MRI基本原理-杨正汉

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1、磁共振成像基本原理杨正汉卫生部北京医院放射科北京大学第五临床医学院MRI基本原理难以理解非常重要非常重要学习MRI前应该掌握的知识电学磁学量子力学高等数学初中数学初中物理加减乘除平方开方磁共振成像基本原理一个放射科医生对磁共振成像的理解一、MRI扫描仪的基本硬件构成一般的MRI仪由以下几部分组成主磁体梯度线圈脉冲线圈计算机系统其他辅助设备1、主磁体分类磁场强度磁场均匀度MRI按磁场产生方式分类永磁电磁常导超导主磁体0.35T永磁磁体1.5T超导磁体按磁体的外形可分为开放式磁体封闭式磁体特殊外形磁体Op

2、enMark3000MR按主磁场的场强分类MRI图像信噪比与主磁场场强成正比低场:小于0.5T中场：0.5T－1.0T高场:1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）高斯（gauss,G）。Gauss(1777-1855)1高斯为距离5安培电流的直导线1厘米处检测到的磁场强度德国著名数学家，于1832年首次测量了地球的磁场。5安培1厘米1高斯地球的磁场强度分布图特斯拉（Tesla,T）NikolaTesla(1857-1943),奥地利电器工程

3、师，物理学家，旋转磁场原理及其应用的先驱者之一。1T=10000G主磁场的均匀度MRI要求磁场高度均匀，???空间定位需要频谱分析（各种代谢物之间的共振频率相差极小）脂肪抑制（脂肪和水分子中的氢质子共振频率很接近）50厘米球表面均匀度应该控制在<3PPM45厘米球体均匀度可控制在<1PPM频率半高宽2、梯度线圈作用：空间定位产生信号其他作用梯度线圈性能的提高磁共振成像速度加快没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术梯度、梯度磁场梯度磁场的产生Z轴方向梯度磁场的产生X、Y、Z轴上梯度磁场的产生梯度

4、线圈性能指标梯度场强25/60mT/m切换率120/200mT/m.s有效梯度场长度50cm梯度两端磁场强度差值梯度场中点梯度场强（mT/M）＝梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的长度1000mT1010mT990mT梯度场强＝（1010mT-990mT）/0.5M=40mT/M1000mT梯度场强爬升时间切换率＝梯度场预定强度/爬升时间3、脉冲线圈脉冲线圈的作用如同无线电波的天线激发人体产生共振（广播电台的发射天线）采集MR信号（收音机的天线）脉冲线圈的分类按作用分两类激发并采集MRI信号（体线圈）仅

5、采集MRI信号，激发采用体线圈进行（绝大多数表面线圈）按与检查部位的关系分体线圈表面线圈第一代为线性极化表面线圈第二代为圆形极化表面线圈第三代为圆形极化相控阵线圈第四代为一体化全景相控阵线圈接收线圈与MRI图像SNR密切相关接收线圈离身体越近，所接收到的信号越强线圈内体积越小，所接收到的噪声越低3D-FFEMatrix512×512FOV2.5cm利用2.3cm显微线圈采集的指纹MR图像4、计算机系统及谱仪数据的运算控制扫描显示图像5、其他辅助设备空调检查台激光照相机液氦及水冷却系统自动洗片机等二、M

6、RI的物理学原理1、人体MR成像的物质基础原子的结构电子：负电荷中子：无电荷质子：正电荷原子核总是绕着自身的轴旋转－－自旋(Spin)地球自转产生磁场原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋(Spin)原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为核磁共振成像（NMRI）。自旋与核磁地磁、磁铁、核磁示意图原子核自旋产生核磁核磁就是原子核自旋产生的磁场非常重要所有的原子核都可产生核磁吗？质子为偶数，中子为偶数质子为奇数，中子为奇数质子为奇数，中子为偶数质子为偶数，中子为奇

7、数产生核磁不产生核磁用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有：1、1H的磁化率很高；2、1H占人体原子的绝大多数。通常所指的MRI为氢质子的MR图像。何种原子核用于人体MR成像？人体元素1H14N31P13C23Na39K17O2H19F摩尔浓度99.01.60.350.10.0780.0450.0310.0150.0066相对磁化率1.00.0830.0660.0160.0930.00050.0290.0960.83人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢质子3×1022）每个氢质子都自旋产生核磁现象人体

8、象一块大磁铁吗？矢量的合成与分解通常情况下人体内氢质子的核磁状态通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。把人体放进大磁场2、人体进入主磁体发生了什么？没有外加磁场的情况下，质子自旋产生核磁，每个氢质子都是一个“小磁铁”，但由于排列杂乱无章，磁场相互抵消，人体并不表现出宏观的磁场，宏观磁化矢量为0。指南针与地磁、小磁铁与大磁场进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态处于高能状态太费劲，并非