磁共振成像(MRI)的基本原理课件.ppt

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1、磁共振成像(MRI)的基本原理MagneticResonanceImaging同济医科大学附属协和医院MR室刘定西1磁共振现象的发现及发展1924年pauli在进行电在子波谱试验中发现了许多原子核象带电的自旋粒子一样具有角动量和磁动量。1946年美国物理学家Block和Purcell分别测出了在均匀物质中磁共振的能量吸收，进一步证实了核自旋的存在，并为此获得了1952年诺贝尔物理学奖。2NSRF3T:F射频频率射频强度4磁共振的应用物理化学

2、：利用磁共振波谱测定物质的化学结构。医学影象：磁共振成像及化学物质含量测定。5第一节：原子及其磁特性原子的构成自旋自旋磁矩净自旋6原子的构成原

3、子核核外电子质子（＋）中子核外电子（－）7原子核的运动特性自旋：物体沿一定方向绕自身某一轴的转动自旋角动量I：由于自旋运动的矢量性，自旋具有一定的角动量，自旋角动量I通常也称为自旋I。I为矢量。89自旋磁矩自旋粒子的磁性：带电粒子的自旋都可产生磁矩。原子核运动的自旋磁矩：每一个自旋I对应于一个磁动μ，μ=гhI：10311净自旋原子核的运动:自旋净自旋：具有自旋磁动量的自旋。零自旋/非零自旋：净自旋为零/净自旋不为零净自旋产生的条件:奇数质子和/或奇数中子净自旋的意义：是磁共振信号来源的基础。自旋系统：磁场中所有自旋的集合。121H的原子核结构及特性1H原子核仅有一个质子，无中子。其

4、磁化敏感度高，在人体的自然丰富度很高，是很好的磁共振靶核。13第二节：磁场磁场的概念均匀磁场稳定磁场交变磁场14磁场物质场对磁性物质的力效应磁场的强度15均匀磁场大小方向恒定不变的磁场.16交变磁场大小或方向呈规律性变化的磁场17XYBX=BsinaBY=BcosaaB(RF)18第三节：磁场对样体的作用磁化:磁场对样体作用的过程。磁化强度m：样体经过磁化而产生的磁矩的大小。磁化率：单位磁场强度的磁化强度X=m/B。顺磁性物质的磁化率为正值，抗磁性物质的磁化率为负值。影响磁化率的因素：1、外层电子；2、原子核结构。19NSM:20磁场对磁矩的作用垂直于磁场的磁矩，磁场对其以磁转矩形式

5、产生作用，即以磁场为轴垂直于磁场转动。21M1M222YM0B1XZ2324自旋在磁场中的运动进动（旋进）：自旋轴绕磁场方向的圆周运动。遵循lamor定理，w=rB0影响进动频率的因素：磁场强度。进动的方向：上旋态与下旋态。252627量子化与平衡态量子化概念：在磁场的作用下，自旋只能处于两种能级状态，低能态（上旋态）与高能态（下旋态）自旋只有吸收或释放一个特定能量值（E）时才相互转化。量子化遵循波兹定律E(1/2)/E(-1/2)=exp(rhI/kT)平衡态：在磁场和温度的作用下，样体达到稳定磁化的状态。是一种动态平衡。2829剩余自旋与净磁化剩余自旋：平衡态时，上旋态与下态自旋

6、差。净磁化M（宏观磁化）：自旋系统在磁场作用下产生的磁化总量。是所有自旋磁矩的矢量和。M=ΔB0·N/T影响M的因素：静磁场强度、温度、自旋密度（单位体积的自旋数）。纵向磁化：平行于磁场方向的磁化矢量横向磁化：垂直于磁场方向的磁化矢量3031磁共振成像中的坐标系统XYZ32第四节核磁共振现象单摆共振核磁共振33单摆共振的条件系统与激发源的固有频率相同系统吸收能量内能增加F34核磁共振的条件激发磁场的频率与自旋系统的进动频率相等。自旋系统吸收激发磁场能量内能增加35射频射频及磁特性射频的空间效应射频激发与核磁共振章动与翻转角θ=rB1t90°、180°脉冲，α脉冲射频对自旋磁矩的相位相

7、干效应36XYBX=BsinaBY=BcosaaB(RF)37XYZM0B1射频磁场对磁矩的激发3839射频激发使自旋的横向磁矩相位一致（相位相干），产生一个大的横向磁化矢量MXY。相位是矢量与参照轴间的夹角MXY横向磁化的相位相干进动40横向磁矩的相位XYm1m3m2MXYa41XYM0B1横向磁化的检测MXY42自旋弛豫自旋弛豫：自旋系统由激发态恢复到其平衡态的过程。可分为纵向弛豫和横向弛豫两个过程。纵向弛豫（自旋晶格弛豫、T1弛豫）：纵向磁化逐渐恢复的过程。横向弛豫（自旋自旋弛豫、T2弛豫）：横向磁化逐渐消失的过程4344纵向弛豫的机理波动的晶格磁场是一个连续频率的波动磁场，L

8、amor频率的晶格磁场可以吸收激发态自旋所释放的量子化能量，恢复其平衡态。晶格磁场的频率越接近Lamor频率，纵向弛豫的速度越快。人体各种不同类型组织的晶格磁场频率有差异。纵向弛豫速度不同。45影响纵向弛豫的因素组织特异性：中等大小分子快，小分子及大分子慢晶格的物理状态：液态快、固态慢。晶格的温度：低快，高慢。周围大分子结构：加快。磁场强度：低场快，高强慢46纵向弛豫特征时间常数T1T1：射频激发停止后，纵向磁化弛豫至其平衡态值的63%时所经历的时间。MZ