第六章 磁共振成像(第一節(jié)至第二節(jié)).ppt

1、,醫(yī)學(xué)影像物理學(xué),第六章 磁共振成像,主編：南京醫(yī)科大學(xué) 吳小玲 編者 海 南 醫(yī)學(xué)院 許建梅 華北理工大學(xué) 侯淑蓮,2003年諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)獲得者,第六章 磁共振成像,核磁共振成像是利用原子核在強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)發(fā)生共振產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)圖像重建的成像技術(shù)。,第六章 磁共振成像,1.磁體 2.梯度系統(tǒng) 3.射頻系統(tǒng) （1）射頻線圈(發(fā)射線圈和接收線圈) （2）射頻發(fā)射放大器 （3）射頻接收放大器 （4）射頻屏蔽,主要設(shè)備,體部線圈,射頻線圈,頭部線圈,膝關(guān)節(jié)線圈,乳腺線圈,主要設(shè)備,4.輔助部分 (1)檢查床：承載病人 (2)操作控制臺(tái)：操縱MR檢査、影像處理、拍攝照片 (3)磁屏蔽,主要設(shè)備,第一節(jié)

2、 磁共振信號(hào)與加權(quán)圖像 第二節(jié) 磁共振圖像重建 第三節(jié) 快速成像序列 第四節(jié) 磁共振血管成像 第五節(jié) 磁敏感加權(quán)成像,目 錄,加權(quán)圖像(weighted imaging,WI),TE、TR、TI（脈沖序列參數(shù) 主觀量 可調(diào)節(jié)）,MRI圖像像素明暗,MR信號(hào)強(qiáng)弱,、T1 、T2（組織相關(guān)參數(shù) 客觀量 不可調(diào)）,取決于,T1決定,調(diào)整TE、TR實(shí)現(xiàn),T1WI,T2決定，調(diào)整TE、TR實(shí)現(xiàn),T2WI,質(zhì)子密度決定，調(diào)整TE、TR實(shí)現(xiàn),PDWI,取決于,MR信號(hào)實(shí)質(zhì)上是橫向磁化強(qiáng)度在xy平面旋進(jìn)時(shí)，接收線圈上所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,圖像灰度主要由,第一節(jié) 磁共振信號(hào)與加權(quán)圖像,T1WI,T2WI,加權(quán)圖

3、像(weighted imaging,WI),PDWI,第一節(jié) 磁共振信號(hào)與加權(quán)圖像,加權(quán)圖像,第一節(jié) 磁共振信號(hào)與加權(quán)圖像,一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,二、自由感應(yīng)衰減類序列,靜磁場(chǎng)均勻時(shí)，自由感應(yīng)衰減信號(hào)（FID）的衰減速度反應(yīng)了樣品自旋-自旋相互作用的時(shí)間常數(shù)T2；但通常靜磁場(chǎng)是不均勻的，自旋-自旋相互作用與磁場(chǎng)的不均勻性共同作用，使FID信號(hào)的衰減更快，用時(shí)間常數(shù)T2*來描述。,一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,第一個(gè)RF 90脈沖后縱向磁矩的恢復(fù) 橫向磁矩的衰減 經(jīng)TR 時(shí)間后發(fā)射第二個(gè)90脈沖， 時(shí)，F(xiàn)ID信號(hào)強(qiáng)度為

4、,左圖 上面紅點(diǎn)顯示TR時(shí)刻縱向 磁化矢量的恢復(fù)值，下面 紅點(diǎn)顯示TE時(shí)刻的橫向磁 化矢量值。,1. FID信號(hào)強(qiáng)度討論,一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,縱向磁矩的恢復(fù)，橫向磁矩的衰減,2.FID信號(hào)的加權(quán)與對(duì)比度,一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,（a）長TR不能很好顯示A、B 組織T1差異，短TR較好顯示A、B 組織T1對(duì)比度，（b）短TE不能很好顯示A、B 組織T2差異，長TE較好顯示A、B 組織T2對(duì)比度,（a）,(b),（1）TR 與FID信號(hào) TR足夠長，縱向磁化矢量接近 恢復(fù)到M0 ，產(chǎn)生的FID信號(hào)強(qiáng)度基 本上與T1無關(guān)。 選擇長的TR(TR T1)，可以 抑制組織的T1

