成像学北京:高等教育出版社,2004,1参考书Thankyou!