核磁共振成像第1頁(yè)/共61頁(yè)第五節(jié)磁共振信號(hào)與加權(quán)圖像自由感應(yīng)衰減信號(hào)(FID)自旋回波信號(hào)(SE)梯度回波信號(hào)（GrE）一般不用FID信號(hào)來(lái)重建圖像，原因是：1，信號(hào)的較大幅度部分被掩蓋在900射頻之內(nèi)；2，線圈發(fā)射和接受通路之間來(lái)不及切換；較為常用的也是最早用以進(jìn)行磁共振圖像重建的信號(hào)，只是需要多施加一次1800RF脈沖，回波時(shí)間較長(zhǎng)較新的可大大縮短磁共振掃描時(shí)間的用以重建圖像的信號(hào)，又稱場(chǎng)回波可獲取的三種磁共振信號(hào)第2頁(yè)/共61頁(yè)一、自由感應(yīng)衰減信號(hào)自由進(jìn)動(dòng)：是指射頻場(chǎng)作用停止后磁化強(qiáng)度矢量M的進(jìn)動(dòng)。自由衰減信號(hào)（freeinductiondecaysignal,FIR）指的是在探測(cè)線圈中感應(yīng)出的自由進(jìn)動(dòng)，又叫自由進(jìn)動(dòng)衰減。FID是NMR的信號(hào)源。自由感應(yīng)衰減(FID):信號(hào)隨著時(shí)間而消失（類似于阻尼震蕩信號(hào)），但頻率不變。第3頁(yè)/共61頁(yè)M的z分量被B0所淹沒(méi)，因此，F(xiàn)ID只能在xoy面上檢測(cè)。

的形成可以看作是由原先相位均勻分布的核磁矩向某一方向集中而使矢量加強(qiáng)的結(jié)果。當(dāng)外施交變磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，磁化矢量M處于。此時(shí)在x-y平面上有分量

在固定坐標(biāo)系中以的角速度繞z軸在x-y平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。第4頁(yè)/共61頁(yè)FID信號(hào)（電壓）為為真空磁導(dǎo)。FID信號(hào)正比于磁化強(qiáng)度矢量的橫向分量。FID信號(hào)確實(shí)反映了宏觀磁化強(qiáng)度矢量M的變化。

