南方医科大学生物医学工程2012级_MRI学习or复习笔记.docx
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MRI学习笔记绪论1、 七种医学成像设备的区别（见下图）2、 医用核磁共振成像设备（MRI定义）---Magnetic Resonance Imaging在人体施加强磁场及射频照射，在梯度场的作用下，扫描人体内部结构，由计算机合成断层影像的诊断设备3、 MRI的用途解剖结构成像（特别是针对软组织、神经系统和大部分的组织器官的成像效果很好）功能成像遗留问题：MR波谱、MR扩散（弥散）成像4、 核磁共振成像的发展历程1913年Wolfgans Pauli 提出核磁共振现象，1922年获诺贝尔奖1939年Rabi设计出第一个核磁共振实验（氢分子、高真空条件）1946年Bloch 和 Purcell 分别对液体水、石蜡进行了核磁共振实验1946年，斯坦福大学的布洛赫（Felix Bloch）和哈佛大学的波赛尔（Edward Purcell）同时发现核磁共振现象1970年Damadian发现正常组织与恶性肿瘤的NMR信号明显不同，认为利用NMR对生物体进行成像是有可能的Damadian建成人类史上第一台全身核磁共振成像装置1972年Paul Lauterbur指出利用NMR信号完全可以重建图像，提出可以在叠加可控弱梯度场下，将同一频率成像层分离出来。
5、 核磁共振生产厂商6、课后思考题1） NMR的英文全称是nuclear Magnetic Resonance2） NMR现象是1913年pauli发现的，1922年获奖3） Paul Lauterbur提出利用线性梯度场进行选择激励4） 因为水中的H1元素丰度大，且复习第二章可知答案）第一章 MRI 物理基础1、 I确定规律（I为自旋量子数，Z为质子数，A-Z为中子数）（有奇数的就能产生塞曼能级跃迁）ZA-ZI举例偶数偶数0奇数奇数正整数奇数偶数半正整数偶数奇数半正整数若原子核的I=0，则不能用于观察NMR现象2、 自旋磁矩 与自旋角动量的关系（自旋是原子核的內禀属性）· （为旋磁比，是个常量，与原子核的种类有关）3、 原子核在静磁场B中收到的力矩L和势能E力矩L：势能E：（势能E是不连续的，符合Zeeman能级，相邻能级间隔，即，经磁场场强越大，能级差越大）思考题：为什么I=0的原子核不能观察核磁共振现象？答：因为I=0的原子核无法进行能级跃迁，也就无法对外辐射或者吸收能量，也就观察不到NMR现象4、 自旋磁矩在静磁场中的进动（外磁场是Z方向上的静磁场）计算得到进动角速度为：拉莫尔进动频率： 解释：在旋转坐标系R中，是静止的；旋转坐标系R以角速度绕着实验室坐标系L转动；在实验室坐标系L中，绕Z轴以角速度进动。
注意 1 T = 1*10^4 G，记住结论氢一在B0=1.0T条件下的larmor进动频率为42.6MHz）5、 静磁场在NMR的作用1） 产生塞曼能级2） 产生larmor进动频率6、 NMR信号的产生B0沿着Z轴方向，RF场（射频场）是沿x方向的交变磁场原子核可能绕B0磁场方向向顺时针进动，也可能向逆时针进动，但是每个原子核只能有一种情况出现引入RF场后，当时，在旋转坐标系R中，绕B1缓慢进动；在实验室坐标系L中，旋转坐标系R绕oz以旋转，所以与B0的夹角在变化，原子核产生能级跃迁，产生NMR信号7、 发生核磁共振现象的条件：其中，（顺时针用c表示，逆时针用a表示，仅有一个有效）8、 翻转角FA（翻转角的大小与B1大小和作用时间有关）（为何右边要除以2？ --- 因为B1 = Bx(0)/2）9、 当时，若差异不大，仍可以得到NMR信号，且得到的信号小于共振信号；而差异明显时，没有NMR信号10、 MRI简单量子理论1） 磁偶极跃迁选择定则当核系处于热平衡状态时，各个能级的粒子数分布准从Boltzmann分布，低能级粒子数大于高能级粒子数；核系吸收大于辐射高低能级的粒子数比值：要提高NMR信号，就要让两个能级的粒子数差别大一些，可以提高B0，或者降低T（B0为静磁场强度，T为外界温度）2） 受激跃迁核系从RF场吸收能量，使高低能级粒子数趋于一致。
粒子数相等）3） 热弛豫跃迁核系将能量传递给晶格导致粒子数分布趋于热平衡分布粒子数不等） 为了观察到较强的NMR信号，需要采用高场（强静磁场B0）、低温和适当的RF场场强11、 核系静磁化强度M（M是针对整个核系的）与弛豫过程1） 若核系处于静磁场B0中，所有的绕B0进动；M在Z方向的投影不为0；M在oxy平面的投影仍为0；核系被磁化2） 在RF作用下，M偏离平衡态，然而M偏离平衡态不能长久保持，会自动向热平衡态恢复，这个恢复的过程叫弛豫过程3） 引起M改变的因素：外磁场（B0和B1）、弛豫过程12、 弛豫时间常数1） T1 --- 纵向弛豫时间常数（自旋-晶格弛豫时间常数，描述MZ的恢复速率）T1对应着MZ恢复到63%的时刻软组织的T1比流体或固体的低影响T1的因素有，热跃迁几率和B0，B0越大T1就越大计算公式：（1/e = 37%）2） T2 --- 横向弛豫时间常数（自旋-自旋弛豫时间常数，描述横向磁化强度矢量的衰减速率）T2对应着MZ衰减到37%的时刻影响T2的因素有，B0的非均匀性（外因）和同类磁等价核的偶极相互作用（内因）T2*表示T2受B0非均匀性影响，1/T2* = 1/T2 + 1/T2’T1和T2、T2*的关系： T2* < T2 < T1计算公式：或者（t1和t2为图像上任意两点）13、 组织弛豫的决定因素1） 组织的含水量2） 水的杂乱无章的运动3） 大分子的运动：低频条件下，对弛豫的影响大4） 脂肪含量 ：级性膜质T2较短、非极性脂质T2较长，一般脂质T1较短（脑组织除外）5） 顺磁性粒子的作用：是T1、T2变短14、 Bloch方程1）影响M变化的因素有，B0静磁场和B1 RF射频场，弛豫过程的T1和T215、 发生NMR的外磁场条件为：1） B0平行于Z轴，BZ = B02） B1垂直于B0，且B1<
