磁共振成像原理.ppt

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1、磁共振成像原理MRI简介磁共振成像（MRI，magneticresonanceimaging）是根据生物体磁性核（氢核）在磁场中的表现特性成像的高新技术。二十余年来，随着超导技术、低温技术、磁体技术、电子技术、成像技术和计算机等相关技术的进步，MRI技术得到了飞速发展。如今，它已广泛应用于临床，成为现代医学影像领域中不可缺少的一员。磁共振成像的物理基础为核磁共振（NMR，nuclearmagneticresonance）理论。所谓NMR，是指与物质磁性核磁场有关的共振现象，也可以说它是低能量电磁波，即射频波与既有角动量又有磁矩的核系统在外界磁场中相互作用所表现出来的共振

2、特性。NMR的本质为一种能级间跃迁的量子效应。实验结果表明，利用这一现象可以研究物质的微观结构。据此，人们以不同的射频脉冲序列对生物组织进行激励，并利用线圈检测组织的弛豫和质子密度信息，就出现了MRI技术。正因为这样，磁共振成像曾被称为核磁共振成像（NMRI）。单数质子原子核的特点原子核—质子、中子单数质子的原子核具有自旋特性，即具有磁性如1H、31P、23Na只有具有磁性的原子核才能产生磁共振现象磁性原子核绕着自己的轴进行高速旋转的特性为自旋，由于质子带有正电荷，随之旋转的电荷则产生电流，即质子的转动就相当于一个环形电流。根据基础的电磁理论我们知道，通电的环形线圈周围

3、都有磁场存在，相当于一块磁铁，所以转动的质子也相当于一个小磁体，具有自身的南北极及磁力，质子自身具有磁性，在其周围产生磁场并具有自身磁矩。磁矩是矢量，具有方向和大小，我们把这种由带有正电荷的磁性原子核自旋产生的磁场称为核磁用于人体磁共振成像的原子核人体内有许多磁性原子核，理论上这些原子核均可用于磁共振成像，但一般用于人体磁共振成像的为1H，1H只有一个质子而没有中子，被称为氢质子或质子。氢质子的摩尔浓度最高为99，第二位的14N为1.6，1H的磁化率最高，因此：1.1H是人体内最多的原子核，占人体原子核总数的2／3，因此可以产生较强的磁共振信号。2.1H的磁化率在人体最

4、高，也可以产生较强的磁共振信号3.1H存在于人体的各种组织中，具有生物代表性。人体组织MRI信号的主要来源并非所有的H都能产生MRI信号，常规MRI信号来源于水分子中的H，部分来自脂肪人体组织的水分子分为自由水和结合水，结合水为蛋白质大分子周围水化层的水分子，其粘附在蛋白质大分子部分集团上，与蛋白质大分子不同程度结合在一起。自由水为未和蛋白质大分子粘合在一起，活动充分自由的水分子。人体的自由水和结合水可以互换，处于平衡状态。不同分子的H进动频率存在差别，蛋白质大分子中H的进动频率大多偏离MRI的中心频率，一般情况下不能被射频脉冲激发，不产生信号。对于不含脂肪的组织，其M

5、RI信号直接来源是自由水，结合水和蛋白质都不直接产生信号正常人体内由于氢质子排列无序，虽然具有若干氢质子，人体并无磁场存在。杂乱无章的氢质子净磁矩为0置入静磁场内的人体磁场将人体置入一个强大的静磁场内，人体内氢质子随之整齐排列，形成磁矩（有方向有强度的磁场）。进入主磁场的小磁场有两种排列方式，一种为与主磁场方向相同（低能级质子受主磁场约束），另一种与主磁场方向相反（高能级质子可以对抗主磁场的作用）。与主磁场方向相同的小磁场数目大于与主磁场方向相反的数目，所以人体组织内产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量质子的运动方式与进动频率运动方式：自旋、进动进动频率取决于：

6、元素种类、外加磁场强度进入主磁场后无论是处于低能级还是处于高能级的质子，其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是与主磁场有一定的角度。陀螺在旋转力与地球引力的相互作用下，不仅存在旋转运动，还出现以地球引力为轴的旋转摆动，这种旋转摆动的频率远低于旋转运动。处于主磁场的氢质子也一样，除了自旋运动外，其小核磁还绕着主磁场轴进行旋转摆动，我们把氢质子的这种旋转摆动称为进动。由于进动的存在，质子自旋产生的小磁场又可以分解成两个部分，即纵向磁化分矢量和横向磁化分矢量。质子的纵向磁化分矢量的方向是不变的，最后会产生一个与主磁场同向的宏观纵向磁化矢量。由于质子在进动，其横向磁化矢量在

7、XY平面作旋转，因此方向处于不断的动态变化中，尽管每个氢质子的小核磁都有横向磁化分矢量，但各个氢质子的横向磁化分矢量在360°圆周中所处的位置不同，即相位不同，横向磁化分矢量相互抵消，因此没有宏观横向磁化矢量产生。人体组织进入主磁场后被磁化了，产生了宏观的纵向磁化矢量，某一组织（或体素）产生的宏观纵向矢量的大小与其含有的质子数有关，质子含量越高产生宏观纵向磁化矢量越大。但是相对强度很大的主磁场来说组织产生的宏观纵向磁化矢量是非常微小的，MR接收线圈不能检测到宏观纵向磁化矢量，也就不能区分不同组织之间因质子含量差别而产生的宏观纵向磁化矢量的