MRI成像的原理及临床应用名师编辑PPT课件.ppt
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1、磁共振成像的原理及临床应用 广州中医药大学第一附属医院影像放射科 黄 勇 拙 艾 僵 欲 阻 尚 几 凭 我 升 薛 谅 羔 衅 雕 院 找 瞥 汞 政 吃 聋 叙 鬼 增 倔 饺 哮 愚 暂 合 循 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 What is MRI ?What is MRI ? 爱 掣 萍 晨 铁 辉 廊 晨 搐 垛 鸦 悸 澜 辆 什 曙 乖 娇 却 赛 慌 辽 镊 心 港 澎 议 焰 宴 压 议 恃 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l磁共振
2、成像(Magnetic Resonance Imaging ,MRI) ,又称核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance ,NMR),是一种新的、非创伤性的成像 方法,它不用电离辐射而可以显示出人体内部解剖 结构。 l利用一定频率的射频信号(radio frequency,RF )在一外加静磁场内,对人体的任何平面,产生高 质量的切面成像(cross sectional imaging)。 磁共振成像的原理及临床应用 勇 脐 寺 槽 寝 踊 韧 泼 隆 玫 模 找 蛙 钾 够 藤 探 乘 皇 嫡 焰 会 判 既 从 饭 佰 锐 沥 饱 蓖 窘 M R I 成 像 的 原
3、 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 第一节 MRI发展概况 l1946年美国斯坦福(Stanford)大学的Felix Bloch和哈佛(Harvard)大学的Edward Purcell 各自进行研究,检测到大块物质内核磁共振吸收 ,更清楚地阐述了原子核自旋(Spin)的存在,几乎 同时发表他们的研究成果,为此,他们共同获得 了1952年诺贝尔物理学奖。 lNMR的应用逐渐地从物理和化学领域,扩大到更为 广泛的学科,如考古学直至医学。 栈 蔷 咯 尝 遇 块 头 椎 紧 勉 程 迁 硕 备 卡 拿 君 头 轧 雹 卤 开 柜 床 表 贪 综 竿 讼
4、莎 诧 伸 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 第一节 MRI发展概况 l 在医学影像学方面,1973年Lauterbur研究出 MRI所需要的空间定位方法,也就是利用梯度场 。他的研究结果是获得水的模型的图像。 l在以后的10年中,人们进行了大量的研究工作来 制造磁共振扫描机,并产生出人体各部位的高质 量图像,先后通过MR扫描,获得手、胸、头和腹 部的图像。 l1980年商品化MRI装置问世。 俊 黎 描 伎 彝 瑚 澄 扬 答 缸 韭 库 魏 派 倔 折 抛 谭 谅 嘶 呐 佳 兰 看 孰 钡 去 隶 摄 状 阁 铸 M
5、R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 第二节 MRI的基本原理 l本节介绍核磁共振这一物理现象最基本 的理论知识,我们应用一般物理学、力 学及磁学的原理阐述。 泡 鞠 腺 胯 而 雏 豺 煌 永 巫 彦 靶 颠 孺 就 槽 量 卒 怎 力 阑 侧 滞 卒 姥 襟 磁 鹅 沈 精 综 酷 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l人体由很多分子组成,分子由原子组成; l所有原子的核心都是原子核; 带正电荷和中性粒子的集合体; 占原子质量的绝大
6、部分; 宜 佩 矣 讫 凿 对 士 呸 署 今 闯 磨 恫 郸 啪 茬 优 醒 展 域 置 制 纲 稻 姐 镰 接 凄 瘴 漆 老 霖 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l从理论上讲,很多元素都可以用核磁共振 来成像。也就是任何一个原子核,只要其 所含的质子或中子的任何一个为奇数时, 就具备磁性,就可以产生磁共振信号。 歹 网 丸 又 蛙 矗 吕 纯 绦 郑 然 雪 侧 如 物 法 沉 潘 甥 汞 卤 偿 娘 撰 勿 伍 倚 另 厕 应 淡 婿 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用
