磁共振的原理与结构

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1、磁共振成像（MRI〕原理与磁共振机的结构邵逸夫医院放射科朱碧波一、磁共振成像磁共振成像：MagneticResonanceImaging，MRI是利用人体内原子核在磁场内与外加射频磁场发生共振而产生影像的一种成像技术,它既能显示形态学结构，又能显示原子核水平上的生化信息及某些器官的功能状况，更有无辐射的优点，其发展潜力巨大。二、MRI基本原理MRI影像形成的基本原理(一)、原子核的自旋特性含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体。(一)原子核的自旋特性在有自旋特性的原子核周围存在的这个微观磁场是磁偶极子，就是所

2、谓的原子核的自旋磁矩。在没有外加磁场时，各个质子由于热运动而处于杂乱无章的任意排列状态，磁矩方向各不相同，相互抵消，所以在宏观上不显磁性。(二)外磁场对原子核自旋的影响当外部施加一个恒定磁场后，则质子沿外加磁场方向排列，产生净磁化。1.低能级--自旋方向与磁场方向一致2.高能级--自旋方向与磁场方向相反(二)外磁场对原子核自旋的影响在外磁场作用下，低能级的质子数目要多于高能级的质子，在大量原子分布的情况下，原子在不同能级上分布的数目与温度与外磁场强度有关。(二)外磁场对原子核自旋的影响在一定温度和磁场条件下，自旋质子就产生了一个沿外磁场方向的宏观磁矩，这样当原子核围绕自

3、己的轴作自旋运动时，外加磁场又会产生一个旋力臂作用于自旋质子的磁矩上，使得质子旋进于一个锥形的磁矩轴上，称为拉莫进动。(二)外磁场对原子核自旋的影响质子进动的速度用进动频率来衡量，也就是质子每秒进动的次数，进动频率与外加磁场的强度成正比，场强越高，进动频率越高。(二)外磁场对原子核自旋的影响0＝0：磁旋比常数0：外加磁场强度0:质子进动频率拉莫（Larmor)频率原子核的共振频率(二)外磁场对原子核自旋的影响由于有无数个质子在进动，其磁矩在X和Y轴方向上的分量将相互抵消，只有沿Z轴方向的分量叠加起来形成了纵向磁化矢量，它不能被直接测量。（三〕电磁感应现象电流

4、通过金属导线可以产生磁场金属导线切割磁力线产生电流变化磁场强度在金属导线（线圈〕内可以产生感应电压和感应电流（四〕射频脉冲电场和磁场随时间而变化称为电磁辐射。射频（RF〕脉冲是一种无线电波，也是电磁波的一种，它的主要作用是扰乱沿外加磁场方向宁静进动的质子的进动。只有RF脉冲与自旋质子的进动频率相同时，才能向质子传递能量。（五〕核磁共振现象当RF脉冲频率与质子进动频率相同时，质子就从中吸收能量，这称为核磁共振现象。此时RF脉冲频率＝0＝0（五〕核磁共振现象施加RF脉冲后，质子吸收了能量，能级就会提高，这会产生两方面的效应：1、质子能级提高，使得纵向磁化矢量减小，最终

5、为零，称为饱和状态。（五〕核磁共振现象2、进动的质子相位一致，做同步同速运动，使得在横轴方向上的磁化矢量得以叠加，并产生一个新的横向磁化矢量，RF脉冲的强度越大，持续时间越长，横向进动偏转的角度就越大。（六〕核磁共振弛豫当质子系统达到饱和状态后，停止RF磁场后，激励过程结束。随后，吸收能量跃迁到高能级的质子将释放吸收的能量，很快回到外加磁场原先排列的平衡位置，这一过程称为核磁弛豫。横向磁化矢量逐渐消失，称为横向弛豫纵向磁化矢量恢复原状，称为纵向弛豫（六〕核磁共振弛豫在磁共振领域中，将质子周围的原子统称为晶格。纵向弛豫就是质子自旋磁矩将能量释放传递给晶格原子的过程，所以也

6、叫自旋-晶格弛豫。RF脉冲停止后，纵向磁化矢量恢复到原来的数值所需要的时间称为纵向弛豫时间，简称T1,实际中将纵向磁化矢量从0恢复到最大值的63%所需的时间定义为T1时间。T1是一个时间常数，描述组织的纵向磁化矢量恢复的快慢程度。其长短依赖于组织成分、结构和环境，如水为长T1，脂肪为短T1。（六〕核磁共振弛豫（六〕核磁共振弛豫RF脉冲停止后，质子很快失去相位一致性,这是由于原子核之间的相互作用，而没有能量从原子核向周围晶格中的转移，所以也成为自旋-自旋弛豫。此过程中，横向磁化矢量逐步抵消而变小直至为零。实际中把横向磁化矢量衰减至其最大值的37%的时间定义为横向弛豫时间，

7、简称T2。T2与人体组织的固有小磁场有关,如大分子比小分子快,结合水比游离水快。（六〕核磁共振弛豫（六〕核磁共振弛豫（六〕核磁共振弛豫小结：这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。有如CT时，组织间吸收系数（CT值）差别是CT成像基础的道理。但MRI不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是有T1、T2等几个参数。因此，获得选定层面中各种组织的T1（或T2）值，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。（七〕自由感应衰减磁共振设备中，接收信号用的线圈平面与主磁场平行，工作频率接近拉莫频率。当质子磁化矢量只受主磁场作用时，由于自由进动与主