基于arm的一体化核磁共振谱仪

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1、IntegratedNuclearMagneticResonanceSpectrometerbaseonARMPART1核磁共振基本原理原子核的磁性原子核具有质量并带正电荷，大多数核有自旋现象，在自旋时产生磁矩，磁矩的方向可用右手定则确定，核磁矩和核自旋角动量P都是矢量，方向相互平行，且磁矩随角动量的增加成正比地增加=P—磁旋比，不同的核具有不同的磁旋比，对某元素是定值。是磁性核的一个特征常数H=2.68×108T-1·S-1C=6.73×107T-1·S-1右手定则判定磁矩的方向自旋量子数当I=0时,P=0,原子

2、核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋角动量和自旋现象实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关质量数为偶数原子序数为偶数自旋量子数为0无自旋12C6,32S16,16O8质量数为偶数原子序数为奇数自旋量子数为1,2,3有自旋14N7质量数为奇数原子序数为奇或偶数自旋量子数为1/2,3/2,5/2有自旋1H1,13C619F9,31P15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。进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态沿主

3、磁场排列(低能态)的质子数目较多逆主磁场排列(高能态)的质子稍少核自旋能级与核磁共振(一)核自旋能级把自旋氢核放在场强为H0的磁场中,由于磁矩与磁场相互作用,核磁矩相对外加磁场有两种不同的取向，每种取向各对应一定的能量状态。在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂。(二)核磁共振如果以一定频率的电磁波照射处于静磁场H0中的核，且射频频率恰好满足下列关系时：核磁共振条件式核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程叫做核磁共振现象。质子进动陀螺运动质子在静磁场中以进动方式运

4、动这种运动类似于陀螺的运动进动(Precession)沿主磁场排列低能态逆主磁场排列高能态拉莫尔方程其中：ω0：进动的频率（Hz或MHz）B0：外磁场强度(单位T，特斯拉)。γ：旋磁比；质子的为42.5MHz/T。进动频率(PrecessionFrequency)脉冲继发后产生的宏观和微观效应低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态，高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量脉冲继发后产生的宏观和微观效应无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了90度，

5、MRI可以检测到人体发出的信号氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90度脉冲后偏转横向的磁场越强，MR信号强度越高。此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，对于临床诊断来说是远远不够的。我们总是在90度脉冲关闭后过一定时间才进行MR信号采集。在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢量越大，MR信号越强无线电波激发使磁场偏转90度，射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫。核磁弛豫又可分解为两个部分：横向

6、弛豫纵向弛豫不同组织有着不同的质子密度横向(T2)弛豫速度纵向(T1)弛豫速度这是MRI显示解剖结构和病变的基础T1WIT2WIPD核磁共振“加权成像”所谓的加权就是“重点突出”的意思T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别质子密度加权成像（PD）----突出组织氢质子含量差别T2值小横向磁化矢量减少快MR信号低（黑）T2值大横向磁化矢量减少慢MR信号高（白）T1值越小纵向磁化矢量恢复越快MR信号强度越高（白）T1值越大纵向磁化

7、矢量恢复越慢MR信号强度越低（黑）人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1WI上比正常组织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。PART2图像重建基本概念像素：组成灰度数字图像的基本单元。体素：像素对应人体内的位置。像素灰度信息：对应体素的检测信息的强度。不同成像手段进行位置对应的手段不同对磁共振而言,实现像素与体素对应的手段是施加三个维度上的梯度磁场。不同成像手段的检测信息不同磁共振信号的获取如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈，会接收到什么信号？自由感应衰减(FID):信号随着时间而消失（类似于阻尼震

8、荡信号），但频率不变。梯度磁场的产生拉莫尔方程（Larmorequation）：改变磁场就可改变共振频率。又叫梯度磁场，是指沿直角坐标系某坐标方向呈线性变化的磁场。空间定位：在主磁场B0上叠加一个变化的小磁场，从而使成像层面上各处的磁场得以改变。三个基本梯度场2