磁共振成像概述

磁共振成像概述磁共振成像MagneticResonanceImaging是采用人体内氢原子核在强磁场内共振产生影像的一种医学检查和诊断的方法MRI是什么？无线电波成像MRI的特点？是软组织辨别率最高的影像检查手段MRI的适应症？可适用全身检查功能MRI是什么？可供应活体的结构、代谢信息磁共振信号=无线电波依据质子拉莫尔频率，其波长位于短波或超短波如

0.5T拉莫尔频率为

21.3MHz波长为

14.08m短波

1.5T拉莫尔频率为

63.9MHz波长为4・69m超短波磁共振成像的定义磁共振成像magneticresonanceimagingyMRI是采用射频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nuclearmagneticresonanceNMR用感应线圈采集磁共振信号按肯定数学方法进行处理而建立的一种数字图像核磁共振的含义

3.弛豫过程中，纵向磁化由零恢复到最大值；横向磁化由最大值降至零留意磁化向量以螺旋进动形式倒向XY平面新的横向磁化，新的横向磁化向量随质子运动，也具有进动频率借助天线接收线圈可感应到不同部位质子不同的进动频率，产生不同频率的MR信号弛豫的两种形式.纵向弛豫Longitudinalrelaxation射频脉冲停止，纵向弛豫恢复到原来大小平衡的状态，纵向弛豫是能量变化的过程，有能量的快递，集中变化原子汲取的能量逸散，传递到四周环境的分子晶格中，才能恢复原来高、低能态平衡纵向弛豫也叫自旋一晶格弛豫纵向磁化向量恢复原来数值所经受的时间过程称纵向弛豫时间Tlo纵向弛豫过程表现为一种指数递增曲线，T1是特征性时间常数T1值被定义为从零恢复到原来纵向磁化向量63%的时间4-5倍的T1值时间才能达到完全恢复如何区分不同组织T1特征不同组织有自己的T1和T2值不同的T1和T2反映出不同的信号幅值组织T1特征性时间常数是递增曲线影响T1弛豫时间长短的两个因素1不同组织分子结构T1弛豫时间不同，由它们本身进动频率不同所打算大部分组织T1值在200-300msec之间，如脂肪质子的弛豫比水分子要快，T1时间就短，脂肪T1为100・200ms纯水为3000ms组织含水越多，T1时间越长2磁场强度影响磁场强度增大使共振频率增大，T1弛豫时间随之延长组织T1值不同，在图像上信号强度明显不同T1W像脂肪组织和大脑白质T1时间相对短显示强的高信号白色，肝，脾和肌肉等因其T1值反映是中等信号强度灰色，脑脊液，囊肿，水肿，尿液等T1值长，图像显示为很低信号，钙化，皮质骨，韧带肌腱，流空血管和脏器空腔内气体均显示为黑色信号.横向弛豫Transverserelaxation射频脉冲停止，横向磁化向量开头渐渐消逝的过程横向弛豫不是能量变化的过程，是进动相位失去的过程DephasingRF一质子同方向同步进动Inphasing—RF停止一质子方向转变不同步一相位由聚合全都变为丢失一磁化量相互抵消由大至小而为零横向弛豫也叫自旋一自旋弛豫横向磁化向量渐渐消逝的过程称横向弛豫时间T2o其衰减过程也表现为一个指数曲线，与T1不同的是递减曲线，其特征性的时间常数为T2oT2值被定义为横向磁化向量从最大到其原来37%的时间4-5倍T2值时间完全消逝T2弛豫时间内氢质子将汲取的RF能量以电磁波形式的信号释放出来（FID）o主磁场T2弛豫时间比T1要短很多人体组织中T2值的范围大约在50・100ms之间（脑脊液较为特殊，具有2000ms的T2值）在含水多的组织中也有较长的T2弛豫时间（如炎症，水肿，恶性肿瘤等）与T1相比，T2对主磁场强度不敏感，但是对磁场匀称度敏感人体组织Tl、T

2、PD值由组织本身固有特性所打算不同组织成分都有自己不同的T1弛豫和T2弛豫时间T2*弛豫主磁场不匀称性（无肯定匀称），使组织在磁场不同位置上高场强的质子进动速度比低场强中的质子快，其结果是磁场不匀称引起横向磁化过程消逝加快，使组织放射信号快速减弱用自由感应衰减方法测得的自旋一自旋弛豫时间标记为T2*磁共振成像技术

