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MRI成像基本原理

时间:2009-01-21  来源:影像园  作者:hyc3140复制分享】【讨论-纠错】【举报

   所有含奇数质子的原子核均在其自旋过程中产生自旋磁动量,也称核磁矩,它具有方向性和力的效应,故以矢量来描述。核磁矩的大小是原子核的固有特性,它决定MRI信号的敏感性。氢的原子核最简单,只有单一的质子,故具有最强的磁矩,最易受外来磁场的影响,并且氢质于在人体内分布最广,含量最高,因此医用MRI均选用H为靶原子核。人体内的每一个氢质子可被视作为一个小磁体,正常情况下,这些小磁体自旋轴的分布和排列是杂乱无章的,若此时将人体置人在一个强大磁场中,这些小磁体的自旋轴必须按磁场磁力线的方向重新排列。此时的磁矩有二种取向:大部分顺磁力线排列,它们的位能低,状态稳;小部分逆磁力线排列,其位能高。两者的差称为剩余自旋,由剩余自旋产生的磁化矢量称为净磁化矢量,亦称为平衡态宏观磁场化矢量M0。在绝对温度不变的情况下,两种方向质子的比例取决于外加磁场强度。B13影像园XCTMR.com
    在MR的坐标系中,顺主磁场方向为Z轴或称纵轴,垂直于主磁场方向的平面为XY平面或称水平面,平衡态宏观磁化矢量M。此时绕Z轴以Larmor频率自旋,如果额外再对M0施加一个也以Larmor频率的射频脉冲,使之产生共振,此时M0就会偏离Z轴向XY平面进动,从而形成横向磁化矢量,其偏离Z轴的角度称为翻转角。翻转角的大小由射频脉冲的大小来决定,能使M翻转90”至XY平面的脉冲称之为90度脉冲。在外来射频脉冲的作用下M0除产生横向磁化矢量外,这些质子同向进动,相位趋向一致。B13影像园XCTMR.com
    当外来射频脉冲停止后,由M0产生的横向磁化矢量在晶格磁场(环境磁场)作用下,将由XY平面逐渐回复到Z轴,同时以射频信号的形式放出能量,其质子自旋的相位一致性亦逐渐消失,并恢复到原来的状态。这些被释放出的,并进行了三维空间编码的射频信号被体外线圈接收,经计算机处理后重建成图像。B13影像园XCTMR.com
    在MRI的应用中常涉及如下几个概念:B13影像园XCTMR.com
    弛豫B13影像园XCTMR.com
    弛豫是指磁化矢量恢复到平衡态的过程,磁化矢量越大,MRI探测到的信号就越强。B13影像园XCTMR.com
    纵向弛豫B13影像园XCTMR.com
    纵向弛豫又称自旋一晶格弛豫(sPin-lattice relaxatlon)或 T1弛豫,是指90”射频脉冲停止后纵向磁 化逐渐恢复至平衡的过程,亦就是M0由XY平面回复到Z轴的过程(图4-2)。其快慢用时间常数T2来表示,可定义为纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的63%所经历的弛豫时间。不同的组织T1时间不同,其纵向弛豫率的快慢亦不同,故产生了MR信号强度上的差别,它们在图像上则表现为灰阶的差别。由于纵向弛豫是高能原子核释放能量恢复至低能态的过程,所以它必须通过有效途径将能量传递至周围环境(晶格)中去,晶格是影响其弛豫的决定因素。大分子物质(蛋白质)热运动频率太慢,而小分子物质(水)热运动太快,两者都不利于自旋能量的有效传递,故其T1值长(MR信号强度低),只有中等大小的分子(脂肪)其热运动频率接近Larmor频率,故能有效快速传递能量,所以 TI值短(MR信号强度高)。 通过采集部分饱和的纵向磁化产生的MR信号,具有T1依赖性,其重建的图像即为T1加权图像。B13影像园XCTMR.com
    横向弛豫B13影像园XCTMR.com
    横向弛豫又称为自旋一自旋弛豫(spin-spin relaxation)或T2弛豫。横向弛豫的实质是在射频脉冲停止后,质子又恢复到原来各自相位上的过程,这种横向磁化逐渐衰减的过程称为T2弛豫。T2为横向弛豫时间常数,它等于横向磁化由最大值衰减至37%时所经历的时间,它是衡 量组织横向磁化衰减快慢的一个尺度。 T2值也是一个具有组织特异性的时间常数,不同组织以及正常组织和病理组织之间有不同的T2值。大分子(蛋白质)和固体的分子晶格固定,分子间的自旋一自旋作用相对恒定而持久,故它们的横向弛豫衰减过程快,所以 T2短(MR信号强度低),而小分子及液体分子因具有快速平动性,使横向弛豫衰减过程变慢,故 T;值长(MR信号强度高)。MR信号主要依赖T2而重建的图像称为T2加权图像。

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