磁共振成像原理流程圖演講人：日期:目錄02信號(hào)激發(fā)與采集01磁共振基礎(chǔ)概念03k空間與數(shù)據(jù)采集04圖像重建原理05流程圖展示06實(shí)際應(yīng)用與局限01磁共振基礎(chǔ)概念Chapter核自旋與磁場(chǎng)作用具有奇數(shù)質(zhì)子或中子的原子核（如氫原子核）存在固有自旋角動(dòng)量，產(chǎn)生微觀磁矩，使其在外加磁場(chǎng)中表現(xiàn)出定向排列特性。原子核自旋特性當(dāng)原子核置于靜磁場(chǎng)（B?）中時(shí)，其自旋狀態(tài)會(huì)分裂為不同能級(jí)（如平行或反平行于磁場(chǎng)方向），形成可觀測(cè)的磁化矢量。塞曼能級(jí)分裂大量原子核磁矩在磁場(chǎng)中統(tǒng)計(jì)性偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生與B?方向一致的凈磁化矢量（M?），這是磁共振信號(hào)的基礎(chǔ)來(lái)源。宏觀磁化矢量形成拉莫爾頻率原理進(jìn)動(dòng)頻率公式原子核磁矩在外磁場(chǎng)中繞磁場(chǎng)方向以拉莫爾頻率（ω?=γB?）進(jìn)動(dòng)，其中γ為旋磁比，是核種特異性常數(shù)（如氫核γ=42.58MHz/T）。共振條件匹配當(dāng)施加射頻脈沖（RF）的頻率與拉莫爾頻率一致時(shí)，原子核吸收能量發(fā)生能級(jí)躍遷，導(dǎo)致宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)（如90°或180°脈沖）。頻率-場(chǎng)強(qiáng)關(guān)聯(lián)拉莫爾頻率與主磁場(chǎng)強(qiáng)度嚴(yán)格正相關(guān)，這一特性被用于空間編碼（如梯度磁場(chǎng)下的頻率差異實(shí)現(xiàn)層面選擇）。射頻脈沖關(guān)閉后，受激原子核通過釋放能量回歸平衡態(tài)，磁化矢量在橫向平面衰減并感應(yīng)出電信號(hào)，其衰減速度由T?*弛豫時(shí)間決定。原子核進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象自由感應(yīng)衰減（FID）射頻脈沖使原子核進(jìn)動(dòng)相位同步，但隨后因磁場(chǎng)不均勻性或自旋-自旋相互作用導(dǎo)致相位分散，信號(hào)強(qiáng)度呈指數(shù)衰減。相位相干與失相縱向弛豫（T?）反映磁化矢量恢復(fù)至B?方向的時(shí)間常數(shù)，橫向弛豫（T?）表征橫向磁化矢量的衰減速度，兩者共同決定圖像對(duì)比度。弛豫機(jī)制分類02信號(hào)激發(fā)與采集Chapter射頻脈沖激發(fā)機(jī)制拉莫爾頻率匹配原理射頻脈沖頻率需與氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率（拉莫爾頻率）精確匹配，通過B1磁場(chǎng)施加特定時(shí)長(zhǎng)的射頻能量，使質(zhì)子磁矩發(fā)生偏轉(zhuǎn)（如90°或180°）。線圈發(fā)射特性射頻線圈的Q值、B1場(chǎng)均勻性及調(diào)諧/匹配電路性能決定了激發(fā)區(qū)域的均勻性，多通道相控陣線圈可支持并行激發(fā)技術(shù)（如GRAPPA）。脈沖序列參數(shù)設(shè)計(jì)射頻脈沖的幅度、持續(xù)時(shí)間及形狀（如矩形脈沖或sinc脈沖）直接影響激發(fā)帶寬和空間選擇性，需根據(jù)成像需求優(yōu)化SAR值（比吸收率）與激發(fā)效率。FID信號(hào)生成過程射頻脈沖關(guān)閉后，受激質(zhì)子磁矩在靜磁場(chǎng)B0中自由進(jìn)動(dòng)，橫向磁化分量Mxy呈指數(shù)衰減（T2*衰減），產(chǎn)生可檢測(cè)的電磁信號(hào)。自由感應(yīng)衰減物理模型FID信號(hào)被接收線圈捕獲后，經(jīng)前置放大、混頻降頻（基帶轉(zhuǎn)換）、模數(shù)轉(zhuǎn)換等步驟，最終形成復(fù)數(shù)形式的K空間原始數(shù)據(jù)。