（一）射频脉冲及脉冲序列什么是脉冲序列？脉冲射频脉冲、梯度脉冲序列脉冲的幅度、宽度、间隔时间以及施加挨次脉冲序列即通过对射频脉冲和梯度脉冲的适当编排来影响MR信号的产生和空间编码把射频脉冲、梯度场和信号采集时刻等相关各参数的设置及在时序上的排列称为脉冲序列（pulsesequence）射频脉冲的调整主要包括带宽（频率范围）、幅度（强度）、何时施加及持续时间等梯度场的调整主要包括梯度场施加方向、梯度场场强、何时施加及持续时间等核一磁共振现象涉及原子核（特殊是氢原子核）磁一磁共振过程发生在强大静磁场的巨大磁体内在静磁场上叠加射频场按时做激励诱发共振叠加梯度磁场进行空间标记并掌握成像共振一借助宏观世界自然现象解释微观世界的物理学原理（如音叉振动），核子间能量汲取与释放可产生共振（磁场中）共振现象的三个基本条件

（1）必需有一个主动振动的频率

（2）主动振动频率与被动振动的物体固有频率必需相同

（3）主动振动物体具有肯定强度并与被振动物体保持肯定距离磁共振具备三种磁场才能完成即静磁场，梯度磁场，射频脉冲磁场磁共振现象处于恒定磁场中的氢原子核，在特定频率（拉摩尔Larmor）的射频脉冲（RF）影响下交替汲取、释放能量的过程什么是核磁共振现象？位于静磁场中的人体组织受到射频场的作用产生磁共振信号并采用梯度场进行空间编码实现对信号的定位，通过计算机的重建处理，从而得到图像.人体磁共振的基本成像过程人体未进入静磁场，体内氢质子群磁矩自然无规律排列；.进入静磁场，全部自旋的氢质子重新排列定向，磁矩指向N或S极；.通过射频线圈与静磁场垂直方向施加射频脉冲，受检部位氢质子汲取能量并向一个方向偏转和自旋；.射频脉冲停止，核磁弛豫开头，氢质子释放汲取的能量重新回到原来自旋的方向；.释放的电磁能转化为磁共振信号；.经梯度磁场做层面选择和相位编码及频率编码;.经傅立叶转换和计算机处理形成图像磁共振成像系统的基本构成MRI在临床诊断中的特点和优势MRI多方位成像（轴位，矢状，冠状位及斜面）多种技术序列、参数成像（MRI、MRA、FMRIPerfusionDiffusionMRCPMRU、MRS等）无创伤、不注射造影剂显示器官水成像、血管成像神经系统显示病变高敏感性急诊应用价值（急性脑梗塞、急性脑血管溶栓、脊髓外伤、主动脉夹层动脉瘤等）骨关节、肌肉韧带、半月板解剖关系采用MR制定放疗方案或手术前定位等对组织水分子运动集中讨论（Diffusion）注入造影剂对血流灌注动态讨论（Perfusion）血氧平衡水平依靠（BOLD）脑血容动脉自旋体标记（ASL）CBF、CBV非介入方法对心脏形态解剖、内部结构、心肌功能、灌注负荷、血流量化、血管结构（冠脉）等应用脑功能成像（fMRI）血管间隙依靠fMRI（VASO）组织代谢测定波谱分析（MRS）介入磁共振……磁共振成像的局限性成像速度慢对钙化灶和骨皮质症不够敏感图像易受多种伪影影响禁忌症多定量诊断困难磁共振成像基本原理

一、几个基本物理概念

1、向量一代表一种数量值和方向向量不仅用于物理学中的力，也表示磁场的大小和方向表示形式用直箭表示，箭长表示量值，箭头表示方向向量常用于描述磁场量变，每一磁场均有其特有的幅值和方向，幅值就是磁场的强度向量可被分解为分向量是一个很重要的概念用三维坐标来表示空间内指向任何方向的一种向量，坐标中垂直轴方向用Z表示指静磁场方向，水平轴用X表示，平行Z和X平面的是Y轴，假如X轴与Y轴所在平面与Z轴垂直，称XY平面向量值用M表示，M与X轴之间有夹角，这时M可分解X轴和Z轴方向的分向量MxMz

2、磁体和磁场——磁体产生磁场磁体线圈有永磁式，空气芯或铁芯电磁体线圈和超导线圈磁场强度用高斯Gauss或特斯拉Tesla表示lTesla=10000Gauss地球磁场大约

0.6Gauss磁场梯度——指磁场强度内位置不同而转变，磁共振成像中梯度磁场梯度常设为从左至右、自下而上、由前至后磁场强度渐渐增加的梯度磁场射频脉冲磁场——正弦波振荡的射频电波，有射频脉冲线圈产生电磁感应——通过调整线圈内电流的大小，变化磁场强弱，产生感应电压和电流，实际上产生了一种振荡磁场放射线圈，另一线圈接受感应产生沟通电组织的磁化——人体进入磁体后，由于强大磁场的作用使组织本身获得了一种静磁化组织磁化是组织能够放射无线电信号最终形成图像成为可能