5、差別對(duì)信號(hào)的影響。 TR較短，縱向磁化矢量只能恢 復(fù)到 Mz ，恢復(fù)的程度與T1有關(guān)。 組織A的T1短，縱向磁化矢量恢 復(fù)得快，產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)。選擇合適的TR，組織之間的T1差別被突出。,TR對(duì)T1加權(quán)的影響 （組織A、B的質(zhì)子密度相同）,一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,（2）TE 與FID信號(hào) TE足夠短，組織的橫向弛豫還沒來得及展開，產(chǎn)生的FID信號(hào)基本上與T2*無關(guān)。 選擇短TE(TE T2*)，可 以抑制組織的T2*差別對(duì)信號(hào)的 影響。 TE 較長，橫向磁化矢量發(fā) 生弛豫衰減，衰減程度與T2*有 關(guān)，T2* 將對(duì)FID信號(hào)產(chǎn)生影響。 組織B的T2*較長，橫向磁化矢量 衰減較慢，產(chǎn)生的

6、信號(hào)較強(qiáng)。選 擇合適的TE，組織之間的T2*差別被突出。,TE對(duì)T2* 加權(quán)的影響 （組織A、B的質(zhì)子密度相同， 且TR足夠長）,一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,3. FID信號(hào)的加權(quán)圖像 通過調(diào)整序列重復(fù)時(shí)間TR來控制T1對(duì)圖像對(duì)比度的影響，調(diào)整信號(hào)采集時(shí)間TE來控制T2*對(duì)圖像對(duì)比度的影響，從而得到不同的加權(quán)圖像。 PDWI 選擇長TR (T1) 、 短TE (T1) 、長TE ( T2),一、FID信號(hào)加權(quán)與圖像對(duì)比度形成,二、自由感應(yīng)衰減類序列與加權(quán)圖像,飽和恢復(fù)序列（saturation recoery，SR），時(shí)序見上圖，由一系列等間隔的90RF脈沖組成，每個(gè)90脈沖后采集FI

7、D信號(hào)。,第二節(jié) 磁共振圖像重建,缺點(diǎn)： 1.TR很短，縱向磁矩恢復(fù)的不好，信號(hào)很弱，得不到清晰的T1加權(quán)像 2. T2* 太短，不能得到T2加權(quán)像 SE序列解決了該問題,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,1.自旋回波（spin echo，SE）序列組成及信號(hào)產(chǎn)生的物理機(jī)制 （1）單回波自旋回波序列 一個(gè)脈沖周期里發(fā)射RF脈沖時(shí)序： 90o脈沖TI180o脈沖 TR：序列重復(fù)時(shí)間。 TI ：90RF脈沖到 180RF脈沖之間的時(shí)間。 TE：回波時(shí)間 （echo time）指90RF脈 沖到自旋回波峰值之間的 時(shí)間。TE=2TI,SE序列與SE信號(hào),（2）自旋回波 施加180脈沖后，自旋核聚相，橫向磁

8、化矢量增大，TE時(shí)刻達(dá)到最大值，隨后自旋核繼續(xù)旋時(shí)，發(fā)生散相，橫向磁化矢量減小。產(chǎn)生一個(gè)先增大后減小的信號(hào)，稱之為自旋回波信號(hào)。,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,SE序列與SE信號(hào),圖（a） ： 90RF脈沖的作用將M0倒向y軸，產(chǎn)生 ，對(duì)橫向磁化矢量有貢獻(xiàn)的所有自旋核同相。 圖（b）：主磁場(chǎng)不均勻，使位于不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的自旋核旋進(jìn)角速度不同，BB0處的自旋核相對(duì)y軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，BB0處的自旋核相對(duì)y軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)過一段時(shí)間TI后，自旋核相位不同，發(fā)生了散相。 減小。,SE序列中180脈沖的作用 (a)與(b),t =TI,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,2. 180RF脈沖的作用,圖（c）： t=T

9、I時(shí)，沿x軸施加180RF脈沖。自旋核繞x軸轉(zhuǎn)180，快速遠(yuǎn)離y軸的自旋核落在了后面。 隨后繼續(xù)以原速度按原方向旋進(jìn)。 圖（d）：經(jīng)過相同的時(shí)間TI，所有核磁矩在- y軸匯聚，實(shí)現(xiàn)了聚相，此時(shí) 180 RF 脈沖可以消除主磁場(chǎng)的不 均勻引起的散相對(duì)MR信號(hào)的影響，稱之 為180重聚脈沖。,t =TI,SE序列中180脈沖的作用 (c)與(d),三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,考慮自旋-自旋相互作用，TE時(shí)刻的橫向磁化矢量大小 生物組織由于自旋-自旋相互作用產(chǎn)生的散相，不能被180重聚脈沖消除，導(dǎo)致橫向磁化矢量衰減，發(fā)生T2弛 豫 。 TE時(shí)刻的橫向磁化矢量,T2弛豫及T2*弛豫,三、自旋回波序列與

