磁共振成像原理及功能磁共振.ppt

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磁共振成像原理及临磁共振成像原理及临床应用床应用湖南省肿瘤医院放诊科向往nn绝大多数原子核都具有围绝大多数原子核都具有围绕自身轴线做旋转运动的绕自身轴线做旋转运动的特性，称之为自旋特性。

特性，称之为自旋特性。

nn质子自旋就相当于正电荷质子自旋就相当于正电荷在环形线路中流动在环形线路中流动即环即环形电流形电流产生磁场，即核产生磁场，即核磁。

磁。

nn若原子核含有的质子数为若原子核含有的质子数为偶数，则其自旋产生的磁偶数，则其自旋产生的磁场相互抵消，为非磁性。

场相互抵消，为非磁性。

反之，若为奇数，则具有反之，若为奇数，则具有磁性。

磁性。

MRI的物理基础nn生物组织中含有生物组织中含有1H、13C、19F、23Na、31P等元素，有磁性的元素有百余种。

等元素，有磁性的元素有百余种。

nn在现今，研究和使用的最多的是在现今，研究和使用的最多的是1H。

nn11HH是磁化最高的原子核，可以得到较强的信是磁化最高的原子核，可以得到较强的信是磁化最高的原子核，可以得到较强的信是磁化最高的原子核，可以得到较强的信号（即号（即号（即号（即SNRSNR高）；高）；高）；高）；nn1H1H占活体组织中原子数的占活体组织中原子数的占活体组织中原子数的占活体组织中原子数的2/32/3，数量丰富。

，数量丰富。

，数量丰富。

，数量丰富。

nnMRI时，均指的是时，均指的是1H原子核。

原子核。

MRI的物理基础无外加磁场时，各个质子以任意方向自旋，因而单位体积内生物组织的宏观磁矩M=0，若将生物组织置于一个强大的外加磁场（B0）中，则质子磁矩发生变化，较多的质子磁矩与B0方向相同，较少与之相反。

因此，出现与B0方向一致的净宏观磁矩M0。

MRI涉及讨论的主要为宏观磁化矢量的变化规律涉及讨论的主要为宏观磁化矢量的变化规律nn原子核在外加磁场中自旋的同时，原子核在外加磁场中自旋的同时，还以一定的角度围绕外加磁场方向还以一定的角度围绕外加磁场方向进行旋转运动，这种运动称为进动进行旋转运动，这种运动称为进动。

nn沿沿B0B0旋进着的质子类似于在重力作旋进着的质子类似于在重力作用下的陀螺。

用下的陀螺。

nn进动频率亦称角频率进动频率亦称角频率（00），取决于，取决于外加磁场强度外加磁场强度（B（B00）和原子核的旋磁比和原子核的旋磁比（）（）：

00=00nn上述方程式称为拉莫尔方程上述方程式称为拉莫尔方程，其角其角频率又称为拉莫尔频率。

频率又称为拉莫尔频率。

nn旋磁比旋磁比（）（）是原子核的固有特性，是原子核的固有特性，仅与原子核的种类有关。

仅与原子核的种类有关。

MRI的物理基础MRI的物理基础的物理基础nn能量从一个客体或系统传送至另一个，而接受者以供应者能量从一个客体或系统传送至另一个，而接受者以供应者相同的频率振动。

这种能量传送只有在驱动者能量频率与相同的频率振动。

这种能量传送只有在驱动者能量频率与被激励系统的振荡频率相一致时才能发生。

被激励系统的振荡频率相一致时才能发生。

nn在在MRMR成像中，被激励者为组织中的成像中，被激励者为组织中的1H1H团，激励者为射频团，激励者为射频脉冲。

在脉冲。

在B0B0中，以中，以LarmorLarmor频率施加射频脉冲，被激励质子频率施加射频脉冲，被激励质子从低能态跃迁到高能态，出现核磁共振。

从低能态跃迁到高能态，出现核磁共振。

nn从宏观上讲，受激励的质子群发生核磁共振时，质子宏观从宏观上讲，受激励的质子群发生核磁共振时，质子宏观磁化矢量磁化矢量MM不再与原来的主磁场平行，不再与原来的主磁场平行，MM的方向和值将离的方向和值将离开原来的平衡状态而发生变化，其变化程度取决于所施加开原来的平衡状态而发生变化，其变化程度取决于所施加射频脉冲的强度和时间，二者越大，在射频脉冲停止时，射频脉冲的强度和时间，二者越大，在射频脉冲停止时，MM离开离开B0B0越远。