若在x-y平面內(nèi)置一檢測(cè)線圈，則將以每秒的頻率切割線圈，從而產(chǎn)生電勢(shì)。這就是檢測(cè)到的FID信號(hào)。第5頁(yè)/共61頁(yè)第6頁(yè)/共61頁(yè)二、自旋回波信號(hào)900射頻結(jié)束瞬間，磁化翻轉(zhuǎn)到橫向，開(kāi)始橫向弛豫，即散相靜止磁場(chǎng)中，宏觀磁化與場(chǎng)強(qiáng)方向一致，縱向宏觀磁化最大施加900射頻脈沖，縱向磁化翻轉(zhuǎn)到橫向，橫向磁化最大施加1800射頻脈沖，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)反向,相位開(kāi)始重聚經(jīng)過(guò)與散相相同的時(shí)間后,相位重聚完全,橫向磁化再次達(dá)到最大值此時(shí)的線圈感應(yīng)信號(hào)即為自旋回波信號(hào)自旋回波信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程第7頁(yè)/共61頁(yè)基本SE序列的序列結(jié)構(gòu)重復(fù)時(shí)間回波時(shí)間第8頁(yè)/共61頁(yè)梯度回波（gradientecho，GRE）序列梯度回波技術(shù)中，激勵(lì)脈沖小于90°，翻轉(zhuǎn)脈沖不使用180°，取而代之的是一對(duì)極性相反的去相位梯度磁場(chǎng)及相位重聚梯度磁場(chǎng)，其方法與SE中頻率編碼方向的去相位梯度及讀出梯度的相位重聚方法相同。由于小翻轉(zhuǎn)角使縱向磁化快速恢復(fù)，縮短了重復(fù)時(shí)間TR，也不會(huì)產(chǎn)生飽和效應(yīng)，故使數(shù)據(jù)采集周期變短，提高了成像速度。其最常用的兩個(gè)序列是快速小角度激發(fā)（fastlowangleshot，F(xiàn)LASH）序列和穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)快速成像（fastimagingwithsteadystateprecession，F(xiàn)ISP）序列。第9頁(yè)/共61頁(yè)三、梯度回波(GRE)信號(hào)梯度回波序列縮短掃描時(shí)間分析圖使用α脈沖而非900脈沖,使縱向磁化弛豫加快,極大減少TR時(shí)間使用翻轉(zhuǎn)梯度產(chǎn)生回波而非180°脈沖,從而允許最短的TE時(shí)間,給縮短TR帶來(lái)空間梯度回波(GradientEcho)第10頁(yè)/共61頁(yè)梯度回波產(chǎn)生過(guò)程質(zhì)子在反向梯度下加速散相反向梯度正向梯度(又稱重聚梯度)梯度翻轉(zhuǎn),進(jìn)動(dòng)反向相位重聚過(guò)程相位重聚完成,橫向磁化達(dá)到最大,此時(shí)感應(yīng)的信號(hào)即為梯度回波信號(hào)第11頁(yè)/共61頁(yè)序列參數(shù)對(duì)圖像權(quán)重的影響T1-90°脈沖和180°脈沖的間隔時(shí)間T2-自旋-自旋相互作用的時(shí)間常數(shù)TE-回波時(shí)間TR-序列重復(fù)時(shí)間TextTR對(duì)T1權(quán)重的影響TR越長(zhǎng),T1權(quán)重越小TR越短,T1權(quán)重越大TE對(duì)T2權(quán)重的影響TE越長(zhǎng),T2權(quán)重越大TE越短,T2權(quán)重越小第12頁(yè)/共61頁(yè)長(zhǎng)TR,長(zhǎng)TE,T2加權(quán)像序列:FSE4000/13010mmTFOV:250mmTR:4000msTE:130ms層面:橫斷面NSA:2采集矩陣:256*192計(jì)算矩陣:256*256第13頁(yè)/共61頁(yè)短TR,短TE,T1加權(quán)像序列:SE350/1610mmTFOV:250mmTR:350msTE:16ms層面:橫斷面NSA:2采集矩陣：256*192計(jì)算矩陣：256*256第14頁(yè)/共61頁(yè)四、NMR信號(hào)強(qiáng)度及其影響因素1組織中的濃度MRI只限于氫核成像。磁共振圖像又稱質(zhì)子圖。NMR信號(hào)強(qiáng)度與每個(gè)體素中磁性核的量（即它在組織中的濃度成）正比。2磁場(chǎng)的均勻性3磁場(chǎng)的均勻性第15頁(yè)/共61頁(yè)第六節(jié)磁共振圖像重建基本概念：像素：組成灰度數(shù)字圖像的基本單元。體素：像素對(duì)應(yīng)人體內(nèi)的位置。像素灰度信息：對(duì)應(yīng)體素的檢測(cè)信息的強(qiáng)度。不同成像手段進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)的手段不同對(duì)磁共振而言,實(shí)現(xiàn)像素與體素對(duì)應(yīng)的手段是施加三個(gè)維度上的梯度磁場(chǎng)。不同成像手段的檢測(cè)信息不同第16頁(yè)/共61頁(yè)一、傅立葉變換一維傅里葉變換：利用傅里葉變換可對(duì)不同函數(shù)的頻率進(jìn)行分解。在MRI中，為了對(duì)一定共振頻率范圍內(nèi)的質(zhì)子都進(jìn)行激發(fā)，必須使用時(shí)域內(nèi)的矩形脈沖作為激勵(lì)的能量。傅里葉反變換：第17頁(yè)/共61頁(yè)MRI中常用的傅立葉變換

越短，它覆蓋的頻率范圍就越寬。1.矩形脈沖第18頁(yè)/共61頁(yè)矩形脈沖寬度無(wú)限窄2.δ脈沖第19頁(yè)/共61頁(yè)傅立葉變換的波形分析法第20頁(yè)/共61頁(yè)第21頁(yè)/共61頁(yè)第22頁(yè)/共61頁(yè)傅立葉變換的作用復(fù)雜的時(shí)間域信號(hào)簡(jiǎn)單的頻率域信號(hào)傅立葉變換Amplitude第23頁(yè)/共61頁(yè)二、梯度場(chǎng)的模型梯度斜率越大，系統(tǒng)性能越好第24頁(yè)/共61頁(yè)1.梯度磁場(chǎng)的產(chǎn)生拉莫爾方程（Larmorequation）：改變磁場(chǎng)就可改變共振頻率。

