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1、磁共振的物理基础,徐州医学院CT.MRI诊断学教研室徐州医学院附属医院CT.MRI室,徐凯,1924年Pauli发现原子核象带电自旋的球体具有角动量及磁矩,1945 年Bloch 和 Purcell 证实了原子核 自旋的确实存在,他们 为此共同获得了1952 年诺贝尔物理学 奖。五、六十年代磁共振主要为化学家及物理学家探测化学结构构型及反应过程的分析工具,1973 年Lauterbur 首次进行了两试管水的磁共振成像1976年Peter Mansfield 首 次 报 导了 人活体 MR 成像，1980年装备商品。,电磁波谱图,不同原子核的MRI特性,1.核磁,质子、中子或质子和中子数不成对的
2、原子核，高速自旋时产生的磁矩，相当于一个微型磁棒。,2.磁化,如将生物组织置于一个大的外加磁场中（又称主磁场，用矢量表示），则质子磁矩方向发生变化，结果是较多的质子磁矩指向与主磁场方向相同，而较少的质子与B0方向相反，与B方向相反的质子具有较高的位能。常温下，顺主磁场排列的质子数目较逆主磁场排列的质子稍多，因此，出现与主磁场B方向一致的净宏观磁矩，如图所示。,M,3.拉莫尔进动,处在外磁场中的核磁矩方向，并不完全朝向主磁场方向，而是象受到地球引力的旋转的陀螺一样，进行着以外磁场的方向为轴的旋进和高速自旋的复杂运动。,方程,/：进动的频率：主磁场强度：旋磁比（对于每一种原子核是恒定的常数）,4.
3、共振,处于平衡状态的净磁矩,并不能在接收线圈中产生信号,该磁矩在具有拉莫尔频率的90RF脉冲的激励下旋进到XOY平面,也即垂直于主磁场的方向。,5.磁矩的分量,被激励的质子群的宏观磁矩分别投影在轴和XOY平面上形成两个分量：z、xy,6.弛豫,射频脉冲停止后,已吸收能量发生共振的质子群磁矩释放能量,回到原平衡状态的过程称弛豫过程.分Mz、Mxy的还原为纵向、横向弛豫，弛豫时间、的定义见图示,7.人体部分组织、值,8.磁共振信号,90RF脉冲使质子净磁矩旋进到XY平面,脉冲停止后,RF线圈将探测到弛豫过程所产生的信号,该信号逐渐减小,称为自由感应衰减(FID),磁共振信号强度,9.信号与频谱,对
4、于一个单一正弦信号可用其幅度和频率描述,而对于一个复杂的信号可用其频谱来描述,即把信号进行分解为各种不同的频率成份和不同的幅度.也即把随时间变化的幅度函数变成随频率变化幅度函数(二维付立叶变换，2DFT),10.自旋回波,由于磁场的不均匀使90脉冲后的宏观净磁矩很快相位离散,在TE/2后,施加180RF脉冲使相位重聚,并出现可测量的MR信号.,磁共振成像的基本原理,当RF脉冲停止时，MR信号就可接收到了。问题是：接收线圈范围内的所有原子核会以相同的频率辐射信号，并且不会携带任何空间位置信息。为了重建图像，必须确定组织间的空间位置，涉及两个方面：）层面选择）层面上共振信号的空间编码,.层面选择,
5、由于共振频率是磁场强度的函数，在人体长轴方向上附加一梯度磁场，则每一横断面的共振频率均不一样，层面厚度取决于磁场梯度和射频带宽。,2.相位离散与相位重聚,由，被选层面的自旋磁矩的旋进频率将有微小差异，并呈螺旋楼梯的台阶状散开，为了获得最大信号强度，采用一相反极性的梯度磁场，使该层自旋磁矩相位重聚。,.频率编码,垂直于梯度的频率编码梯度使得信号共振频率沿轴增加，经，各点的信号强度描点连线成沿轴方向的一维轮廓线，也称读出梯度。如果旋转并不断重复这一过程，就可通过大家熟知的成像的方法，来投影重建图像。不用此法。,.相位编码,施加垂直于的相位编码梯度，停止时，所有核磁处于同一相位及频率旋进，此时施加，
6、轴上，不同位置的核磁旋进频率各异，关闭，各核磁又以同频旋进，然而，位置却发生了变化，并记忆了此时的位置。,.付里叶变换,脉冲后，施加频率编码梯度和相位编码梯度，即可完成被选层面的空间编码，和是付里叶变换的基础。,6.成像过程,由A原始数据(正弦信号)经过2DFT后成为B-2D频谱，最终图像C是B的亮度灰阶描述。,.空间,伴随数据区域的空间编码，必须有一个解码方法来获得具有一定空间分辨率的图像。不同的编码方法，图像品质有很大差异。,.空间（续）,空间是在信号采集期间收集的原始数据所组成，此时并不重建解剖图像。每一图像都有其自己的空间。水平轴代表频率编码方向，纵轴均匀刻度，每一刻度代表一值，成比例
7、对应于相位编码的梯度磁场。空间实际是由各回波信号组成。,.空间（续）,空间可以模拟图像，另外，空间可以对不同梯度的影响、弛豫现象及变换采集方案提供定量评价。不管如何采集，只要能确定空间的映射图，就能准确构造用来进行的数据。,8.自旋回波（）图像,自旋回波序列为最常用的脉冲序列。先发射90脉冲，隔/2后再发射180脉冲，至时间测量回波信号，重复这一过程，完成所有采集。两脉冲间的时间为重复时间。,9.梯度回波图像,梯度回波与自旋回波的区别是采用90的脉冲及不采用180脉冲，而是施加强度相同、方向相反的读出梯度磁场，使相位回归出现回波。既保持了较好的图像信噪比，又缩短检查时间。,磁共振成像采用静磁场
8、使该磁场的局部变化，磁场梯度对组织样本的原子核进行空间信息编码，射频脉冲发生器发出的射频脉冲与其共同作用来产生信号，然后射频接收系统探测出这些重新发射出来的射频能量信号，并将这些信号传输给计算机系统进行数字化处理和影像显示。,1.磁体：产生静磁场2.磁场梯度系统：由梯度放大器和梯度线圈所组成用于空间选择和空间编码3.射频放大器和射频发射线圈：产生测量脉冲，激励原子核4.射频接收线圈和放大器：探测来自原子核的信号5.采集和控制系统：进行数字化信号处理影像处理及数据采集、控制6.生理学硬件：用来获得病人的心电图、呼吸周期波,7.重建系统8.操作/显示控制台以显示图像和操作者输入控制参数9.存档系统10.磁屏蔽：减少磁共振成像仪周围杂散磁场的影响11.射频屏敝：使系统免受外部射频的相互干扰12.扫描床检查时在磁体内摆放病人13.病人监视设备以便检查时观察病人,磁共振造影剂能引起质子弛豫时间缩短的离子或小分子称为顺磁性物质。用于MRI检查的顺磁性物质称为顺磁性造影剂，主要机理为改变局部组织的磁环境。Gd+3顺磁性最强，具有7个不成对的电子。Gd-DTPA弛豫性强，毒性小，安全系数大，细胞外分布，不通过正常的血脑屏障，由肾脏迅速排泄，常用剂量0.1mmol/kg。,谢谢！,