3） 影响谱线宽度的因素1.谱线的自然宽度遵从能量与时间的不确定关系：若粒子永久的停留在某一能级上，谱线的宽度为0，反之寿命越短，谱线越宽RF场的作用就是让粒子停留在某能级上的平均寿命降低，导致谱线展宽2.偶极加宽（受到邻近原子核产生磁场的作用）3.非均匀加宽（静磁场的不均匀，主要针对液体而言）4.其他因素加宽 4）谱线的形状与面积 Lorenz线型（液体） --- 陡峭，斜率大 Gauss线型（固体） --- 比较平坦，斜率小 （若发生饱和现象，谱线将大大加宽）18、 化学位移（对应谱线位置）1） 同种原子核在不同的化合物中，由于磁屏蔽不同，其核磁共振条件不同（谱线位置不同）；同种原子核在同一化合物中，由于化学环境不同，其核磁共振条件不同解释：原子核实际感受到的磁场是B0与核外电子云感应电流产生磁场的合磁场B0’,公式为，为屏蔽因子，化学环境不同时不同第二章 MR信号1、 MR信号主要的五大类（明确是RF射频作用后线圈接收到的信号）FID信号（自由感应衰减信号）SE信号（自旋回波信号）Hahn信号（Hahn回波信号）SSE信号（或者STE信号，受激回波信号）GRE信号（梯度回波信号）2、 FID信号1） FID信号的产生：令，样品从RF场吸收能量，M0会偏离B0场方向，在RF脉冲作用后，M逐渐向热平衡态恢复，在恢复过程中，位于xoy平面内的接收线圈有FID信号。
2） FID信号的特点：1. FID信号在B0非均匀的情况下，只能得到T2*，不能够得到T2（T2为横向弛豫时间常数）2. FID信号具有非对称性，不适用于重建算法3. FID信号对B0场非均匀性很敏感，能够在较短时间内衰减为0，并且FID信号也很弱（目前很少应用）3、 SE信号（自旋回波信号）1） SE信号的产生：利用90度-180度的RF脉冲序列，时间上有对称性，获得的信号与180度脉冲的时间间隔等于180度脉冲到90度脉冲的时间间隔2） TR（Repetition Time 重复时间）指 脉冲序列执行一次所需要的时间在SE序列中，TR是指两个90度脉冲中点间的时间间隔在其他序列中，TR是指第一个激发脉冲到下一个周期激发脉冲的时间间隔3） TE（Echo Time 回波时间）指 产生宏观横向磁化矢量M的脉冲的中点到回波中点的时间间隔在SE序列中，TE是指90度脉冲中点到自旋回波中点的时间间隔4） SE信号的特点：1. 可以测量T22. B0非均匀性产生的影响是可逆的4、 Hahn信号（Hahn回波信号）1） Hahn回波信号的产生：施加任意角度的RF脉冲即可产生Hahn回波2） Hahn回波信号的特点：1. 不能够像SE信号一样，利用所有的自旋重聚，因此幅度比SE信号小2. Hahn回波与T2有关，且每个回波都可以被后面的RF脉冲进一步相位重聚5、 SSE信号（STE信号）1） SSE受激回波信号的产生：3个或3个以上的RF脉冲作用后，就能够产生SSE受激回波信号2） SSE受激回波信号的特点：1. 在相同TE回波时间的条件下，SSE受激回波信号的幅度小于SE自旋回波信号的幅度（因为SSE只利用了部分磁矩的重聚）2. 第二脉冲到第三脉冲的间隔可以比TE回波时间大，大间隔可以提高对流动和扩散的敏感性3. SSE受激回波信号可以运用于，超快速成像、流动跟踪、心脏黑血成像等6、 GRE信号1） GRE梯度回波信号的产生：通过小于90度的激励脉冲作用后（即小FA），利用梯度场的极性反转产生回波（这里的梯度场与后面章节引入的是相同性质的梯度场，并且这里的梯度场为FE频率编码梯度场）质子先进行自旋散相，反转梯度场后，自旋逐步相位重聚2） GRE梯度回波信号的特点：1. 能够快速成像，可以使用比SE信号更短的TR、TE2. 小FA并且没有使用180度RF脉冲，使得SAR特定吸收率降低，并且适合做质子密度加权像3. 可以得到比SE序列更多的层面，适合做3D采集4. T2*W（T2*加权像）图像质量较差5. 信噪比比SE信号小（噪声较多）6. 引入了第二类化学位移伪影7. 磁场非均匀性导致信号丢失，在长TE的时候更加明显，磁化率效应（产生斑马条纹）7、 补充1） T2-Map技术1. 利用两个TE回波时间值扫描得到的图像计算T22. 利用多个TE值得到的图像计算T22） SE自旋回波信号 和 GRE梯度回波信号 的对比1. SE的SNR信噪比高于GRE2. GRE的速度比SE快3. GRE的伪影比SE多4. SE可以得到T2对比度加权像，而GRE只能得到T2*对比度。