又叫梯度磁場(chǎng)，是指沿直角坐標(biāo)系某坐標(biāo)方向呈線性變化的磁場(chǎng)?？臻g定位：在主磁場(chǎng)上疊加一個(gè)變化的小磁場(chǎng)，從而使成像層面上各處的磁場(chǎng)得以改變。

第25頁(yè)/共61頁(yè)在Z方向疊加的強(qiáng)度隨Z變化的磁場(chǎng)，叫Z方向梯度場(chǎng)；在X方向疊加的強(qiáng)度隨X變化的磁場(chǎng)，叫X方向梯度場(chǎng);在Y方向疊加的強(qiáng)度隨X變化的磁場(chǎng)，叫Y方向梯度場(chǎng);NSB0B0ZB0+B(z)0NSB0B0XB0+B(x)0NSB0B0YB0+B(Y)0三個(gè)基本梯度場(chǎng)第26頁(yè)/共61頁(yè)人體的三面示意圖橫斷面冠狀面矢狀面第27頁(yè)/共61頁(yè)空間的三維水平磁場(chǎng)垂直磁場(chǎng)B0（Z）B0(Z)一般常導(dǎo)和超導(dǎo)磁體產(chǎn)生水平磁場(chǎng)，水平方向（人體長(zhǎng)軸）為Z方向一般永磁體產(chǎn)生垂直磁場(chǎng)，垂直方向?yàn)閆方向，人體長(zhǎng)軸一般定義為X方向YZXZXY第28頁(yè)/共61頁(yè)2.梯度場(chǎng)與主磁場(chǎng)的疊加梯度場(chǎng)的大小和方向均可改變。主磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其大小和方向是固定不變的。

中心的場(chǎng)強(qiáng)總為零，與疊加后，磁體中心的場(chǎng)強(qiáng)不變。第29頁(yè)/共61頁(yè)3.梯度場(chǎng)及其作用體素定位：MRI成像時(shí)，體素發(fā)出的NMR信號(hào)的強(qiáng)度被轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像中像素的亮度。第30頁(yè)/共61頁(yè)為了得到任意層面的空間信息，MRI系統(tǒng)在x,y,z

三個(gè)坐標(biāo)方向均使用梯度磁場(chǎng)(Gx,Gy,Gz

梯度)，分別用相互垂直的三個(gè)梯度線圈產(chǎn)生。第31頁(yè)/共61頁(yè)4.三個(gè)梯度場(chǎng)的使用1.選擇掃描層面：一般由層面選擇梯度來(lái)完成。2.用其余兩個(gè)梯度定位：在二維傅里葉成像中，即為頻率編碼和相位編碼，解碼后即得檢測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。3.對(duì)所確定的空間點(diǎn)的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的空間體素發(fā)出NMR信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)便得到了所需的圖像對(duì)比度。第32頁(yè)/共61頁(yè)MRI空間坐標(biāo)的建立是由三維梯度磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。將來(lái)自每個(gè)體素的NMR信號(hào)與來(lái)自其他體素的信號(hào)分離的方法：層面選擇

空間編碼空間坐標(biāo)三、磁共振圖像重建第33頁(yè)/共61頁(yè)

1.層面選擇

MRI的層面選擇是通過(guò)三維梯度的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。任意斜面成像，其層面的確定要兩個(gè)或三個(gè)梯度的共同作用。層面的選擇采用的是選擇性激勵(lì)的原理：選擇性激勵(lì)（selectiveexcitation）：指用一個(gè)有限頻寬（窄帶）的射頻脈沖僅對(duì)共振頻率在該頻帶范圍的質(zhì)子進(jìn)行共振激發(fā)的技術(shù)。Gz

或GyGy或GzGx矢狀面Gz或GxGx或GzGy冠狀面Gy

或GxGx或GyGz橫軸面層面方向頻率編碼梯度相位編碼梯度層面選擇梯度第34頁(yè)/共61頁(yè)在Z方向疊加梯度場(chǎng)可以選擇層面，RF的頻帶寬度與梯度強(qiáng)度共同決定層厚。