10、加權(quán)圖像,3.自旋回波信號(hào)的幅值 除第一個(gè)周期外，其它周期開始時(shí)的縱向磁化矢量均為Mz，TE時(shí)刻的橫向磁化矢量為 Mz是在前一個(gè)脈沖周期結(jié)束時(shí)恢復(fù)的縱向磁化矢量。 當(dāng) TRTE時(shí)，可以證明縱向磁化矢量 自旋回波信號(hào)的幅值為 K是常數(shù)，與自旋核種類、靜磁場(chǎng)有關(guān)；回波信號(hào)還與自旋核運(yùn)動(dòng)狀態(tài)f(v)有關(guān)，這里假設(shè)自旋核靜止。,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,4. SE序列的加權(quán)圖像 滿足條件 TRTE 自旋回波信號(hào)的幅值為 通過調(diào)整脈沖序列參數(shù)TR和TE，可以改變某個(gè)組織相關(guān)參數(shù)對(duì)信號(hào)影響的權(quán)重，得到不同組織相關(guān)參數(shù)的加權(quán)圖像。 TR決定縱向磁化 矢量的恢復(fù)程度； TE長度決定橫向磁 化矢量的衰減程度,

11、SE序列TR時(shí)刻縱向磁化矢量的恢復(fù)值TE時(shí)刻的橫向磁化矢量,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,T1大的地方I 值較小，圖像呈現(xiàn)弱信號(hào)；腦脊液T1長，圖像很暗；T1小的地方I 值較大，圖像呈現(xiàn)強(qiáng)信號(hào)，脂肪組織T1很短，在圖像表現(xiàn)得很亮。,1）圖像特點(diǎn)（不考慮）,三、自旋回波信號(hào)與加權(quán)圖像,TWI,正常人SE序列T1加權(quán)圖像,（1）T1加權(quán)圖像,2）T1 加權(quán)原理,加權(quán)條件 短TE(820ms) 短TR(合適的短值， ，,TET2，e-TE/T2 1,圖像灰度主要由、T1 決定,三、自旋回波信號(hào)與加權(quán)圖像,理論原理,（文字分析加權(quán)原理省略）,200600ms ),短TE實(shí)現(xiàn)了 T1加權(quán)，合適的TR保證了

12、合適的對(duì)比度,合適的TR保證合適的對(duì)比度,TR長,TR合適,TR短,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,（2）T2加權(quán)圖像 1）圖像特點(diǎn) T2大的組織，橫向磁化矢量衰減得慢，在圖像上表現(xiàn)為高信號(hào)。 腦脊液具有較長的T2 ，在T2WI中表現(xiàn)得非常亮。 T2小的地方I 值較小，圖像呈現(xiàn)弱信號(hào)，脂肪T2短，比T1加權(quán)像暗。,正常人SE序列T2加權(quán)圖像,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,T2WI像,（2）T2 加權(quán)圖像（T2WI）,加權(quán)條件：長 取TR 20002500ms ) 長TE(兩種組織T2 平均值，約50150ms),TRT1，e-TR/T10,2） T2 加權(quán)原理,三、自旋回波信號(hào)與加權(quán)圖像,優(yōu)點(diǎn)：能得

13、到最佳對(duì)比度，對(duì)病變組織進(jìn)行定性分析,理論原理（不考慮）（文字分析省略）,由于質(zhì)子密度對(duì)信號(hào)的影響是永遠(yuǎn)存在的，如果T1和質(zhì)子密度對(duì)信號(hào)的影響相反，情況會(huì)變得復(fù)雜。我們簡單討論質(zhì)子密度相同時(shí)，其它組織相關(guān)參數(shù)的加權(quán)情況。,TRT1,B0=1.5T,長TR實(shí)現(xiàn)了 T2加權(quán)，合適的長TE保證了合適的對(duì)比度,合適的TE保證合適的對(duì)比度,TE長,TE合適,TE短,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,4. SE序列的加權(quán)圖像 （3）質(zhì)子密度加權(quán)圖像（PDWI） ： 抑制T1差異對(duì)信號(hào)的影響，選擇長 ， 時(shí)約20002500ms ）;抑制T2差異對(duì)信號(hào)的影響，選短 ，約120ms）。 圖像對(duì)比度主要由質(zhì)子密度 決

