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MRI的基本原理和概念
MRI的历史 1946年由美国斯坦福大学的Felix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell发现核磁共振现象,为此获得1952年诺贝尔奖。 1971年Raymond Damadian 发现人体不同组织及肿瘤的驰豫时间相互存在差异,开始了磁共振对临床疾病的研究。 1977年英国诺丁汉大学获得第一幅人体头部的磁共振图像。 1980年MRI装备商品化。 1984年中国第一台MRI装机。 学习MRI前应该掌握的知识 电学 磁学 量子力学 高等数学 第一节 MRI扫描仪的基本硬件 1.磁体 磁体类型 2.梯度系统 作用: 空间定位 产生回波(梯度回波) 施加扩散加权梯度场 进行流动补偿 梯度线圈性能的提高 ? 磁共振成像速度加快 没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术 加快信号采集速度 提高图像的SNR 3.射频系统 射频(发射和接受)系统的作用如同无线电波的天线 激发人体产生共振(广播电台的发射天线) 采集MR信号(收音机的天线) 4.计算机系统 控制扫描 数据的运算 图像显示 5.其他辅助设备 空调 检查台 激光照相机 液氦及水冷却系统 第二节 磁共振成像的物理基础 一、原子的结构 原子核总是绕着自身的轴旋转--自旋 ( Spin ) 第三节 进入主磁体前后人体内质子核 磁状态的变化 没有外加磁场的情况下,质子自旋产生核磁,每个氢质子都是一个“小磁铁”,但由于排列杂乱无章,磁场相互抵消,人体并不表现出宏观的磁场,宏观磁化矢量为0。 通常情况下人体内氢质子的核磁状态 把人体放进大磁场 指南针与地磁、小磁铁与大磁场 进入主磁场后磁化矢量的影响因素 进入主磁场后人体被磁化了,产生纵向宏观磁化矢量 不同的组织由于氢质子含量的不同,宏观磁化矢量也不同 磁共振不能检测出纵向磁化矢量 纵向磁化Longitudinal magnetization 把病人置入强外磁场中,可诱发一个新的磁矢量,这个磁矢量与外磁场平行。 因为它平行于外磁场,与外磁场处于同一方向,故不能测量。 横向磁化 沿着外磁场的磁化不能测量,因此,需要一个横向于外磁场的磁化。 第四节 磁共振现象 共振:能量从一个震动着的物体传递到另一个物体,而后者以前者相同的频率震动。 射频脉冲radio frequency(RF) pulse 一个短促的电磁波,称为射频脉冲。 当质子频率与射频脉冲频率相同时,就能进行能量交换。 当施加RF脉冲后,质子会发生什么变化? 正常情况下,无线电波的图形类似一根鞭子,MRI的无线电波也起着一根鞭子样的作用。它使进动的质子同步化。 同向进动的质子产生一个新的横向磁化 无线电波激发后,人体内宏观磁场偏转了90?,MRI可以检测到人体发出的信号。 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大,90?脉冲后偏转到横向的磁场越强,MR信号强度越高。 此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织。 射频线圈关闭后发生了什么? 横向弛豫 也称为T2弛豫,简单地说,T2弛豫就是横向磁化矢量减少的过程。 纵向弛豫 也称为T1弛豫,是指90?脉冲关闭后,在主磁场的作用下,纵向磁化矢量开始恢复,直至恢复到平衡状态的过程。 重要提示 不同组织有着不同 质子密度 横向(T2)弛豫速度 纵向(T1)弛豫速度 这是MRI显示解剖结构和病变的基础 何为加权??? 所谓的加权就是“重点突出”的意思 T1加权成像(T1WI)----突出组织T1弛豫(纵向弛豫)差别 T2加权成像(T2WI)----突出组织T2弛豫(横向弛豫)差别 质子密度加权成像(PD)-突出组织氢质子含量差别 T2加权成像(T2WI) T2值小 ? 横向磁化矢量减少快 ? MR信号低(黑) T2值大 ? 横向磁化矢量减少慢 ? MR信号高(白) 水T2值约为3000毫秒 ? MR信号高 脑T2值约为100毫秒 ? MR信号低 T2WI T1加权成像(T1WI) T1值越小 ? 纵向磁化矢量恢复越快 ? MR信号强度越高(白) T1值越大 ? 纵向磁化矢量恢复越慢 ? MR信号强度越低(黑) 脂肪的T1值约为250毫秒 ? MR信号高(白) 水的T1值约为3000毫秒 ?MR信号低(黑) T1WI 液体具有长T1与长T2 与液体/水相比,脂肪具有短T1与短T2 重要提示!!! 人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大,因而在T1WI上比正常组织“黑”,在T2WI上比正常组织“白”。 第七节 MRI的空间定位 相位编码示意图 付立叶转换只能区分相位相差180度的MR信号 K空间的填充 矩阵为256*256的图像需要采集256条相位编码线来完成K空间的填充,每条相位编码线含有全层MR信息。 K空间呈对称填充 K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应
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