選層梯度Gs層厚與梯度強(qiáng)度成反相關(guān)層厚與射頻頻寬成正相關(guān)第35頁(yè)/共61頁(yè)以橫軸位成像為例—選Gz作為選層梯度第36頁(yè)/共61頁(yè)第37頁(yè)/共61頁(yè)選層過(guò)程層面內(nèi)所有質(zhì)子的共振頻率均相同（稱為自選面），垂直于z軸的所有層面的共振頻率均不同在z向施加梯度后，沿z軸各層面上質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率為：用窄帶脈沖進(jìn)行激發(fā)，實(shí)現(xiàn)每次只激發(fā)一層。在進(jìn)行選擇性激勵(lì)時(shí)多用sinc函數(shù)，在非選擇性激勵(lì)時(shí)常使用很窄的方波123第38頁(yè)/共61頁(yè)第39頁(yè)/共61頁(yè)2.相位補(bǔ)償脈沖在選層梯度脈沖后施加一相反的梯度脈沖，稱為180°相位重聚焦梯度（rephasinggradient）。這樣補(bǔ)償信號(hào)幅度由于層面內(nèi)質(zhì)子群進(jìn)動(dòng)的相位發(fā)散導(dǎo)致的信號(hào)幅度的降低。相位重聚梯度脈沖又叫相位補(bǔ)償脈沖，持續(xù)時(shí)間約1s，目的導(dǎo)致層面內(nèi)質(zhì)子的相位相干。第40頁(yè)/共61頁(yè)3.層面內(nèi)信號(hào)的定位對(duì)MRI線圈內(nèi)得到的復(fù)合共振信號(hào)（由成像層面內(nèi)所有質(zhì)子同時(shí)發(fā)出）加以分辨。平面定位梯度：相位編碼梯度頻率編碼梯度相位編碼梯度：在y方向上提供了體素的識(shí)別信息。頻率編碼梯度：在x方向上提供了體素的識(shí)別信息。第41頁(yè)/共61頁(yè)設(shè)Gx和Gy分別為頻率編碼和相位編碼梯度，同時(shí)設(shè)Gx和Gy分別位于圖像矩陣的行和列方向。nx和ny分別為矩陣的列數(shù)和行數(shù)。第42頁(yè)/共61頁(yè)相位編碼相位編碼（phaseencoding）：利用相位編碼梯度磁場(chǎng)造成質(zhì)子有規(guī)律的進(jìn)動(dòng)相位差，用此相位差來(lái)標(biāo)定體素空間位置的方法。相位編碼梯度工作于脈沖狀態(tài)，有多少個(gè)數(shù)據(jù)采集周期，該梯度就接通多少次。在Gy作用期間，體素所發(fā)出的RF信號(hào)并不利用。因此，相位編碼梯度又叫準(zhǔn)備梯度。相位編碼用來(lái)識(shí)別行與行之間體素的位置。第43頁(yè)/共61頁(yè)1.v1，v2和v3分別表示相位編碼方向上三個(gè)相鄰的體素。2.開(kāi)始有相同的相位，并以相同的頻率進(jìn)動(dòng)。3.相位編碼梯度Gy開(kāi)啟。