14、定，得到質(zhì)子密度加權(quán)像。 質(zhì)子密度越大的組織，在圖 像上越亮。,PDWI,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,人體正常組織在T1WI和T2WI的灰度,三、自旋回波序列與加權(quán)圖像,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,1.反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversion recovery，IR）序列 （1）IR序列 一個(gè)脈沖周期的RF脈沖時(shí)序?yàn)椋?80TI90，產(chǎn)生FID信號(hào)。 TR：序列重復(fù)時(shí)間。 TI：反轉(zhuǎn)時(shí)間，指180RF脈沖到90RF脈沖之間的時(shí)間。,IR序列及FID信號(hào),（2）反轉(zhuǎn)恢復(fù)自旋回波（IRSE）序列 在IR序列的基礎(chǔ)上，每個(gè)脈沖周期的90RF脈沖后，增加一個(gè)180RF脈沖，產(chǎn)生自旋回波。RF脈沖時(shí)序?yàn)椋?180-

15、TI-90-TE/2-180。 TR：序列重復(fù)時(shí)間。TI：反轉(zhuǎn)時(shí)間。TE：回波時(shí)間。,IRSE序列及SE信號(hào),四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,（3）IR序列的特點(diǎn) 1） 當(dāng) TR足夠長時(shí)，縱向磁化矢量在一個(gè)脈沖周期結(jié)束時(shí)得到充分恢復(fù)，使每次發(fā)射反轉(zhuǎn)180脈沖時(shí)，縱向磁化矢量基本上為M0。隨后，縱 向磁化矢量恢復(fù)為 縱向磁化在恢復(fù)過程中存在 的零點(diǎn)（拐點(diǎn)）， 對(duì)應(yīng)的時(shí)間為,180脈沖后Mz的轉(zhuǎn)折點(diǎn),四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,2）反轉(zhuǎn)180脈沖后 縱向磁化矢量的恢復(fù)程 度將影響回波信號(hào)大小。 由于180反轉(zhuǎn)脈沖延 長了縱向弛豫過程，加 大了不同 組織間的信號(hào) 差別，增大了 對(duì)比度， 使IR序列能夠獲

16、得重 T1 加權(quán)圖像。,IR序列中TI對(duì)T1加權(quán)的影響,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,3）SE、FID序列影響信號(hào)的序列參數(shù)有兩個(gè)： TR 、 TE ；IRSE序列是三個(gè)TR 、 TE和TI。IRSE與SE序列加權(quán)參量TR對(duì)應(yīng)的是TI。,2. IRSE序列的幅值 （1）序列的幅值 第一個(gè)180RF脈沖，將磁化強(qiáng)度矢量 M0倒向-z軸。 t=0時(shí)，無橫向磁化矢量產(chǎn)生，不產(chǎn)生MR信號(hào)。稱該180RF脈沖為反轉(zhuǎn)脈沖。根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中Bloch方程 t時(shí)刻的縱向磁化矢量為 TI 時(shí)施加90RF脈沖，將恢復(fù)的縱向磁化矢量倒向xy平面形成橫向磁化矢量，橫向磁化矢量以Mz 為初始值

17、按指數(shù)規(guī)律衰減，衰減時(shí)間常數(shù)為T2*，產(chǎn)生FID信號(hào)。,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,如果在90RF脈沖后再發(fā)射一個(gè)180RF脈沖，構(gòu)成IRSE序列，則可獲得自旋回波信號(hào)。 TR 足夠長時(shí)(TR2000ms) ，縱向磁化矢量得到足夠恢復(fù)，每個(gè)脈沖周期開始時(shí)縱向磁化矢量近似為M0，90RF脈沖結(jié)束后經(jīng)時(shí)間TE，產(chǎn)生最大的橫向磁化矢量為 IRSE序列產(chǎn)生的自旋回波信號(hào)的幅值為,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,（2）IRSE序列的拐點(diǎn) 當(dāng) TR足夠長時(shí)，縱向磁化矢量在一個(gè)脈沖周期結(jié)束時(shí)得到充分恢復(fù)，使每次發(fā)射反轉(zhuǎn)180脈沖時(shí)，縱向磁化矢量基本上為M0。隨后，縱 向磁化矢量恢復(fù)為 縱向磁化在恢復(fù)過程中存在