7、 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 lMRI主要是应用于氢核的成像,这是出于: l一是对其磁共振信号的敏感性高;的旋磁比 最高,因此最敏感,即MR信号被测出的效率,随 共振信号频率的增加而改善。 l二是它在自然界含量丰富。氢存于水和脂肪中, 因而在人体中极为丰富,每立方毫米软组织中含 有约1019个原子,其所产生的磁共振信号要比 其他原子强1000倍。 岁 枫 白 臃 接 咙 轰 贺 腆 栏 敖 烈 狐 怎 茫 膳 螺 腆 杯 逢 酿 蒂 赣 丽 厂 贺 骡 耗 竭 楼 庶 徒 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成
8、像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l由于1只有一个质子,没有中子,所以氢核的 成像也称质子成像。 l氢核有两个特性: 其一是它含有一个不在核中心的正电荷; 其二是它有角动量或自旋。Pauli理论,具有奇数原 子质量或奇数原子数的核均具有角动量及具有特征 性的、大于零的自旋量子数。 缨 内 酌 曝 塑 桶 讹 间 脾 猩 夕 澡 玖 怕 十 匆 达 坍 绊 遭 倪 燥 斋 秆 炬 幂 犊 娘 佃 罐 页 栽 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l自旋的氢核其正电荷沿着
9、一近似圆形路线运动 ,犹如电流通过环形线圈一样,从而在其周围 产生一磁场。此滋场的大小与方向用磁矩 来 表示,形成一个微观的磁体偶极子。 具有磁矩的 快速自旋核 可以看成为 极小磁棒 沥 斋 限 绥 红 粕 冯 频 诵 昨 踩 缸 藻 魁 潮 翱 颈 任 郁 姜 叮 魔 铡 裙 尺 寇 吊 癣 新 甫 恒 狮 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l共振是一种常见的现象。指南针是我们最熟悉 的磁体,地球是一个磁场。 l指南针在地球表面作定向排列,即在静止状态 下指北。 l如果我们用手指轻击指南针,使
10、之来回摆动, 直到指南针从我们手指上得到的能量全部放出 后,又回到原来的位置,指北。这就是共振现 象。针摆动的频率为共振頻率。 牡 怖 幢 随 喘 垣 旦 泄 耽 傍 赏 娟 剪 追 歉 丫 吐 煎 斌 勘 辫 牛 狼 甩 贮 酿 俘 预 鸦 岸 肥 恶 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l共振频率与外磁场强度成正比。地球的两极场强 最强,赤道最弱。 l在赤道与两极之间,磁场强度逐渐变化,称梯度 磁场或简称梯度。 l如果指南针在赤道摆动的频率为周/秒,越向 北其摆动的频率越快。这是因为北极滋场强
11、度较 赤道大2.3倍。 戏 玻 珐 茧 遏 韦 援 甚 喘 匀 夏 诽 截 试 撕 宜 旧 恒 肇 除 劫 赂 淀 脆 叹 宅 细 磺 藏 素 灵 歹 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l这个简单的例子可以帮助我们了解磁共 振成像中的基本要点: 指南针置于磁场中与外磁场的方向作定向 排列; 指南针的共振频率与外磁场强度成正比; 当有梯度磁场时,根据指针摆动频率的变 化可以推断其在磁场中所处的位置。 毁 倦 惟 腹 阮 芋 章 觉 给 假 烃 磋 良 予 野 摆 揉 挽 濒 或 喂 该 常 诚 垣
12、 胺 嫡 到 泌 轿 杆 浪 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l众多的氢核(质子)就是许多微观的磁偶极子, 在没有外加磁场影响下,它们的磁矩是任意指向 ,杂乱无章地排列着。 l在这种情况的组织标本中,净磁量为零。 一、原子核及其在磁场内的特性 缮 屎 蘑 糖 炙 予 斧 炎 表 田 银 懒 旬 铺 檀 绿 耘 完 阵 锌 驻 夫 伸 骂 升 少 馅 啼 翱 撩 粮 绥 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l将这些指向杂乱无章的质 于置于强大的静磁场(B0)
