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[医学]磁共振成像基础知识

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磁共振成像基 础知识 磁共振成像的历史 ? 1946年,美国斯坦福大学的Bloch和哈佛大 学的Purcell发现了物质的核磁共振现象 ? 1978年,英国诺丁汉大学和阿伯丁大学的 物理学家获得了第一幅人体头部的核磁共 振图像 ? 后来为了区别核医学成像,不引起误解, 将核磁共振成像(NMR)称为磁共振成像 (MRI) MRI扫描仪的基本硬件构成 一般的MRI仪由以下几部分组成 –主磁体 –梯度线圈 –脉冲线圈 –计算机系统 –其他辅助设备 主磁体 主磁体为一种外加磁场,磁共 振成像就是在这种外加磁场内进行 的。按主磁体的类型不同,可将磁 共振成像仪分为以下三种类型: 1.永磁型 2.常导型 3.超导型 永磁型 优点:1.造价与维护费用更低,不耗电, 不需冷冻剂;2.磁力线垂直于孔腔,使用螺 旋管线圈,可提高信噪比。 缺点:1.场强较低,0.3-0.35T;2.重量 过大;3.磁场均匀性受室温的影响大,对室 温要求高(波动范围<1℃);4.成像速度 慢。 常导型 优点:1.造价低;2.磁体重量轻;3.磁 场可关闭 缺点:1.耗电量大;2.场强低0.20.4T;3.产热量大,需大量循环水冷却; 4.磁场均匀性受磁体温度的影响大。 超导型 优点:1.场强高(0.5-3.0T) ;2.磁场稳 定均匀;3.成像速度快,图象质量好。 缺点:1.造价高;2.需要补充液氦和 液氮;日常维护费用高。 梯度线圈 ? 梯度线圈性能的提高 ?磁共振成像速度加 快 ? 梯度线圈性能指标 –梯度场强 20mT/m –切换率 50mT/m.s 脉冲线圈 ? 作用:激发人体产 生共振;采集MR信 号 ? 脉冲线圈的进步显 著提高了MR图像的 质量 计算机系统 ? 用于数据 的运算、 显示图像、 控制扫描。 MRI的物理学基础 磁共振中的基本物理学概念 1、物质是由原子构成的,而 原子是由核外电子和原子 核组成的。 2、不同物质其原子核由不同 数目的质子和中子组成。 3、氢核内没有中子,只有单 个质子,带正电,作自旋 运动,产生磁场,并具有 极性。人体内含有丰富的 氢质子,各自极性排列杂 乱无章。目前的MRI都是利 用1H核成像 4、带正电荷的H质子围绕自身轴旋转,称“自 旋”。该自旋轴亦围绕某一轴旋转,称“进 动”。 ? 5、人体进入均匀的磁场B0中,杂乱无章的H 原子核逐渐按主磁场方向排列并继续进动 (进动轴与B0一致),即“磁化”。 ↑B0 6、在常温的状态下顺 静磁场B0排列的氢质 子数比逆向排列者多 10-6倍。故净磁化矢 量M在Z轴上的分量与 静磁场B0方向一致, 称“纵向磁化矢量( M0)”。由于各个氢质 子进动不同步,故在XY *面上的分量相互抵 消,为0。(矢量是具有一定 方向和大小的物理量) 7、组织净磁化向量即受静磁场的作用(相当于陀 螺受到重力作用),也受射频磁场的作用(相当 于对陀螺顶端水*方向的弹力)。当有射频磁场 (频率单一的电磁波)作用于H质子时,只要射频 磁场频率与磁化矢量进动频率相同,H质子吸收其 能量,磁化矢量进动角度将会越来越大。 8、射频脉冲(RF)愈长,进动角度愈大,可以使进 动角度增加到900的RF称900 RF。在垂直于主磁场 的RF作用下,氢质子同步旋转进动,逐渐从Z轴倒 向XY*面旋转,形成新的磁化矢量,称“横向磁 化矢量” (或虽然没有完全倒向XY*面,但由于 RF的作用,使氢质子旋转进动同步,净磁化矢量 在XY*面形成的分量亦称~ ) 。 9、组织的磁化矢量是由许许多多质子的成分所构 成的,每个质子的进动频率也直接取决于主磁场 强度。主磁场强度和磁化矢量进动频率之间遵循 拉摩尔方程 f=γB0/2π f是进动频率,B0是主磁场强度,γ是磁旋比,对 于每一种原子核,磁旋比是一个常数,氢质子的 磁旋比约为42.58 10、磁化矢量在XY*面旋进,产生变化的磁场,根 据法拉第定律,若在磁场内有一个线圈,则会在 线圈内产生变化的电流,即MR信号,这是一个释 放能量的过程。 11、撤消RF后,新建立的横向磁化矢量逐步消失, 称“横向弛豫”,反映横向磁化衰减、丧失的过 程。其消失至最大值37%所需的时间称该组织的 “T2”。 13、纵向磁化矢量逐步恢复,称“纵向弛豫”。其 反映自旋核把吸引的能量传递给周围晶格所需的 时间。其恢复到原来大小的63%所用时间称该组织 的“T1”。 ?提 示 ? 不同组织有着不同横向 (T2)弛豫或/和纵向(T1) 弛豫速度,是MRI显示解 剖结构和病变的基础。 14、氢质子的 上述吸收和 释放能量的 过程称“共 振”,共振 的条件是射 频脉冲的频 率和氢质子 的拉莫尔频 率一致。 MRI形成的基本理论 根据拉莫尔方程,质子的进动频率与场强成 正比,若(利用梯度磁场)令病人体内空间各点 的场强不同,不同空间位置的质子将以不同的频 率进动,则产生的MR信号频率也不同,藉之就能确 定MR信号产生的部位。 梯度磁场 由主磁体提供的静磁场,在成像空间内其磁 场是均匀的,而梯度磁场却是在静磁场中放入通 电线圈,产生新的磁场,使磁场中的一点的磁场 比另一点强,从而获得MR成像的位置信息。 目前设计的梯度磁场有三种:层面选择梯度 磁场,频率编码梯度磁场和相位编码梯度磁场。 这三种梯度磁场由三个梯度磁场来完成,这 三个梯度磁场的方向均按3个基本轴线(X、Y、Z 轴)的方向,联合使用梯度磁场亦可获得任意斜 面的图像。通常GZ指人体自头至脚的梯度磁场, GX指左右梯度磁场,GY指前后梯度磁场。 层面选择 ? 在固定的主磁场上附 加一个线性的梯度磁 场,就会在受检体上 形成不同共振频率的 空间坐标。如右图, 在1.0T的磁场中,加 入一个梯度磁场,则 一端场强高,氢质子 共振频率也高,另一 端场强低,氢质子共 振频率也低。选用不 同频率的RF去激励相 应位置的质子,就可 以达到选择层面的目



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