信號(hào)接收鏈路徑T2*衰減受主磁場(chǎng)不均勻性、組織磁敏感性差異及化學(xué)位移效應(yīng)共同影響，需通過回波技術(shù)（如梯度回波或自旋回波）補(bǔ)償信號(hào)損失。弛豫時(shí)間影響三維空間編碼原理通過X/Y/Z三軸梯度磁場(chǎng)（Gx,Gy,Gz）分別實(shí)現(xiàn)層面選擇（選層梯度）、頻率編碼（讀出梯度）及相位編碼，其線性磁場(chǎng)變化率（mT/m）決定空間分辨率。梯度磁場(chǎng)定位方法渦流補(bǔ)償技術(shù)梯度快速切換時(shí)產(chǎn)生的渦流會(huì)扭曲磁場(chǎng)，需采用預(yù)加重、主動(dòng)屏蔽或數(shù)字濾波等方法進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，確保定位精度。并行成像加速利用敏感度編碼（SENSE）或廣義自動(dòng)校準(zhǔn)部分并行采集（GRAPPA）技術(shù)，通過減少相位編碼步數(shù)縮短掃描時(shí)間，同時(shí)依賴陣列線圈的空間敏感性信息重建圖像。03k空間與數(shù)據(jù)采集Chapterk空間填充策略笛卡爾采樣采用標(biāo)準(zhǔn)的矩形網(wǎng)格填充方式，數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單且重建算法成熟，適用于常規(guī)臨床掃描，但掃描時(shí)間較長(zhǎng)。徑向采樣以放射狀軌跡填充k空間，具有運(yùn)動(dòng)偽影抑制能力強(qiáng)的特點(diǎn)，常用于動(dòng)態(tài)成像或心臟成像，但重建算法復(fù)雜度較高。螺旋采樣通過螺旋形軌跡快速覆蓋k空間，顯著縮短掃描時(shí)間，適用于快速成像或功能性MRI，但對(duì)梯度系統(tǒng)性能要求較高。并行成像技術(shù)利用多通道線圈的空間敏感性信息，通過欠采樣k空間并結(jié)合重建算法加速掃描，大幅提高成像速度但可能降低信噪比。信號(hào)采樣技術(shù)單回波采樣每個(gè)激發(fā)脈沖后僅采集一個(gè)回波信號(hào)，適用于T1加權(quán)成像等簡(jiǎn)單序列，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定但效率較低。多回波采樣單次激發(fā)后采集多個(gè)回波信號(hào)，可同時(shí)獲取不同TE下的圖像信息，顯著提高掃描效率，常用于T2*加權(quán)成像或磁敏感加權(quán)成像?；夭ㄆ矫娉上瘢‥PI）超快速k空間填充技術(shù)，單次激發(fā)即可完成整個(gè)k空間采集，適用于功能性MRI或擴(kuò)散成像，但對(duì)硬件要求極高且易產(chǎn)生幾何畸變。分段采集技術(shù)將k空間分為多個(gè)段進(jìn)行采集，適用于大范圍或高分辨率掃描，可減少運(yùn)動(dòng)偽影但可能延長(zhǎng)總掃描時(shí)間。相位編碼與頻率編碼1234相位編碼梯度在空間編碼過程中施加梯度磁場(chǎng)，使不同位置的質(zhì)子產(chǎn)生相位差異，其強(qiáng)度和時(shí)間決定k空間的行位置，是控制圖像空間分辨率的關(guān)鍵參數(shù)。在信號(hào)采集時(shí)施加的讀出梯度，使不同位置的質(zhì)子產(chǎn)生頻率差異，直接決定k空間的列填充，需與采樣帶寬精確匹配以避免圖像失真。頻率編碼梯度雙向編碼技術(shù)同時(shí)利用相位和頻率編碼進(jìn)行多維空間定位，可顯著提高成像速度，常用于三維容積成像或快速動(dòng)態(tài)掃描?？勺儙捑幋a根據(jù)成像需求動(dòng)態(tài)調(diào)整頻率編碼帶寬，在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)優(yōu)化掃描參數(shù)，常用于脂肪抑制或高分辨率成像。04圖像重建原理Chapter頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換傅里葉變換能夠分離信號(hào)的相位和頻率成分，從而精確解析不同空間位置的磁共振信號(hào)，確保圖像的空間定位準(zhǔn)確性。相位與頻率分離快速算法優(yōu)化采用快速傅里葉變換（FFT）加速計(jì)算，顯著提升重建效率，滿足臨床實(shí)時(shí)成像的需求，同時(shí)減少計(jì)算資源消耗。