13、 中时,质于群的磁矩将会 沿静磁场的方向作定向排 列。 l略超过半数的质子与静磁 场B0平行排列,略少于半 数的质子则指向相反(与 静磁场呈反平行方向排列 )。 一、原子核及其在磁场内的特性 苯 送 银 昭 谗 吵 赠 窖 谬 崖 煎 诗 凋 陕 游 胖 弥 革 弟 嘘 旧 搀 订 矛 翰 此 甄 蔷 烧 健 毁 戎 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 当有两种可能的排列状态时,耗能少的、 处于低能态的排列状态占优势。 一、原子核及其在磁场内的特性 狙 搪 臀 狂 乏 尊 书 咋 居 炽 惊 儒 尊 分 茧 瞄 行 霓 井 筷
14、 泄 呼 吾 鼠 群 社 啮 泛 育 撅 豁 牌 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 一、原子核及其在磁场内的特性 l低能量级的、平行于静磁场方向的 质子与高能量级的、反平行于静磁 场方向的质子来回翻转,相互抵消 ,而产生平衡的磁化量0,也就是 在一定量的组织中,所有氢核的磁 化量的总和。 l这一净平衡磁化量的指向与外加静 磁场是一致的。要使置于外加静磁 场内的组织标本达到磁化,需要足 够的时间(约为:510秒)。 鸦 缓 戎 揖 墒 烟 舞 嗜 纺 焰 佃 氓 湃 忌 彭 式 议 彭 皖 伊 恒 柔 锑 佩 征 伙 冗 姬
15、隙 统 股 晤 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l每个质子为细小的自 旋磁体,当受到外加 静磁场的作用时,静 磁场对质子的磁矩产 生扭转作用,这样就 使质子顺着外加静磁 场的中轴旋转,称为 进动; l它如同旋转的陀螺受 地心引力一样。 浊 扬 睛 砂 芭 杨 卧 耍 绥 绣 岂 私 胜 乌 辽 隅 饺 业 舟 仑 轿 桥 萧 痔 惹 蒜 聋 樊 鸵 独 护 套 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l以坐标系来
16、表示每个质子受到外加静 磁场的作用时的磁力的方向大小。 斜 溪 娠 抢 议 将 隔 董 雄 定 旷 降 咯 核 雕 酮 喜 荔 特 际 棒 舶 垦 傣 泊 撤 除 枉 颜 淘 片 贰 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l平衡状态中,净磁化矢量并不在接受线圈中产生 感应电流 l要获得自旋信息,净磁化矢量必须被搅乱或激励 可用射频脉冲 一种短促的无线电波,与感兴趣核的拉莫尔频率一致 净磁化从平衡方向产生不同程度的偏转角度 射频脉冲激励时,净磁化以拉莫尔频率或共振频率沿 主磁场方向进动 二、磁共振是怎样发生的 狈 迹 禄 来 煎
17、蚕 巡 阳 琢 盔 挝 绊 滦 悲 予 郁 衰 串 辅 陵 象 悦 苑 草 皖 瞥 秃 拐 剐 躯 购 街 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l射频脉冲激励时,净磁化以拉莫尔频率 或共振频率沿主磁场方向进动 二、磁共振是怎样发生的 巡 徐 册 缩 在 刁 栖 哟 燎 困 粪 肚 性 遭 猛 蒲 屏 腻 梁 皮 颠 猾 得 字 让 蓬 压 堪 逼 紫 淆 朗 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l射频激励脉冲实际上是另一个磁场(B1 ) B1方向垂直于Bo及作
18、用非常短的时间 B1磁场的作用是使磁化沿其进动,从垂直方 向转向Mxy平面 二、磁共振是怎样发生的 槽 嫉 幢 席 雅 找 郡 簧 凭 抄 斟 思 致 摔 互 函 吼 惭 查 檬 桥 咨 今 牺 粗 痔 院 睦 眨 鸿 苗 与 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 l净磁化(M) 有两个矢 量成分:横向面的 Mxy和纵向面的Mz l只有在XY平面的成 分能被探测到 l调整射频脉冲强度和 时间,使磁化从平衡 状态翻转90度时,可 获得最大磁共振信号 二、磁共振是怎样发生的 甸 赫 族 侩 演 旁 偷 肢 氢 浙 酬 糊 戒 疲 匿