18、的零點(diǎn)（拐點(diǎn)）， 由幅度公式，幅度為零對(duì)應(yīng) 的時(shí)間為,180脈沖后Mz的轉(zhuǎn)折點(diǎn),四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,如果在反轉(zhuǎn)時(shí)間TI為某組織T1值的ln2倍時(shí)，施加90RF脈沖，該組織無橫向磁化產(chǎn)生，無法檢測(cè)到MR信號(hào)。利用IR序列的這一特點(diǎn)，可以選擇性地抑制某種組織的信號(hào)。,由于用IRSE序列成像選擇的 TR比SE序列還要長，在獲取質(zhì)子密度加權(quán)像和T2加權(quán)像時(shí)，通常用SE序列，而不用IRSE序列。通常用IRSE序列獲得T1加權(quán)像。 根據(jù)公式 通過調(diào)整反轉(zhuǎn)時(shí)間TI 來控制T1對(duì)圖像對(duì)比度的影響，調(diào)整回波時(shí)間TE來控制T2對(duì)圖像對(duì)比度的影響，得到不同的加權(quán)圖像。,四、反轉(zhuǎn)恢

19、復(fù)序列與加權(quán)圖像,3. IRSE序列的成像應(yīng)用,（1）T1加權(quán)圖像 選擇中等TI值(400800ms，短TE（1020ms）得到T1加權(quán)圖像。,IR序列中TI對(duì)T1加權(quán)的影響,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,需要注意的是，通常MR圖像反映的是MR信號(hào)的大小，圖中縱坐標(biāo)為負(fù)的那部分曲線對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)應(yīng)該取它的絕對(duì)值，如圖中的虛線所示。 必須合理選擇反轉(zhuǎn)時(shí)間TI，才能得到 T1對(duì)比度好的圖像。,IR序列中TI對(duì)T1加權(quán)的影響,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,在滿足長TR（2000ms)的前提下，選擇中等 TI（400800ms），使大部分組織的縱向磁化矢量已恢復(fù)到正值，可增強(qiáng)組織T1差異對(duì)信號(hào)的影響。選擇短

20、 TE（1020ms），抑制T2差異對(duì)信號(hào)的影響，獲得 T1加權(quán)圖像。 當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)間TI取值較小時(shí)， 會(huì)出現(xiàn)對(duì)比度翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 即T1 大的組織在 T1加權(quán)圖 像中表現(xiàn)為亮信號(hào)。,IR序列中TI對(duì)T1加權(quán)的影響,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,（2）短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)（short TI inversion recovery ，STIR）成像技術(shù) 由于脂肪中質(zhì)子密度較大，無論T1還是T2加權(quán)均表現(xiàn)為高信號(hào)。為更好顯示被脂肪遮蔽的病變，降低脂肪引起的運(yùn)動(dòng)偽影，鑒別脂肪與非脂肪結(jié)構(gòu)等原因，需要抑制脂肪信號(hào)。 選擇 可抑制脂肪信號(hào)，脂肪的T1短，所以抑制脂肪所選的 TI 短。1.5T 的磁共振成像儀，脂肪的T1值

21、為200250ms，TI取值為140175ms。選擇短 TE（1030ms），長TR（大于2000ms），得到T1加權(quán)圖像。,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,（3）流動(dòng)衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（fluid attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR） 在T2WI中，腦脊液的信號(hào)很強(qiáng)，且較長的TE會(huì)造成因腦脊液搏動(dòng)而產(chǎn)生偽影。抑制腦脊液信號(hào)，可使周圍的病變組織在圖像中更突出，提高了病變識(shí)別能力。 選擇 可抑制腦脊液的信號(hào)。腦脊液的T1很長，所以抑制腦脊液所選的TI很長。 1.5T的磁共振成像儀，腦脊液的T1值為30004000ms，TI 取值為21002500ms。 TR需要大于