磁共振原始信號(hào)（K空間數(shù)據(jù)）通過傅里葉變換從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，將空間編碼的頻率信息還原為圖像的空間分布，這是圖像重建的核心數(shù)學(xué)工具。傅里葉變換應(yīng)用重建算法步驟迭代重建技術(shù)針對(duì)欠采樣數(shù)據(jù)（如壓縮感知MRI），采用迭代算法（如共軛梯度法）通過稀疏約束和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)逐步逼近真實(shí)圖像，減少掃描時(shí)間。濾波與加權(quán)處理應(yīng)用窗函數(shù)（如Hamming窗）或?yàn)V波技術(shù)（如反投影濾波）對(duì)K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，抑制噪聲并增強(qiáng)有效信號(hào)的信噪比（SNR）。K空間數(shù)據(jù)填充根據(jù)梯度磁場(chǎng)編碼規(guī)則，將采集的原始信號(hào)填充至K空間矩陣，確保數(shù)據(jù)完整性和對(duì)稱性，避免圖像偽影（如Gibbs偽影）。圖像分辨率控制矩陣大小與視野（FOV）調(diào)整增大圖像矩陣（如512×512）或縮小FOV可提高空間分辨率，但需平衡信噪比和掃描時(shí)間，避免因體素過小導(dǎo)致信號(hào)衰減。梯度場(chǎng)強(qiáng)與帶寬優(yōu)化部分傅里葉與并行成像技術(shù)提高梯度場(chǎng)強(qiáng)或減小接收帶寬可減少像素間距，提升分辨率，但需注意渦流效應(yīng)和SAR值（特定吸收率）的安全限制。通過部分K空間采集（如半傅里葉）或并行成像（如SENSE、GRAPPA）縮短掃描時(shí)間，同時(shí)利用多通道線圈的空間敏感性維持分辨率。12305流程圖展示Chapter主磁場(chǎng)建立射頻脈沖激發(fā)通過超導(dǎo)磁體產(chǎn)生強(qiáng)靜態(tài)磁場(chǎng)（通常為1.5T或3T），使人體內(nèi)氫原子核自旋方向與磁場(chǎng)方向一致，形成宏觀磁化矢量。發(fā)射特定頻率的射頻脈沖（如90°或180°脈沖），擾動(dòng)氫原子核自旋狀態(tài)，導(dǎo)致宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)并產(chǎn)生橫向磁化。步驟分解圖示梯度磁場(chǎng)應(yīng)用通過X/Y/Z軸梯度線圈施加空間編碼梯度磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置氫原子核的頻率或相位編碼，為圖像重建提供定位信息。信號(hào)接收與采集關(guān)閉射頻脈沖后，氫原子核弛豫過程中釋放自由感應(yīng)衰減（FID）信號(hào)，由接收線圈捕獲并傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。反映氫原子核將能量釋放給周圍晶格并恢復(fù)縱向磁化的過程，T1時(shí)間與組織類型相關(guān)（如脂肪T1短、腦脊液T1長(zhǎng)）。描述氫原子核間相位一致性喪失導(dǎo)致橫向磁化衰減的現(xiàn)象，T2時(shí)間受局部磁場(chǎng)不均勻性影響（如肌肉T2短、水T2長(zhǎng)）。原始信號(hào)數(shù)據(jù)按特定軌跡填充至K空間（如笛卡爾或螺旋填充），其中心區(qū)域決定圖像對(duì)比度，邊緣區(qū)域決定空間分辨率。對(duì)K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行二維或三維傅里葉變換，將頻率/相位編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為空間分布圖像，生成不同加權(quán)（T1/T2/PD）的斷層影像。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)說(shuō)明縱向弛豫（T1）橫向弛豫（T2）K空間填充傅里葉變換重建動(dòng)態(tài)過程模擬基于血氧水平依賴（BOLD）效應(yīng)，捕捉神經(jīng)元活動(dòng)引發(fā)的局部血流變化，生成腦功能區(qū)激活圖譜。