MRI检查技术第二章MRI原理蒋仁州电话讲解

MRI检查技术第二章MRI原理蒋仁州电话讲解

MRI检查技术第二章MRI原理

电话习目标：

1. 掌握：磁共振发生的基本条件，MR信号的产生及MR信号的空间定位。
2. 熟悉：质子弛豫过程；弛豫时间及期与信号强度的关系。
3. 了解：原子核的特性、K空间的概念及填充方式。
4. 学会：将磁共振成像原理与临床检查技术相结合。
5. 具有：缜密的逻辑思维和科学分析解决问题的能力。

第二章：MRI原理

第一节MR现象

MR现象的产生必需满足三个条件：

1. 具有磁矩的自旋原子核能够产生共振跃迁。
2. 稳定的静磁场。
3. 特定频率的射频脉冲。

第二章：MRI原理

一、原子核的特性

原子由原子核和核外电子构成。原子核不停地绕其自身轴旋转，称为“自旋”。原子核由质子和中子构成。质子带正电荷，随之旋转的电荷则产生电流，因此原子核具有磁性，其周围产生微波磁场，并具有磁矩。原子核自旋产生的磁场称为核磁。质子的自旋是产生磁共振现象的基础。

并非所有的原子核自旋均能产生核磁。当质子数和中子数是偶数时，这种原子核不能产生核磁。磁性原子核需要符合以下条件：

1. 中子和质子均为奇数；
2. 中子为奇数，质子为偶数；
3. 中子为偶数，质子为奇数。

正常情况下，物质中的磁偶极子呈不规则排列，相互抵消，不显磁性。

满足共振跃迁的原子核有百余种，现今MR成像的质子为1H，主要原因：

1. 水（H2O）和脂肪（-CH2）中都含有氢原子，人体的含水量在60%以上。
2. 1H旋磁比最大（42.58MHz/T），因而磁矩最大，信号最强。

二、磁场对原子核的作用

人体进入磁场中，自旋原子核其运动方式会从自旋运动转化为进动运动。进行磁场前人体无磁性，进主磁场后人体被磁化，产生一定的宏观磁化矢量。

磁场对原子核的作用

1. 磁化：物质在外磁场的作用下，在磁场方向上产生磁性的过程称为磁化。物质在磁场中被磁化产生磁性的能力，称为磁化率。氢质子在磁场中会产生两种排列方式：

• 与主磁场方向一致。（低能级质子）
• 与主磁场方向相反。（高能级质子）

由于能低级质子略多，因此产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。

磁场对原子核的作用

2. 拉莫尔进动

处于主磁场中的原子核，其磁矩并非按主磁场的方向进行排列，而是有一定夹角。原子核除了本身自旋外，其自旋轴以一定夹角绕主磁场方向旋进，类似陀螺样旋转运动。这种运动方式称为“进动”或“旋进”，即拉莫尔进动。进动与主磁场密切相关，主磁场越大，B0角度越小，B0方向上的磁矩越大，MR信号越强。

磁场对原子核的作用

3. 净宏观磁化矢量的形成

低能级的原子核自旋轴与主磁力线方向正向成角。高能级的原子核自旋轴与主磁力线方向反向成角。低能级原子核多于高能级原子核数，所以产生的宏观磁化矢量为纵向磁化矢量。宏观纵向磁化矢量大小与含质子数量呈正相关。质子密度越大，纵向磁化矢量越大。静磁场越大，低能级原子核数目增加，静磁场磁力线的夹角也会减小，所以宏观纵向磁化矢量也会增加。

第二章：MRI原理

三、MR现象

当静磁场中物质的原子核受到一定频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生其振跃迁，这种现象称为MR现象。

1. 射频脉冲的作用

• 使低能级的原子核吸收能量跃迁至高能级，即磁共振跃迁。
• 导致磁化矢量的变化，宏观纵向磁化矢量减小，宏观横向磁化矢量增加。

磁共振的条件：

• RF频率必须与拉莫尔频率一致。
• 方向与静磁场方向垂直。

三、MR现象

2. 磁共振现象后磁化矢量的变化

磁共振现象发生后，宏观纵向磁化矢量逐渐变小，宏观横向磁化矢量逐渐增加。

3. 章动

在射频脉冲作用前，形成的宏观磁化矢量指向Z轴方向，当RF作用时，宏观纵向磁化矢量方向不变，能量减小，而宏观横向磁化矢量逐渐增大且方向绕着Z轴方向不断旋转变化，致使运动轨迹为螺旋状，这种运动方式称为章动。