越远。

9090射频脉冲射频脉冲射频脉冲射频脉冲MRI的物理基础的物理基础nn核磁弛豫：

脉冲停止后，宏观磁化矢量M又自发恢复到平衡状态。

nn纵向弛豫：

90脉冲停止后，纵向弛化矢量要逐渐恢复放到平衡状态，测量时间距终止时间越长，所测到的磁化矢量信号幅度就越大，Mz达到其最终平衡状态的63%的时间为T1值。

（通过释放已吸收的能量）MRI的物理基础的物理基础nn横向弛豫：

横向弛豫：

9090射频脉冲的的另一个作用是使质子射频脉冲的的另一个作用是使质子群在同一方位、同步旋进（相位一致），这时横群在同一方位、同步旋进（相位一致），这时横向磁化矢量向磁化矢量MxyMxy最大。

但射频脉冲停止后，质子最大。

但射频脉冲停止后，质子群同步旋进很快变成异步，相位失聚合，磁化矢群同步旋进很快变成异步，相位失聚合，磁化矢量相互抵消，量相互抵消，MxyMxy很快由大变小至为很快由大变小至为00，称之为去，称之为去相位。

相位。

MxyMxy衰减到原来值衰减到原来值37%37%的时间为的时间为T2T2值。

值。

（通（通过相位的改变导致矢量抵消）过相位的改变导致矢量抵消）nn只有只有LarmorLarmor频率的磁动波与频率的磁动波与B0B0作用垂直时，被激作用垂直时，被激励的高能态质子方能放出能量，回到低能态，即励的高能态质子方能放出能量，回到低能态，即T1T1弛豫；弛豫；nn各种频率、任意方向的磁动波均可使质子群的旋各种频率、任意方向的磁动波均可使质子群的旋进频率及方位发生改变，即进频率及方位发生改变，即T2T2弛豫。

弛豫。

T1、T2弛豫过程同时进行弛豫过程同时进行MRI的物理基础的物理基础nn弛豫与生物组织理化因素的关系人体体温环境下，纯水分子热运动覆盖的频率段最宽，多超出MRI质子共振频率的范围。

如果水变成冰或者有物质（蛋白质）溶解在内使其粘度升高，则热运动减低，处于Larmor频率的磁动波较多，能更多地激发被激励的质子，使T1缩短。

而脂肪、胆固醇等物质内1H，由于基本没有热运动的影响，所以均呈短T1信号。

磁共振信号的产生o外来射频脉冲停止后，由外来射频脉冲停止后，由MM00产生的横向磁产生的横向磁化矢量由化矢量由XYXY平面逐渐回复到平面逐渐回复到ZZ轴轴o同时以射频信号的形式放出能量同时以射频信号的形式放出能量o发出的射频信号被体外线圈接受发出的射频信号被体外线圈接受o经计算机处理后重建成图像经计算机处理后重建成图像磁共振检查技术磁共振检查技术磁共振检查技术磁共振检查技术平扫（平扫（平扫（平扫（T1WIT1WIT1WIT1WI、T2WIT2WIT2WIT2WI、PDWIPDWIPDWIPDWI）增强（增强（增强（增强（T1WIT1WIT1WIT1WI）动态增强（动态增强（动态增强（动态增强（DynamicMRDynamicMRDynamicMRDynamicMR）磁共振血管造影（磁共振血管造影（磁共振血管造影（磁共振血管造影（MRAMRAMRAMRA）脂肪抑制成像（脂肪抑制成像（脂肪抑制成像（脂肪抑制成像（STIR）STIR）STIR）STIR）水抑制成像（水抑制成像（水抑制成像（水抑制成像（FLAIRFLAIRFLAIRFLAIR）水成像（水成像（水成像（水成像（MRCPMRCPMRCPMRCP、MRUMRUMRUMRU、MRMMRMMRMMRM）灌注成像（灌注成像（灌注成像（灌注成像（PerfusionPerfusionPerfusionPerfusion）弥散成像（弥散成像（弥散成像（弥散成像（DiffusionDiffusionDiffusionDiffusion）功能成像（功能成像（功能成像（功能成像（functionMRfunctionMRfunctionMRfunctionMR）PDWIT2WIT1WIPDWIT2WIT1WISESE序列序列序列序列FSTIRFSTIR序列序列序列序列后交通支动脉瘤后交通支动脉瘤后交通支动脉瘤后交通支动脉瘤3D-MRA3D-MRA3D-CEMRA3D-CEMRA3D-CEMRA3D-CEMRA的时间分辨率（胸腹部）的时间分辨率（胸腹部）的时间分辨率（胸腹部）的时间分辨率（胸腹部）FLAIRFLAIR抑水序列抑水序列抑水序列抑水序列磁共振胰胆管造影磁共振胰胆管造影磁共振胰胆管造影磁共振胰胆管造影（MRCPMRCP）3D-3D-重重重重T2WIT2WI（水成像）水成像）水成像）水成像）磁共振弥散加权成像磁共振弥散加权成像DWI磁共振弥散加权成像磁共振弥散加权成像DWIMR图像：