功能性MRI（fMRI）擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）心臟電影成像通過靜脈注射釓對(duì)比劑，連續(xù)采集多期圖像，量化組織灌注參數(shù)（如Ktrans、Ve），用于腫瘤血管生成評(píng)估。施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)，檢測(cè)水分子布朗運(yùn)動(dòng)受限程度（表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC），用于急性腦梗死或腫瘤鑒別診斷。采用心電圖門控技術(shù)，按心動(dòng)周期分段采集圖像并重建動(dòng)態(tài)視頻，評(píng)估心臟結(jié)構(gòu)與功能（如射血分?jǐn)?shù)、室壁運(yùn)動(dòng)）。動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)（DCE）06實(shí)際應(yīng)用與局限Chapter臨床診斷流程需詳細(xì)詢問患者病史，排除體內(nèi)金屬植入物、心臟起搏器等絕對(duì)禁忌證，指導(dǎo)患者去除金屬飾品并更換檢查服，確保檢查安全性。01040302患者準(zhǔn)備與禁忌篩查根據(jù)臨床需求（如腦卒中、腫瘤或關(guān)節(jié)損傷）選擇T1/T2加權(quán)、彌散加權(quán)（DWI）或灌注成像（PWI）序列，調(diào)整TR/TE、層厚及FOV等參數(shù)以優(yōu)化圖像對(duì)比度與分辨率。序列選擇與參數(shù)優(yōu)化注射釓對(duì)比劑后實(shí)施動(dòng)態(tài)掃描，用于腫瘤血供評(píng)估；結(jié)合fMRI或DTI技術(shù)可實(shí)現(xiàn)腦功能區(qū)定位及白質(zhì)纖維束追蹤，輔助神經(jīng)外科手術(shù)規(guī)劃。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)與功能成像影像科醫(yī)師需結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢查、病史及臨床癥狀進(jìn)行綜合判讀，必要時(shí)通過PACS系統(tǒng)與臨床科室開展多學(xué)科會(huì)診（MDT），提高診斷準(zhǔn)確性。多學(xué)科聯(lián)合診斷運(yùn)動(dòng)偽影因患者自主運(yùn)動(dòng)（如呼吸、吞咽）或非自主震顫導(dǎo)致圖像模糊，可通過呼吸門控、飽和帶技術(shù)或縮短掃描時(shí)間（如TurboSE序列）緩解，嚴(yán)重者需重新掃描。卷褶偽影FOV小于解剖結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)視野外信號(hào)重疊，擴(kuò)大FOV、啟用過采樣（oversampling）或調(diào)整相位編碼方向可消除，3D掃描時(shí)需注意層間干擾偽影。磁化率偽影金屬修復(fù)體或氣體-組織界面處因磁化率差異引發(fā)局部磁場(chǎng)畸變，表現(xiàn)為信號(hào)丟失或幾何變形，采用SE序列替代GRE、減小體素尺寸或使用并行成像技術(shù)可部分改善?；瘜W(xué)位移偽影水-脂界面因進(jìn)動(dòng)頻率差導(dǎo)致的像素錯(cuò)位，在脊柱或腹部成像中尤為明顯，使用脂肪抑制技術(shù)或增加接收帶寬可有效減少此類偽影。常見偽影分析安全注意事項(xiàng)強(qiáng)磁場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理檢查室需明確標(biāo)注5高斯線范圍，嚴(yán)禁攜帶鐵磁性物品進(jìn)入；對(duì)急診患者需優(yōu)先排除體內(nèi)金屬異物（如彈片、動(dòng)脈瘤夾），避免發(fā)生拋射傷害或熱損傷。梯度場(chǎng)與SAR值監(jiān)控快速切換的梯度磁場(chǎng)可能誘發(fā)周圍神