二、核磁共振现象-原子结构原子可分为原子核与电子，原子核又可分为质子和中子，后两者均称为核子，具有自旋的特性，依据经典电磁学理论旋转的电荷可视为环路上的运动电荷，具有自旋的运动电荷则应有磁矩，产生一个小磁场原子核的自旋原子核的一种特性原子核中的质子并非静止，而是以自身的旋转轴作自旋运动，自旋与质子数目有关中子数质子数核自旋偶偶无奇奇不肯定偶奇有奇偶有只有奇数质子元素具备磁共振讨论条件，如HCFNaP等氢原子核只有一个质子及一个轨道电子，是目前临床MRI唯一采用的原子氢质子带有一个正电核，不停的旋转产生环形电子形成磁场这个有南北极的小磁体同时具备有磁矩（向量），其磁动量大小用M表示在自然状态下，旋转的质子磁矩处于杂乱无章的排列方向，并随时发生变化当外加一个强磁场后（人体进入磁体内），质子磁矩排列方向发生转变，向南北极两个方向平行排列两种不同排列表明其处于两种不同的能级状态，低能级与主磁场方向相同高能级反之组织自身被磁化（纵向磁化）处于强磁场内的质子并非静止地向两个方向平行排列，进行陀螺式的摇摆样运动，质子磁矩这种旋转运动称为进动（Precession）其旋转频率称共振频率（拉莫频率）进动频率可通过larmor方程计算完成LarmorEquationw=yBow为角频率，Y为磁旋比，B为磁场强度原子在

1.0Tesla的磁场中的进动频率称为该原子的磁旋比（丫），为一常数值氢原子核的磁旋比为

42.58MHz/T氢原子核的进动频率为42MHz（LOT）进动特点

（1）氢原子核在绕自身轴旋转

（2）沿主磁场方向（Bo）沿磁力线作锥形的圆周运动依据公式，进动频率与磁场强度成正比（组织磁化向量与磁场强度成正比）氢质子在不同的场强中共振频率不相同（见表）氢原子核在不同场强中的共振频率人体组织在强磁场内会产生净磁化，组织磁化的程度取决于磁场强度，与磁场强度成正比组织磁化的方向与主磁场方向相同，是纵向磁化组织磁化是产生MR信号形成图像的前提人体进入磁场，诱发新的磁化向量，沿外磁场纵轴方向称纵向磁化因与磁场平行处于同一方向的纵向磁化向量不能直接探测到，需横向与外磁场的磁化向量用一个短促的电磁波（即能与质子交换能量的射频脉冲）打乱质子的排列状态，产生横向磁化，质子频率与射频脉冲频率相同时，质子汲取能量，发生共振人体进入磁体，组织被磁化，氢质子磁矩有规律排列时，在主磁场垂直方向施加射频脉冲，当RF脉冲等于质子的进动频率时，质子能汲取RF脉冲，发生质子能态跃迁，产生核磁共振，使组织磁化向量位置移动，围绕主磁场方向的进动角度发生转变射频脉冲时间的长短、强度的大小打算了进动角度的大小射频脉冲强度越大，进动角度转变越快射频脉冲施加时间越长，进动角度越大射频脉冲较弱或作用时间短时，质子磁矩产生小角度翻转或90度，射频脉冲较强或持续时间长，使质子磁矩由原来顺磁场排列方向翻转180度倒向负Z轴方向留意磁化向量以螺旋进动形式倒向XY平面（新的横向磁化），新的横向磁化向量随质子运动，也具有进动频率因此，借助天线（接收线圈）可感应到不同部位质子不同的进动频率，产生不同频率的MR信号射频脉冲是一种振荡磁场，当放射到主磁场中的人体组织时使其发生了磁化作用，氢质子磁化向量离开主磁场方向围绕Z轴进动，产生XY平面上横向磁化，同时有MR信号产生射频脉冲一停止，组织磁化恢复原来的状态，即发生弛豫（Relaxation）驰豫过程当射频脉冲停止，交变磁场突然消逝，射频激励完成受激励的氢质子核将释放出它们汲取的能量，磁化向量渐渐恢复平衡，自旋质子在静磁场作用下，回到静磁场原先排列的位置上这个过程称“核磁弛豫九磁化向量三个要点.磁化向量螺旋式提升靠向静磁场Bo方向.射频脉冲停止瞬间，Z轴磁化向量为零，XY平面达到最大值

0.

156.

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28.

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