《MRI的物理基础》PPT课件

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1、前言世界是物质的，物质是由分子构成的，分子又由原子构成。原子由原子核和核外电子组成，原子核由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成。核磁共振这一物理现象所要研究的对象就是原子核，而且是具有磁性的原子核。MRI是以核磁共振这一物理现象为基础的，之所以省去“核”字，是为了突出这一检查技术不存在对人体有害的电离辐射的优点，使之区别于要使用x射线的放射科检查以及要使用放射性核素的核医学检查。1MRI的物理基础2010年11月前言人体的化学成分是极其复杂的，包括蛋白质、脂肪、糖、水及钾、钠、钙、磷、铁、铜、硒等微量元素。虽然人体内的磁性核有很多，但最适合于磁共振成像的是氢原子核（质子），所以

2、临床磁共振成像的对象都集中于氢原子核（质子）。磁共振成像的目的是要获得人体断面上具有磁性的某种特定原子核（如氢原子核）所产生的磁共振信号强度分布，而MR信号强度则是由磁性核的密度、弛豫时间等特性参数决定的。2MRI的物理基础2010年11月前言在MRI中，人体被置入磁体后，体内具有磁性的原子核就会在磁体的静磁场作用下显示出宏观磁性来，也就是说人体被磁化了。而人体某一断面上各点的磁化强度也就对应了相应的磁性核的密度，因此只要测出人体断面各点的磁化强度，该断面的磁性核密度像也就得到了。在MRI中，磁体的静磁场强度很大（0.25-1.5T），而人体的磁化强度又很微弱，而且它们又是在同

3、一方向，所以我们就无法测出人体断面各点的磁化强度。但是，如果我们能使人体的磁化方向偏离磁体的磁场方向，就可以把人体的磁化强度测量出来，而这正是核磁共振所要做的工作。3MRI的物理基础2010年11月4MRI的物理基础2010年11月5MRI的物理基础2010年11月6MRI的物理基础2010年11月MRI的物理基础第一节   原子核的磁性第二节   静磁场中的磁性核第三节   磁共振第四节驰豫第五节自由感应衰减信号第六节化学位移和磁共振谱7MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性在MRI中，人体被置于磁体内，而人体内的原子核要参与核磁共振，就必须具有一定的磁性。

4、原子核怎么会具有磁性,是不是所有的原子核都具有磁性?8MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性一、原子核的自旋在微观世界中，电子、中子、质子、原子核等微观粒子除了具有一定的大小、电荷、质量等属性外，还有一种固有属性__自旋（角动量），微观粒子的自旋是由其自旋运动产生的，微观粒子的自旋运动可以简单地看成微观粒子的自转，虽然实际情况并非如此。9MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性原子核是由质子和中子组成的。质子和中子既具有自旋角动量，也具有轨道角动量。原子核内质子和中子的自旋角动量与轨道角动量之和就构成了原子核的总角动量，但习惯上把原子核的总角动

5、量称为“原子核自旋（nuclearspin）”。10MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性原子核的自旋是个矢量，自旋的方向与原子核旋转方向的平面垂直。处于静磁场中的原子核，它的自旋在空间所取的方向是离散的、不连续的，具有空间量子化的性质。11MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性通常以在静磁场方向（z方向）的最大分量或投影最大值I来代表的大小（以为单位），例如氢核的自旋为1/2是指氢核的核自旋量子数，这种说法本质上是用I值来间接表示原子核的自旋的大小。原子核的自旋在静磁场中的取向为2I+1种。12MRI的物理基础2010年11月第一节   原

6、子核的磁性二、原子核的磁矩原子核的自旋运动会产生绕核心旋转的环形电流，而环形电流会在其周围空间产生磁场，所以自旋不为零的原子核（简称自旋核）就会具有一定的磁性，自旋核也就可以看成是一个小磁体。13MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性为描述自旋核磁场的大小和方向，引入物理量__磁矩。自旋核的磁矩和自旋都是由原子核的自旋运动引起来的，它们之间存在着一定的比例关系，即式中，为比例系数，称为磁旋比。14MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性原子核的磁性是非常微弱的，我们在日常生活中感觉不到它的存在。大家所熟悉的物质的铁磁性和顺磁性是由物质原子中不成

7、对电子产生的，与之相比，原子核的磁性在强度上要弱好几个数量级，但原子核的磁性仍然可以用核磁共振来精确测量。15MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性三、物质的磁性1、原子的磁矩原子的磁矩由核外电子的总磁矩（轨道磁矩和自旋磁矩）和原子核磁矩构成。16MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性当电子的总磁矩不为零时，原子的磁矩主要来自电子的总磁矩；当电子的总磁矩为零时，核磁矩就构成了原子的固有磁矩。17MRI的物理基础2010年11月第一节   原子核的磁性2、逆