组织T1、T2驰豫时间、H1的密度、分子弥散运动DWI图像：

利用扩散敏感梯度脉冲将水分子弥散效应扩大，来研究不同组织中水分子扩散运动的差异其方法就是在常规的任意其方法就是在常规的任意MRI序列上施序列上施加对弥散敏感的梯度脉冲来获得加对弥散敏感的梯度脉冲来获得正常组织间隙正常组织间隙随机运动的水分子随机运动的水分子-低信号低信号细胞毒性水肿的组织细胞毒性水肿的组织运动受限的水分子运动受限的水分子-高信号高信号AB组织内影响水分子弥散的因素组织内影响水分子弥散的因素细胞内外的体积变化细胞内外的体积变化水分子通过细胞膜的渗透作用水分子通过细胞膜的渗透作用细胞外间隙形态的改变细胞外间隙形态的改变肿瘤组织细胞比例增高高信号nn通过两个以上不同弥散敏感梯度值（通过两个以上不同弥散敏感梯度值（bb值）的弥散值）的弥散加权象，可计算出弥散敏感梯度方向上水分子的加权象，可计算出弥散敏感梯度方向上水分子的表观表观弥散系数弥散系数（apparentdiffusioncoefficientADCapparentdiffusioncoefficientADC）ADC=ADC=In（SIn（S低低/S/S高高）/（b）/（b高高-b-b低低）DWI评估弥散的参数评估弥散的参数=&b=0b=1000ADCADC反映了水分子的扩散运动的能力，指水分子单位时间内扩散运动的范围，其值越高代表水分子扩散能力越强。

磁共振扩张张量成像磁共振扩张张量成像DTIDWI成像只在X、Y、Z轴三个方向上施加敏感梯度，不能完全、正确地评价不同组织在三维空间内的弥散情况，组织各向异性程度往往被低估。

DTI则可以在三维空间内定量分析组织内水分子的弥散的特性。

nn均质介质中水分子的运动是均质介质中水分子的运动是无无序随机运动，即向各个方向运序随机运动，即向各个方向运动的几率是相同，即具有动的几率是相同，即具有各向各向各向各向同性（同性（同性（同性（isotropyisotropyisotropyisotropy）在人体组织中，水分子的运在人体组织中，水分子的运动由于受到组织细胞结构的影动由于受到组织细胞结构的影响，在各个方向弥散程度是不响，在各个方向弥散程度是不同的，具有方向依赖性，即具同的，具有方向依赖性，即具有有各向异性各向异性各向异性各向异性（anisotropy）（anisotropy）磁共振弥散加权成像磁共振弥散加权成像DTI水分子垂直于神经纤维水分子垂直于神经纤维走向的弥散运动困难走向的弥散运动困难水分子平行于神经纤维水分子平行于神经纤维走向的弥散运动容易走向的弥散运动容易要描述水分子的空间弥散情况，引入了张量的概念，脑白质中每一个体素的各向异性扩散过程就可以用张量D表示。

需要用一个二维矩阵表示：

nn二阶张量具有二阶张量具有对称性对称性对称性对称性，DDxyxyDDyxyxDDxzxz=DDzxzxDDyzyz=DDzyzy因此只要计算因此只要计算因此只要计算因此只要计算66个变量个变量个变量个变量方法：

方法：

至少在至少在66个个不同非共线方向不同非共线方向上施加敏感梯度，另上施加敏感梯度，另外再采集一幅具有同样参数而未施加敏感梯度的图像。

外再采集一幅具有同样参数而未施加敏感梯度的图像。

从弥散加权像和非弥散加权像的信号强度衰减差异中从弥散加权像和非弥散加权像的信号强度衰减差异中可以得到可以得到66幅表观弥散系数图（幅表观弥散系数图（ADCADC），得到一个六），得到一个六元一次方程组，最