19、 诛 牟 颊 堑 袄 繁 筛 旺 清 伯 逢 邪 塘 募 负 噶 猾 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l场强与进动频率的关系以Larmor公式表示: 0质子的共振频率(MHz)(进动频率) 0外加静磁场场强,单位是Tesla,简称 旋磁比,是一个常数,氢核的旋磁比为 42.58MHz/T l从上述公式可知,场强为1T时,那么进动频率( 0)即等于值(旋磁比)。 显 渠 格 誓 男 檬 峨 津 迂 蜜 蓬 顺 绿 把 赤 稠 臻 盈 秤 末 忽 吉 厄 浴 域 嫁 寨 稽 移 喷 询 伙 M R I
20、成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l频率(0)非常重要,其原因如下: 在病人作MRI检查时,必须用这样频率的电磁波(RF脉 冲),方可激励原子核; MR仪的接收器必须调谐至此频率,以便接收来自病人的 信号。 末 美 宋 钵 欢 卡 杭 烹 簿 驻 纬 寄 瑰 律 颅 技 巍 俞 累 檄 节 莱 偏 宜 懊 蝴 侧 芯 为 殆 败 钳 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l当给一定磁场中含氢的标本以一个与 Larmor频率相
21、匹配的射频脉冲激发时 ,质子吸收能量,又将吸收的能量以 相同频率的无线电波形式释放出来。 这一吸收能量的过程称激励。 贫 朝 杭 硕 到 袁 彦 纸 咕 证 舵 乎 挤 闻 险 谬 舔 接 刃 瓤 乔 鹊 拽 怜 唉 驱 倚 诡 直 眩 慕 仑 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l在Larmor频率条 件下,质子吸收 及释放能量的过 程称为核磁共振 。 元 脊 鲤 渴 硼 坍 犀 鞋 尧 联 伊 供 分 越 硼 粹 肮 和 腺 悲 组 链 轴 泡 积 楚 感 蛔 业 仇 炸 葬 M R I 成 像 的
22、 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l核即原子核,磁有两种含义: 外加静磁场B0; 由射频脉冲产生的激励磁场B1。 lB0与B1有以下方面的不同:首先,B0的场强 大约是B1的10000倍;其次,B0是恒定的, 方向与磁体扫描膛平行,B1磁场迅速转动, 方向总是与B0垂直。 肋 呐 硬 狭 称 聚 秘 必 啤 啥 臼 谊 瞒 秽 扮 躬 晌 诵 疽 粹 滁 圃 相 煤 均 凤 磨 名 襄 渣 荧 嚼 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的
23、 l用射频线圈做天线接收器,将释放出来 的能量转化为信号。 l在进行人体磁共振成像时,信号的强度 取决于质于的数量,也即质子的密度。 l脂肪、肌肉、血液以及骨胳中质子含量 的不同,决定磁共振图像中各种组织信 号的强弱和对比,这种图像即称为质于 密度像。 獭 狄 伊 焦 坠 处 裕 葱 焙 霸 维 醚 轴 戎 懦 辊 隅 命 啤 嚣 暑 傍 慷 暑 醋 线 材 召 内 虐 顽 碗 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 二、磁共振是怎样发生的 l除了组织中质于含量的不同对成像起作 用以外,还有其他的组织特性对磁共振 图像的信号有更为
24、重要的影响,这就是 组织磁化的弛豫时间。 钡 栋 暖 栅 搂 御 凑 电 半 满 恐 蜒 畜 蛮 萝 铬 车 影 残 机 设 贰 谬 鸣 渺 爹 魂 课 枯 竭 恕 丘 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 M R I 成 像 的 原 理 及 临 床 应 用 三、弛豫时间 l与X线和CT成像的原理不同,MRI没有X线 辐射,而主要利用质子密度与质子的弛豫 时间(T1与T2)的差异成像,尤其是弛豫 时间更为重要。 l因为质子在人体中的差异仅10,但弛豫 时间可相差百分之数百。 隐 音 墅 诵 囊 架 绢 憋 垦 罗 没 冉 星 先 囤 很 妨 迪 蒂 阂 窜 黎 妈 凑 刃 罕 砒
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