該方向上磁化強(qiáng)度矢量將以不同頻率進(jìn)動(dòng)，公式：越大，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)越快。編碼過(guò)程相位編碼梯度持續(xù)時(shí)間ty后，該方向上體素的進(jìn)動(dòng)相位為：產(chǎn)生的相位差為：4.在t=ty時(shí)刻，相位編碼梯度關(guān)斷。此時(shí)進(jìn)動(dòng)頻率逐漸恢復(fù)至原頻率，但進(jìn)動(dòng)相位差被保留。這就是相位編碼的所謂“相位記憶（phasememory）”功能。第44頁(yè)/共61頁(yè)圖示：第45頁(yè)/共61頁(yè)加入相位編碼梯度(Gp),沿Y方向的質(zhì)子在進(jìn)動(dòng)相位上呈現(xiàn)線性關(guān)系,將采集信號(hào)經(jīng)傅立葉變換后,可以得到Y(jié)向位置與相位的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。施加GP,質(zhì)子沿Y向所受磁場(chǎng)線性,進(jìn)動(dòng)頻率線性,相位線性Gp結(jié)束后,Y向磁場(chǎng)均勻,質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率一致,但線性相位保留下來(lái),并與Y向位置一一對(duì)應(yīng)Gp施加之前,質(zhì)子沿Y向進(jìn)動(dòng)頻率相位均相同第46頁(yè)/共61頁(yè)頻率編碼：利用梯度磁場(chǎng)造成相關(guān)方向上個(gè)磁化矢量進(jìn)動(dòng)頻率的不同，并以此為根據(jù)來(lái)標(biāo)記體素的空間位置。與y軸平行的各列體素的進(jìn)動(dòng)頻率為：頻率編碼第47頁(yè)/共61頁(yè)頻率編碼梯度(Gro)使沿X向質(zhì)子所處磁場(chǎng)線性變化,從而共振頻率線性變化,將采集信號(hào)經(jīng)傅立葉變換后即可得到頻率與X方向位置的線性一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。成像層面的X向位置采集信號(hào)經(jīng)傅立葉變換后的頻譜二者一一對(duì)應(yīng)第48頁(yè)/共61頁(yè)梯度回波脈沖序列RF:Gs:Gp:Gro:SIG:相位編碼梯度,需要反復(fù)施加128次,且幅度線性變化第49頁(yè)/共61頁(yè)四、小結(jié)MRI線圈中接收到的信號(hào)是受激層面內(nèi)個(gè)體素所產(chǎn)生的NMR信號(hào)的總和。在二維成像技術(shù)中，由于相位編碼梯度和頻率編碼梯度共同作用，各相鄰體素產(chǎn)生的信號(hào)在頻率和相位上均存在細(xì)微的差別。這種差別表現(xiàn)在相位編碼方向上就是進(jìn)動(dòng)相位的不同，表現(xiàn)在頻率編碼方向上就是進(jìn)動(dòng)頻率的不同。通過(guò)二維傅里葉變換，就可使以頻率和相位表示的差別轉(zhuǎn)換為體素空間位置的差別。第50頁(yè)/共61頁(yè)第七節(jié)磁共振成像法簡(jiǎn)述MRI是一種低靈敏度、高噪聲的成像技術(shù)新的成像方法層出不窮舊的成像方法日趨完善第51頁(yè)/共61頁(yè)一、成像法及其分類根據(jù)信號(hào)的獲取形式，MRI成像法可以分為：

點(diǎn)成像、線成像、面成像、體成像第52頁(yè)/共61頁(yè)點(diǎn)成像法—

對(duì)每個(gè)體素的NMR信號(hào)逐一地進(jìn)行測(cè)量的成像方法主要有敏感點(diǎn)法。2.線成像法—

一次采集一條掃描線數(shù)據(jù)的成像方法主要有：多敏感點(diǎn)成像法、線掃描以及多線掃描成像法。優(yōu)缺點(diǎn)：點(diǎn)線法比較簡(jiǎn)單，但信噪比(SNR)較低，成像時(shí)間長(zhǎng)，基本被淘汰。3.面成像法—

一次性獲得整個(gè)平面信息的成像方法主要有自旋回波平面成像等。優(yōu)缺點(diǎn)（回波成像）：成像時(shí)間最短，信噪比高。4.三維體積成像法—

在三維成像中不使用選層梯度，其選層空間定位由第二個(gè)相位編碼梯度來(lái)完成該相位編碼梯度的步數(shù)決定圖像重建時(shí)成像容積內(nèi)可劃分的層面數(shù)。優(yōu)缺點(diǎn)：信噪比高，但耗時(shí)。第53頁(yè)/共61頁(yè)二、磁共振圖像的品質(zhì)因素衡量圖像的3個(gè)重要指標(biāo)信噪比對(duì)比度分辨率第54頁(yè)/共61頁(yè)（一）對(duì)比度在MRI中，圖像對(duì)比度是組織體素的NMR信號(hào)不同而形成的。組織對(duì)比度：磁共振成像的目的，就是通過(guò)圖像處理的方法，準(zhǔn)確無(wú)誤地產(chǎn)生可見(jiàn)的圖像對(duì)比度。第55頁(yè)/共61頁(yè)（二）信噪比信噪比（SNR或S/N，signaltonoiseratio）是信號(hào)幅度與噪聲幅度的比值。信噪比是衡量圖像質(zhì)量最重要的指標(biāo)。任何增加信號(hào)強(qiáng)度或減小噪聲水平的措施，均可使SNR提高，SNR的提高，即可加快掃描速度，又能提高圖像的空間分辨率。MRI是一種靈敏度極低的技術(shù)。盡可能提高SNR，是所有MRI設(shè)備制造商所