22、TI的3-4倍。若選擇較長的 TE，可得到T2加權(quán)圖像。若選擇短 TE，得到質(zhì)子密度加權(quán)圖像。,四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,B01.5時(shí)，脂肪T1200ms，水T1 3000ms，選TI 140ms，可抑制脂肪，選TI 2100ms，抑制腦脊液。,脂肪和水在反轉(zhuǎn)180脈沖后的縱向弛豫曲線及零點(diǎn),四、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列與加權(quán)圖像,一、梯度磁場(chǎng)和梯度,二、層面選擇,三、相位編碼與頻率編碼,第二節(jié) 磁共振圖像重建,四、二維傅里葉變換圖像重建,五、k 空間,六、三維傅里葉變換成像,第二節(jié) 磁共振圖像重建,用于MRI圖像重建的信號(hào)是MR信號(hào)。該信號(hào)是受檢體中所有被激發(fā)的1H發(fā)出信號(hào)的總和。當(dāng)線圈接收到的MR信

23、號(hào)不包含位置信息時(shí)，將無法從接收信號(hào)中恢復(fù)出每個(gè)體素的信號(hào)。 人為構(gòu)建一個(gè)隨空間位置變化的磁場(chǎng)，可以使處在不同位置的體素中的自旋核以不同的拉莫爾頻率旋進(jìn)，從而將空間位置信息編碼到檢測(cè)的MR信號(hào)中。用梯度磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)MR信號(hào)的空間定位。 應(yīng)用一定的數(shù)學(xué)方法從檢測(cè)的MR信號(hào)中得到每個(gè)體素產(chǎn)生的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁共振圖像重建。,（2）梯度磁場(chǎng)的梯度（gradient） 磁場(chǎng)強(qiáng)度大小沿某個(gè)方向位置變化率稱為沿這個(gè)方向的磁場(chǎng)梯度，磁場(chǎng)的梯度是矢量，其方向?yàn)樵擖c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)增加率最大的方向。在直角坐標(biāo)系中的分量形式表示為,一、梯度磁場(chǎng)和梯度,（1）梯度磁場(chǎng)（gradient magnetic field） 磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小隨

24、位置發(fā)生變化的磁場(chǎng)。,即沿x、y、z三個(gè)方向梯度。,空間任一點(diǎn)的磁場(chǎng)梯度為,一、梯度磁場(chǎng)和梯度,（3）梯度磁場(chǎng)的描述 Gx 、Gy 、Gz表示了沿x、y、z方向單位長度上磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化量，其為常數(shù)稱之為線性磁場(chǎng)梯度，對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)稱為線性梯度磁場(chǎng)，簡稱線性梯度場(chǎng)。常用單位mTm-1。 梯度磁場(chǎng)的梯度數(shù)量級(jí)約為1.0Gauss/cm。梯度磁場(chǎng)的強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于主磁場(chǎng)。梯度磁場(chǎng)的三個(gè)分量為,（4）在MRI中，常用正交的沿x、y、z方向的三個(gè)線性梯度磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的空間定位。,MRI的磁體系統(tǒng)的坐標(biāo)系,一、梯度磁場(chǎng)和梯度,（4）主磁場(chǎng)與梯度磁場(chǎng)的疊加,主磁場(chǎng)與梯度磁場(chǎng)的疊加,二、層面選擇,橫斷面,冠狀

25、面,矢狀面,MRI可以在任意方位上選取斷層。三個(gè)基本的斷層是垂直于z軸的橫斷面，垂直x軸的矢狀面、垂直y軸的冠狀面。,二、層面選擇,1. 層面選擇與層厚 （1）層面選擇 以橫斷面為例討論層面的選擇。 選擇一個(gè)與z軸垂直的橫斷面，可通過施加一個(gè)z方向的梯度磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)。梯度磁場(chǎng)的梯度為Gz。 梯度場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為 總磁場(chǎng)強(qiáng)度為 自旋核的進(jìn)動(dòng)角頻率為 z坐標(biāo)不同的層面上自旋核旋進(jìn)的角頻率不同。,若向受檢體發(fā)出一個(gè)特定頻率的射頻脈沖，沿z方向只有某個(gè)層面上的自旋核的旋進(jìn)振頻率與射頻脈沖頻率相同，位于該層面的質(zhì)子被激發(fā)，產(chǎn)生MR信號(hào)。其他層面中的質(zhì)子均不處于共振狀態(tài)，未受激勵(lì)。只有一個(gè)層面被選擇。,靜