第二章：MRI原理

第一章：绪论

磁共振成像的命名由来

为了准确反映成像基础，突出无电离辐射损伤，并与使用放射性同位素的核医学区别，把“核磁共振成像（NMRI）”的N去掉，简称为“磁共振成像（MRI）”。

第一章：绪论

一、MR现象的发现及其生物领域的应用

（一）MR现象的发现

1946年布洛赫和岶塞尔分别发现在外加磁场的作用下，某些物质会发出一些频率的电磁波；在外加磁场的垂直方向施加一一定频率的电磁波，可使原子的进动角度增大，停止激励后，原子核恢复至激励前的状态，并发射电磁波，其频率与激励电磁波相同，这就是MR现象。最初主要用于研究物质的分子结构，对化学样品进行定性与定量分析。

（二）MR生物领域的应用

1. MR生物领域的初期应用

1967年进行活体动物实验，成功检测出动物体内氢、磷、氮的MR信号。

2. MR实验对动物组织的检测

1971年对已植入恶性肿瘤细胞的鼠进行MR实验，发现氢原子核的弛豫时间T1值在癌变中变长。

1971年利用磁共振波谱仪对鼠的正常和异常组织进行研究

第一章：绪论

二、MRI技术的诞生及其发展

（一）MRI技术的诞生

1. 水模氢质子MR图像

1973年，利用梯度场进行空间定位，获得了水模氢质子MR图像，成功获得了第一幅MR图像。

2. 人体磁共振图像

1975年获得一幅动物MR图像；1977年获得人体腕部及胸部MR图像。

（二）MRI技术的发展

1. MRI临床应用的起步

1980年用于疾病诊断的MRI设备研制成功，1981年完成全身MRI扫描，1983年第一台全身用MRI商业机问世，1989年，我国第一台MRI机在安科公司问世。

2. MRI技术的发展

随着计算机的飞速发展，加上MR能解决临床和科研领域的一些难题，MRI技术的发展非常迅速。

第一章：绪论

一、MRI技术特点

（一）MRI技术的优点

1. 不存在电离辐射
2. 不存在骨伪影，具有极佳的软组织分辨率。
3. 任意方向成像。
4. 直接进行血管成像
5. 多组织参数成像T1WI、T2WI、PDWI
6. 具有代谢、功能成像。

