MRI基本原理.ppt

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1、一、MRI儀器的基本硬件構(gòu)成主要由：1、主磁體：產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，根據(jù)主磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)的不同分為永磁型和電磁型。電磁型主磁體分為常導(dǎo)磁體及超導(dǎo)磁體；根據(jù)磁場(chǎng)的高低分為低場(chǎng)（<0.5T）、中場(chǎng)（0.5-1.0T）、高場(chǎng)（1.0-2.0T）及超高場(chǎng)（＞2.0T）。主磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）來(lái)表示，特斯拉是目前磁場(chǎng)強(qiáng)度的國(guó)際單位。高場(chǎng)強(qiáng)MRI儀的主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：1、具有高質(zhì)子磁化率和圖像信噪比；2、在保證足夠信噪比的前提下，可縮短MRI的信號(hào)采集時(shí)間；3、磁共振頻譜（MRS）對(duì)代謝產(chǎn)物的分辨能力提高；4、更容易實(shí)現(xiàn)脂肪飽和技術(shù)；5、增

2、強(qiáng)磁敏感效應(yīng)，使基于血氧飽和度水平依賴(lài)（BOLD）效應(yīng)增加，腦功能成像的信號(hào)變化更為明顯。但MRI儀場(chǎng)強(qiáng)增高也帶來(lái)以下問(wèn)題：設(shè)備成本增加，價(jià)格提高；2、噪聲水平增加，雖然可采用靜音技術(shù)降低噪聲，但反過(guò)來(lái)又增加了成本；3、因?yàn)樯漕l的特殊吸收率（SAR）與主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的平方成正比，高場(chǎng)強(qiáng)下射頻脈沖的能量在人體內(nèi)累積明顯增大，SAR值問(wèn)題在3.0T超高場(chǎng)強(qiáng)機(jī)上表現(xiàn)得尤為突出；4、運(yùn)動(dòng)、化學(xué)位移和磁化率偽影更為明顯。2、梯度系統(tǒng)：由梯度線圈、梯度放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、梯度控制器、梯度冷卻裝置等構(gòu)成，梯度線圈安裝于主磁體內(nèi)。梯度系統(tǒng)主要作用：1、進(jìn)行MRI信號(hào)的空間定位編碼；2

3、、產(chǎn)生MR回波（梯度回波）；3、施加擴(kuò)散加權(quán)梯度場(chǎng)；4、進(jìn)行流動(dòng)補(bǔ)償；5、進(jìn)行流動(dòng)液體的流速相位編碼。3、射頻系統(tǒng)：由射頻發(fā)生器、射頻放大器和射頻線圈構(gòu)成。射頻線圈有發(fā)射線圈和接收線圈之分。4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：控制著MRI儀的脈沖激發(fā)、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算和圖像顯示。5、其它輔助設(shè)備：檢查床、液氮及水冷卻系統(tǒng)、空調(diào)、圖像存儲(chǔ)和打印等。磁共振成像的物質(zhì)基礎(chǔ)一、原子的結(jié)構(gòu)原子是由原子核和位于其周?chē)壍乐械碾娮訕?gòu)成，電子帶有負(fù)電荷，原子核由中子和質(zhì)子構(gòu)成，中子不帶電荷，質(zhì)子帶有正電荷。二、自旋和核磁的概念任何磁性原子核都具有以一定頻率繞自身軸進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的特性，該特性稱(chēng)為自旋

4、。由于原子核帶有正電荷，磁性原子核的自旋就形成電流環(huán)路，產(chǎn)生具有一定大小和方向的磁化矢量。我們把這種由帶正電荷原子核自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱(chēng)為核磁。三、磁性和非磁性原子核并非所有原子核都有自旋，如果原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子數(shù)均為偶數(shù)，則該種原子核無(wú)自旋和核磁，被稱(chēng)之為非磁性原子核。反之，有自旋和核磁的原子核稱(chēng)為磁性原子核。磁性原子核需要符合以下條件：（1）中子和質(zhì)子均為奇數(shù)；（2）中子為奇數(shù)，質(zhì)子為偶數(shù)；（3）中子為偶數(shù)，質(zhì)子為奇數(shù)。四、用于人體磁共振成像的原子通常所指的MRI為氫質(zhì)子的MR圖像。原因有：1、1H的磁化率很高；2、1H占人體原子的絕大多數(shù)。決定MRI圖像的參數(shù)