26、磁場(chǎng)： z方向磁場(chǎng)的梯度： 用公式計(jì)算出,不同層面上自旋核的旋進(jìn)頻率(MHz),二、層面選擇,二、層面選擇,若發(fā)射RF脈沖的角頻率為 則位于z1的層面被選擇 （2）層厚 RF脈沖具有一定的帶 寬w ，所選擇的斷層有 一定的厚度z。 層厚依賴于層面選擇 梯度的大小及射頻脈沖的帶寬。在RF脈沖不變的情況下，可通過改變層面選擇梯度的大小，改變層厚。 梯度越大，層厚越薄。,層面厚度與選層梯度的關(guān)系,發(fā)射中心角頻率為1、帶寬為 的RF脈沖，與梯度為Gz的選層梯度場(chǎng)配合，將選擇激勵(lì)位于z1處 厚度為z斷層。,二、層面選擇,MRI的磁體系統(tǒng)的坐標(biāo)系,選層,二、層面選擇,2. RF脈沖的形狀對(duì)斷層的影響 （1

27、）軟脈沖 指選擇性激發(fā)脈沖。sinc形脈沖是一種軟脈沖?？梢杂脕磉x層。 理想sinc形脈沖：在 時(shí)間軸上無限延伸，選出 斷層的輪廓是矩形。 實(shí)際發(fā)射的是包含主 瓣和若干個(gè)副瓣的sinc形 脈沖，選擇斷層的輪廓偏 離了理想矩形。,理想sinc形脈沖,截?cái)嗟膕inc形脈沖,（2）硬脈沖 指非選擇性脈沖，不能用于選層。矩形脈沖是硬脈沖。,矩形脈沖,二、層面選擇,三、相位編碼與頻率編碼,1. 相位編碼 在z處選好某一斷層，該層上所有體素的橫向磁化矢量在RF脈沖結(jié)束瞬間處于同相狀態(tài)，旋進(jìn)頻率相同，無法區(qū)分它們產(chǎn)生的信號(hào)。 在 y 軸方向施加相位編碼梯度 場(chǎng)Gy，總磁場(chǎng)強(qiáng)度為 不同y 處的體素所經(jīng)歷的磁場(chǎng)

28、不同， 其橫向磁化矢量旋進(jìn)的角頻率不同， 為 在梯度場(chǎng)作用一段時(shí)間 ty 后獲得的 相位不同，為,選層結(jié)束瞬間自旋核處在同相狀態(tài),三、相位編碼與頻率編碼,相位 與體素的y坐標(biāo)有關(guān)，不同行的體素的橫向磁化矢量經(jīng)歷一段時(shí)間 ty 后，具有不同的相位 。 關(guān)閉梯度場(chǎng) 后，層面內(nèi)所有體素又處在主磁場(chǎng) 中，具有相同的旋進(jìn)角頻率 ，但相位的差別被保留下來了。用相位的差別來區(qū)分y坐標(biāo)不同的各行體素所產(chǎn)生的MR信號(hào)，這個(gè)過程稱為相位編碼（phase encoding）。,選層結(jié)束瞬間,相位編碼完成時(shí),三、相位編碼與頻率編碼,2. 頻率編碼 沿x軸方向施加頻率編碼梯度場(chǎng)Gx。總磁場(chǎng)強(qiáng)度為 坐標(biāo)為x 的同一列體素

29、的橫向磁化矢 量以相同的角頻率旋進(jìn) 不同列的體素有不同的x坐標(biāo)，旋進(jìn) 的角頻率不同。只要不關(guān)閉梯度場(chǎng)， 這種旋進(jìn)頻率的差異就存在。,頻率編碼,三、相位編碼與頻率編碼,用頻率的差別來區(qū)分x坐標(biāo) 不同的各列體素所產(chǎn)生的MR信 號(hào)，稱為頻率編碼 （frequency encoding）。,頻率編碼,三、相位編碼與頻率編碼,經(jīng)選層激勵(lì)、相位編碼和頻率編碼后，斷層內(nèi) 個(gè)體素產(chǎn)生的MR信號(hào)將具有不同的相位和頻率。,空間編碼后層面內(nèi)各體素產(chǎn)生信號(hào)的頻率和相位分布,3.梯度散相位的校正 （1）選層梯度散相位的校正 斷層內(nèi)所有自旋核在RF脈沖作用的中心時(shí)間點(diǎn)t1/2被瞬間激勵(lì)，此時(shí)自旋核處在同相狀態(tài)。z處的自旋

