磁共振影像学第一章概述

MR成像基本知识长江大学医学院附属第一人民医院放射科冉小军MR成像基本知识磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。核磁共振（nuclearmagneticresonance，NMR）是一种核物理现象。早在1946年由美国斯坦福大学的Block与哈佛大学的Purcell同时报道了这种现象。两人因此获得了1952年诺贝尔物理学奖。1973年Lauterbur发表了MR成象技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。也应用于临床医学领域。1980年推出了世界上第一台MRI成像仪。MR成像基本知识一、MRI成像基本原理（一）磁共振现象与MRI含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体（图1-1）。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列（图1-1）。在这种状态下，用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。MR成像基本知识图1-1质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场MR成像基本知识停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-latticerelaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinalrelaxationtime）。是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称T1。MR成像基本知识另一种是自旋-自旋弛豫时间（spin-spinrelaxationtime），又称横向弛豫时间（transverserelaxationtime）反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化所维持的时间，称T2。T2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与T1不同，它引起相位的变化。MR成像基本知识图1-2正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列MR成像基本知识人体不同器官的正常组织与病理组织的T1是相对固定的，而且它们之间有一定的差别，T2也是如此。如（图2-1和图2-2）。这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。有如CT时，组织间吸收系数（CT值）差别是CT成像基础的道理。但MRI不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是有T1、T2和自旋核密度（P）等几个参数，其中T1与T2尤为重要。因此，获得选定层面中各种组织的T1（或T2）值，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。MR成像基本知识MRI的成像方法也与CT相似。有如把检查层面分成Nx，Ny，Nz……一定数量的小体积，即体素，用接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，获得每个体素的T1值（或T2值），进行空间编码。用转换器将每个T值转为模拟灰度，而重建图像。如图2-1人体正常与病变组织的T1值（ms）MR成像基本知识肝140～170脑膜瘤200～300胰180～200肝癌300～450肾300～340肝血管瘤340～370胆汁250～300胰腺癌275～400血液340～370肾癌400～450脂肪60～80肺脓肿400～500MR成像基本知识组织T1T2胼胝体38080桥脑44575延髓475100脑脊液1155145骨髓32080小脑58590大脑600100头皮23560图2-2正常颅脑的T1与T2值（ms）MR成像基本知识二、MRI成像设备一般的MRI仪由以下五部分组成主磁体梯度线圈脉冲线圈计算机系统其他辅助设备MR成像基本知识（一）主磁体主磁体是MRI仪的最基本的构件，是产生磁场的装置1.磁体的类型：（1）根据磁场产生的方式：永磁型、电磁型永磁型：目前开放式MRI仪多采用永磁型；场强低。MR成像基本知识电磁型：是由导线绕成的线圈，通电后即产生磁场。根据导线材料不同又分为：常导型和超导型。常导型：需持续通电，现已淘汰；超导型：线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为0.35～2.0T，用液氦及液氮冷却。目前的中高场强的MRI仪均采用超导型磁体。MR成像基本知识（2）根据磁场强度分型：低场机：0.5T以下；中场机：0.5T～1.0T；高场机：1.0T～2.0T（1.5T为代表）；超高场机：2.0T；目前医用MRI设备的磁场场强在0.35～3.0T之间。MR成像基本知识2.主磁体的技术指标：场强、磁场均匀度及主磁体的长度（1）主磁场的强度：用特斯拉（Tesla，T）来表示：1T=10000G（高斯）；（2）主磁场均匀度：磁场均匀度要求在一个较大范围的空间内产生高度均匀的磁场，均匀度需达到10-4～10-6，即在几个百万分之一（ppm）；（3）长度：为保证主磁场均匀度，以往MRI仪多采用2m以上的长磁体，近几年伴随磁体技术的进步，已有长度为1.4m～1.7m的高场强短磁体。MR成像基本知识(二)、梯度线圈：1.是MRI仪最重要的硬件之一，是特殊绕制的线圈，通过修改主磁场，产生梯度磁场。2.梯度线圈的主要作用:(1)进行MR信号的空间定位编码;(2)产生MR回波。3.梯度线圈由X、Y、Z轴三个线圈组成（在MR成像技术中，把主磁场方向定义为Z轴方向，与Z轴方向垂直的平面为XY平面）。MR成像基本知识4.梯度线圈的主要性能指标:梯度场强、切换率(1)梯度场强是指单位长度内磁场强度的差别，通常用每米长度内磁场强度差别的毫特斯拉量（mT/M）来表示;(2)切换率（slewrate）是指单位时间及单位长度内的梯度磁场强度变化量，常用每秒每米长度内磁场强度变化的毫特斯拉量（mT/M.S）来表示;5.梯度线圈性能的提高对于MR超快速成像至关重要，可以说没有梯度线圈的进步就不可能有超快速序列。MR成像基本知识(三)、脉冲线圈1.脉冲线圈分为:发射线圈和接收线圈;2.发射线圈:发射射频脉冲,激发人体内的质子发生共振;3.接收线圈:接收人体内发出的MR信号（也是一种无线电波）;4.有的线圈可同时作为发射线圈和接受线圈;5.接收线圈与MR图像信噪比密切相关,接收线圈离检查部位越近，所接收到的信号越强，线圈内体积越小，所接收到的噪声越低。MR成像基本知识MR成像基本知识(四)、计算机系统计算机系统属于MRI仪的大脑，控制着MRI仪的脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。(五)、其他辅助设备除了上述重要硬件设备外，MRI仪还需要一些辅助设施方能完成病人的MRI检查，例如：检查床、液氦及水冷却系统、空调、胶片处理系统等。MR成像基本知识