《核磁共振成像NMR》课件.ppt

核磁共振成像（NMR）概述非侵入性医学成像技术利用氢原子在磁场中的行为提供高分辨率软组织成像

课程目标1掌握核磁共振基本原理理解核自旋、磁矩和共振现象2了解NMR仪器组成主磁体、梯度和射频系统构造3学习图像形成机制空间定位和不同成像序列原理探索临床应用领域

核磁共振的基本原理磁共振现象特定原子核在外加磁场中吸收特定频率电磁波氢核最常用人体中含量最丰富，信号最强能级跃迁射频脉冲导致能级间跃迁信号产生回到平衡状态过程中释放能量形成信号

原子核的自旋特性自旋角动量原子核固有属性，类似于自转质子数和中子数决定自旋量子数自旋量子数氢核(1H)自旋量子数为1/2碳12无自旋，碳13有医学应用氢、磷、碳、钠核常用氢原子核信号最强

磁矩和拉莫尔进动磁矩产生带电自旋粒子产生微小磁场在外磁场中排列平行或反平行于外磁场方向拉莫尔进动自旋轴绕磁场方向旋转进动频率与磁场强度成正比

共振现象1共振条件能量吸收最强时刻2拉莫尔等式ω?=γB?3射频脉冲与进动频率相匹配4能量传递低能级跃迁至高能级

弛豫过程：T1弛豫1纵向弛豫也称自旋-晶格弛豫2能量传递向周围环境释放能量3纵向磁化恢复沿主磁场方向磁化恢复4指数函数恢复T1为恢复到63%所需时间

弛豫过程：T2弛豫横向弛豫也称自旋-自旋弛豫相位相干性丧失自旋间相互作用磁化衰减横向分量逐渐衰减指数函数衰减T2为衰减到37%所需时间

自由感应衰减（FID）1射频脉冲后横向磁化矢量旋转产生感应电流2信号采集接收线圈检测信号变化3衰减特性振荡幅度逐渐减小4傅里叶变换转化时域信号为频谱

核磁共振信号的产生外加磁场氢核沿磁场方向排列射频脉冲使磁化矢量偏转弛豫过程磁化矢量回归平衡信号检测接收线圈记录变化电磁波

核磁共振仪器组成主磁体系统产生均匀强磁场1梯度系统实现空间定位射频系统发射和接收信号计算机系统控制和图像重建

主磁体系统永磁体型低场强、成本低、稳定性好电磁体型中等场强、能耗高超导磁体型高场强、均匀性好、需低温冷却匀场线圈提高磁场均匀性

梯度系统X轴梯度线圈控制左右方向场强变化Y轴梯度线圈控制前后方向场强变化Z轴梯度线圈控制上下方向场强变化屏蔽线圈减少涡流效应

射频系统射频脉冲发生器产生特定频率和相位的射频脉冲功率放大器增强射频信号功率发射线圈产生激发磁场B?接收线圈检测微弱的核磁共振信号

计算机系统系统控制协调各个子系统工作数据采集模数转换和数字信号处理图像重建傅里叶变换和后处理图像存储数据库管理和传输

空间定位原理切片选择选择特定层面频率编码一个方向的位置编码相位编码另一个方向的位置编码三维定位综合确定体素位置

切片选择Z轴梯度沿Z轴施加梯度磁场共振频率差异不同位置拉莫尔频率不同选择性射频脉冲窄频带射频脉冲激发特定切片切片厚度控制梯度强度和脉冲带宽决定

频率编码1读出梯度信号读出时施加梯度场2频率分布不同位置具有不同共振频率3信号读出接收包含位置频率信息的信号4空间解码通过频率分析确定位置

相位编码相位梯度短时间施加梯度场相位变化不同位置质子相位改变不同梯度重复不同强度重复多次空间解码通过相位变化确定位置

k空间概念定义原始数据存储空间频率和相位编码数据矩阵特点中心区：信号强度和对比度外围区：图像细节和边缘填充方式线性：逐行采集螺旋：从中心向外螺旋采集径向：从中心向外辐射采集

图像重建：傅里叶变换k空间数据原始频率域数据二维傅里叶变换频率域转换为空间域图像形成生成灰度分布图像后处理滤波、增强和伪彩处理

成像序列：自旋回波序列190°脉冲将纵向磁化翻转至横向平面2相位离散磁矩因场不均匀性散开3180°脉冲使磁矩反转，补偿场不均匀性4回波形成磁矩重新聚焦产生回波信号

成像序列：反转恢复序列180°初始脉冲将纵向磁化反转至负z轴TI反转时间磁化沿z轴恢复时间90°读出脉冲将剩余纵向磁化转至横向TE回波时间信号读出时间点

成像序列：梯度回波序列射频激发小于90°翻转角脉冲梯度反转负梯度使相位重聚快速采集TR和TE短，扫描速度快T2*加权对磁敏感性效应敏感

T1加权成像参数设置短TR（400-800ms）短TE（10-20ms）图像特点脂肪：高信号（亮）水：低信号（暗）临床应用解剖细节显示与造影剂配合使用脂肪含量病变检测

T2加权成像参数设置：长TR（2000ms），长TE（80ms）图像特点：水分：高信号（亮），脂肪：中等信号应用：炎症、水肿、脱髓鞘病变显示

质子密度加权成像1中等对比度介于T1与T2之间2参数设置长TR（2000ms），短TE（30ms）3信号特点取决于组织中质子浓度4应用领域关节软骨病变，肌腱评估

对比度机制T1加权T2加权质子密度

常见组织的T1和T2值组织类型T1值(1.5T)T2值脑脊液2400ms160ms灰质920ms100ms白质780ms90ms脂肪260ms80ms肌肉870ms4