30、核受選層梯度作用時(shí)間t1/2，產(chǎn)生 的相位為 受負(fù)梯度作用時(shí)間t2=t1/2 ， 產(chǎn)生的相位為 總相位為 負(fù)梯度場(chǎng)抵消了正的選層梯 度場(chǎng)產(chǎn)生的散相，實(shí)現(xiàn)了相 位的重聚。,選層梯度的散相與相位重聚梯度的聚相,三、相位編碼與頻率編碼,通過頻率編碼梯度場(chǎng)極性的切換，可解決頻率編碼梯度場(chǎng)引起的相散導(dǎo)致MR信號(hào)衰減的問題。負(fù)梯度場(chǎng)經(jīng)作用時(shí)間t產(chǎn)生的散相，可被作用相同時(shí)間的正梯度場(chǎng)抵消。在TE時(shí)刻出現(xiàn)最大信號(hào)。產(chǎn)生梯度回波。,三、相位編碼與頻率編碼,（2）頻率編碼梯度場(chǎng)散相位校正,頻率編碼梯度的散相與相位重聚、梯度回波的形成,相位編碼持續(xù)的時(shí)間短，梯度弱，一般忽略它引起的散相,四、二維傅里葉變換圖像重建,

31、1.信號(hào)采集 為了讓計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，需要把連續(xù)的MR信號(hào)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過程稱為信號(hào)采樣。 采樣時(shí)間為 Ts，采樣點(diǎn)數(shù)為n ，兩相鄰采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為 t， 1/ t為采樣頻率。,連續(xù)信號(hào)的離散采集,四、二維傅里葉變換圖像重建,2. 二維傅里葉變換（2DFT）圖像重建 接收的MR信號(hào)是斷層所有體素共同產(chǎn)生的，每個(gè)體素對(duì)接收信號(hào)的貢獻(xiàn)由信號(hào)強(qiáng)度與相位共同決定。經(jīng)選層激勵(lì)、相位編碼和頻率編碼后，每個(gè)體素的橫向磁化矢量的總相位累積為 每個(gè)體素產(chǎn)生的MR信號(hào)大小為 s(x,y) ，與體素的、T1、T2有關(guān)。每個(gè)體素產(chǎn)生的信號(hào)可表示為 整個(gè)斷層所產(chǎn)生的MR信號(hào)為,四、二維傅里葉變換圖像重建,

32、定義x方向和y方向的空間頻率 其中 稱為約化磁旋比。 空間頻率：表示具有空間周期性的物理量在單位長度上發(fā)生周期性變化的次數(shù)，單位為m-1或Hz。 整個(gè)斷層所產(chǎn)生的MR信號(hào)可用空間頻率表示為 當(dāng)f(x,y)與時(shí)間無關(guān)時(shí)， f(x,y)與 是一對(duì)傅里葉變換對(duì)。,實(shí)際操作中通過模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)得到,四、二維傅里葉變換圖像重建,采集信號(hào) ，對(duì)采集的信號(hào) 進(jìn)行二維傅里葉逆變換，即可得到每個(gè)體素的信號(hào)強(qiáng)度為 用灰度表示每個(gè)體素的信號(hào)大小，實(shí)現(xiàn)磁共振圖像重建。這種重建圖像的方法，叫二維傅里葉變換（2DFT）圖像重建。,五、k空間,1. k空間的建立及填充過程,k空間是以空間頻率為坐標(biāo)軸的空間。橫軸kx代表頻率編碼，縱軸ky代表相位編碼，列數(shù)Nx等于取樣點(diǎn)數(shù)，行數(shù)Ny等于相位編碼步數(shù)。,k空間示意圖,k空間的實(shí)質(zhì)就是磁共振成像中采集的原始數(shù)據(jù)的存放空間。,用圓點(diǎn)的大小表示填入k空間數(shù)據(jù)的大小。,五、k空間,1. k空間的建立及填充過程,采一個(gè)回波填充數(shù)據(jù)矩陣的一行，稱為傅里葉行。每個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)k空間一個(gè)點(diǎn)。同一行中，相鄰點(diǎn)之間的時(shí)間間隔等于取樣間隔t。不同的脈沖序列對(duì)行的填充次序有不同的要求。,五、k空間,每次頻率編碼的梯度場(chǎng)Gx大小和方向都保持不變，即x坐標(biāo)相同的點(diǎn)（列）有相同的x梯度場(chǎng)強(qiáng)。每一行具有相同的 ，不同的 kx 。 由于施加加速散相的