5、是：－質(zhì)子密度－橫向(T2)弛豫時(shí)間－縱向(T1)弛豫時(shí)間這是MRI顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變的基礎(chǔ)。五、人體組織MRI信號(hào)的主要來(lái)源需要指出：并非所有質(zhì)子都產(chǎn)生MRI信號(hào)，常規(guī)MRI信號(hào)主要來(lái)源于水分子的質(zhì)子（簡(jiǎn)稱(chēng)水質(zhì)子），部分組織的信號(hào)也可來(lái)源于脂肪中的質(zhì)子（簡(jiǎn)稱(chēng)脂質(zhì)子）。人體內(nèi)的水分子可以分為自由水和結(jié)合水兩種。前者指蛋白質(zhì)大分子周?chē)瘜又械乃肿?，這些水分子黏附于蛋白質(zhì)大分子的部分基團(tuán)上，與蛋白質(zhì)大分子不同程度的結(jié)合在一起，其運(yùn)動(dòng)受限。后者是指未與蛋白質(zhì)結(jié)合，能自由活動(dòng)的水分子。地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)氫質(zhì)子總是不停地按一定頻率繞著自身的軸發(fā)生自旋(Spin)，氫質(zhì)子帶

6、正電荷，其自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱(chēng)為核磁，因而以前把磁共振成像稱(chēng)為核磁共振成像（NMRI）。進(jìn)入主磁場(chǎng)前后人體內(nèi)質(zhì)子核磁狀態(tài)的改變一、進(jìn)入主磁場(chǎng)前人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài)人體所含質(zhì)子不計(jì)其數(shù)，每個(gè)質(zhì)子自旋均能產(chǎn)生一個(gè)小磁場(chǎng)，由于這種小磁場(chǎng)的排列處于雜亂無(wú)章的狀態(tài)，使每個(gè)質(zhì)子產(chǎn)生的磁化矢量相互抵消，因此人體在自然狀態(tài)下并無(wú)磁性，即沒(méi)有宏觀磁化矢量的產(chǎn)生。通常情況下，盡管每個(gè)質(zhì)子自旋均產(chǎn)生一個(gè)小的磁場(chǎng)，但呈隨機(jī)無(wú)序排列，磁化矢量相互抵消，人體并不表現(xiàn)出宏觀磁化矢量。二、進(jìn)入主磁場(chǎng)后人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài)當(dāng)人體位于主磁場(chǎng)中時(shí)，體內(nèi)質(zhì)子產(chǎn)生的小磁場(chǎng)呈有規(guī)律排列，主要有兩種排列方式：一是

7、與主磁場(chǎng)方向平行，另一種是與主磁場(chǎng)方向相反。從量子物理學(xué)的角度而言，二者代表質(zhì)子的能量差別。與主磁場(chǎng)平行同向的質(zhì)子處于低能級(jí)，其磁化矢量方向與主磁場(chǎng)一致；平行反向的質(zhì)子處于高能級(jí)，其磁化矢量與主磁場(chǎng)相反。由于低能級(jí)質(zhì)子略多，使人體產(chǎn)生一個(gè)與主磁場(chǎng)方向一致的宏觀縱向磁化矢量。把人體放進(jìn)大磁場(chǎng)進(jìn)入主磁場(chǎng)前后人體組織質(zhì)子的核磁狀態(tài)進(jìn)入主磁場(chǎng)后人體被磁化了，產(chǎn)生縱向宏觀磁化矢量，磁共振接收線圈不能檢測(cè)出縱向磁化矢量，但接收線圈能檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量。即此時(shí)主磁場(chǎng)內(nèi)氫質(zhì)子仍處于低能狀態(tài)。給低能的氫質(zhì)子能量，氫質(zhì)子獲得能量進(jìn)入高能狀態(tài)，釋放能量的過(guò)程即核磁共振。怎樣才能使

8、低能氫質(zhì)子