第二节MRI技术的特点及其应用评价

第一章：绪论

没有电离辐射损害

第一章：绪论

极佳的软组织分辨率

第一章：绪论

任意方位成像

第一章：绪论

多组织参数成像

第一章：绪论

直接进行血管成像（无需对比剂）

第一章：绪论

具有代谢、功能成像

第一章：绪论

第二节MRI技术的特点及其应用评价

一、MRI技术特点

（一）MRI技术的局限性

1. 成像速度慢
2. 对钙化和同皮质病灶不敏感。
3. 图像伪影多
4. 禁忌证多

第一章：绪论

扫描速度慢时间长

第一章：绪论

图像伪影多

第一章：绪论

检查禁忌证多

第一章：绪论

第一章：绪论

二、MRI技术的应用评价

（一）提供“超直观”的影像

1. 提供“超直观”的影像

不仅能直接得到横断面、矢状面、冠状面及任意方向的二维影像，而且还能进行高分辨率的三维采集。

2. 进行组织特异性成像

使用特殊的RF脉冲序列特异地显示水、脂肪、软骨及液体或某种病理组织等。

第一章：绪论

二、MRI技术的应用评价

（二）得到“多元性”的信息

1. 组织灌注信息
2. 组织扩散信息
3. 脑皮质功能定位
4. 电影成像
5. 磁共振波谱

MR灌注成像

第一章：绪论

MR扩散成像

第一章：绪论

脑皮质功能定位

第一章：绪论

磁共振波谱成像

第一章：绪论

第三节MRI检查安全性及生物学效应

一、MRI检查的安全性

（一）投射效应

概念：是指在强磁场作用下铁磁性物体从磁体以外的地方，以一定速度投向磁体，这种现象称为投射效应。

预防：

1. 建立一整套安全防范措施。
2. 树立安全意识。
3. 入口处安装金属探测器。
4. 设置明显警示标志。

第一章：绪论

（二）体内植入物

1. 体内植入物是指通过各种方方式植入体内并长期驻留体内的异物。

常见体内植入物有：心脏起搏器、人工心脏瓣膜、钢板、人工股骨头、节育环、弹片等。

根据植入物在磁场中的表现，一般可以将其分为铁磁性和非铁磁性两类。

铁磁性体内植入物受检者，一般不宜接受MRI检查。

非铁磁性体内植入物受检者，可能接受MRI检查；若植入物为金属可导致MRI图像出现金属伪影。

第一章：绪论

（二）体内植入物

2. 体内植入物的安全性

MRI系统对铁磁性植入物可能造成的影响：植入物的位置变化、植入物功能紊乱、被检体局部升温。

（1）心脏起搏器：静磁场和RF脉冲都可能干扰心脏起搏器的正常工作。

（2）金属植入物：除了潜在损害外，还可改变磁场均匀度形成金属伪影。因此检查前需询问体内有无植入物，若不明确，可以检查前先进行X线摄影或CT检查。

第一章：绪论

（三）制冷剂安全

超导型MR成像仪一般使用液氮或液氦做为制冷剂，当发生失超或容器受到猛烈撞击时，可能发生液氮或液氦泄漏。一般泄漏的液氮或液氦会通过专用管道排出。若意外进入磁体室内，可引起室内人员的冻伤或窒息。

第一章：绪论

（四）孕妇的MRI检查

MRI是一种安全的检查手段英国NRPB建议妊娠3个月以内的孕妇谨慎应用MRI检查。孕期工作人员对MRI电磁场的接触也应受到限制，活动范围在10高斯线以外。Gd-DTPA可以透过胎盘和血脑屏障进入胎儿体内，不主张孕妇使用MRI对比剂。

第一章：绪论

（五）幽闭恐惧症

概念：是指受检者所处的磁体孔洞较小，加之梯度场噪声较大，有些受检者可能出现焦虑、压抑、恐慌等严重心理反应，感到明显而持久的过度恐惧。

措施：

1. 使被检查者充分了解MRI检查的相关信息。
2. 允许一名家属或朋友进检查室陪同。
3. 使用MRI专用耳机播放音乐。
4. 改变体位或进床方向。
5. 使用置于头线圈上的反光镜以分散注意力。
6. 提高磁体间的照明度。
7. 在短而宽的磁体孔或开放型磁体中接受MR检查。

第一章：绪论

二、MRI系统的生物效应

（一）静磁场的生物效应

1. 温度效应：静磁场对哺乳动物体温的影响称为温度效应。静磁场基本不影响人体体温。

2. 磁流体动力学效应：是指处于静磁场中，心血管系统中的血流以及其它流动流体产生的生物效应。

（1）静态血磁效应：血液在静磁场中的沉积现象。由于血液流动，故静态血磁效应可能忽略不计。

（2）动态血磁效应：心血管系统在磁场中诱导出生物电位现象。超高场MRI检查过程中容易出现心律不齐或心率降低，因此，心脏病患者做MRI检查时应注意。

（3）心电图改变处于静磁场中的受检者其心电图将发生改变，主要表现为T波抬高。

3. 中枢神经系统效应

暴露在3.0T以下的静磁场中，中枢神经系统没有明显不良反应和生物学效应；4.0T以上会出现眩晕、恶心、头痛、口中异味等主观感觉。

第一章：绪论

二、MRI系统的生物效应

（二）梯度场的生物效应

MRI检查中，梯度磁场高速切换会导致梯度磁场强度的剧烈变化，并对人体产生一定影响。根据法拉第电磁定律，变化的磁场在导体中将产生诱导电流或感应电流；人体组织作为导体，当穿过它的磁通量发生变化时同样会产生感应电流并在人体内部构成回路。梯度场产生的这种感应电流是其生物效应的主要来源。诱导电流产生的生物学效应主要分两类，即热效应和非热效应。热效应非常轻微，可以忽略不计；非热效应包括心血管效应、磁致光幻视、周围神经刺激效应。

第一章：绪论

二、MRI系统的生物效应

（二）梯度场的生物效应

1. 心血管效应

感应电流直接刺激血管和心肌纤维等电敏感性细胞，使其发生去极化过程，引起心率不齐、心室或心房纤颤。

2. 磁致光幻视

在4.0T及以上超高场MRI设备的静磁场环境中，梯度感应电流作用于中枢神经系统可导致视觉磁致光幻视，又叫光幻视或磁幻视；是指在梯度场作用下受检者眼前出现闪光感或色环的现象。梯度停止后自动消失。

3. 周围神经刺激效应

感应电流刺激皮肤感觉神经或外周骨骼肌神经，受检者会表现为