磁共振成像的基本原理

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1、磁共振成像的基本原理山东省千佛山医院张经建目录1、磁共振成像的基本情况2、磁共振成像的物理基础（1）原子核与自旋（2）静磁场BO（3）核磁共振成像条件（4）磁共振信号的产生（5）关于加权的概念3、射频和射频脉冲序列（1）射频RF（2）射频脉冲序列4、磁共振信号的空间定位（1）梯度磁场与梯度线圈（2）磁共振成像的层面选择（3）磁共振成像的层面内信号确定和层厚选择5、MR设备的技术进展（1）MR设备的硬件发展（2）MR设备软件功能的发展一、磁共振成像的基本情况（一）磁共振成像的发展史：1、物理现象理论的建立的年代：MR的物理现象是1946年有美国加洲斯坦福大学的布劳克和麻省哈佛

2、大学的帕塞尔教授同时发现的，并在1952年双双获得若贝尔物理奖。2、磁共振成像完成的时间：1977年磁共振技术进入体层摄影实验阶段，并获的了人体胸部磁共振断层像，以及人手腕关节的剖面像，1978年之后，磁共振进入了发展阶段，八十年代初磁共振扫描仪商品化。3、影像诊断涉及组织化学信息：磁共振成像技术与其他影像学的不同之处之一，就是一改过去以组织形态学研究疾病的影像学基础，而涉及到利用分子物理学提供组织化学信息。二、磁共振成像的理论基础：（一）原子核与自旋：世上一切物质的最小组成单位为分子，分子又是由原子构成，原子由原子核和核外电子组成，原子的化学特征，由核外电子的数目所决定，

3、原子的物理特性由原子核决定，原子核又是由质子和中子组成，质子带有正电荷，中子不带电荷，核外电子带负电荷且电量与质子的正电量相等，因此，原子表现为中性。电子、质子、中子都有自旋特征，故此我们说原子核也有自旋特征，带正电的原子核且自转，就会产生和其它运动电荷一样的小磁场，这个小磁场可以用小磁矩来描述。1、奇数质子的电性：原子核内的质子和中子都呈双数时，则其自旋都相互成对的抵消了，因此，只有质子或中子为奇数时，原子核才具备自旋以及产生小磁场的能力，才具备磁共振研究的物理条件。2、氢原子结构：结构最简单，原子核只有一个质子及一个轨道电子，在人体中的含量最多，所以产生磁共振的能力最强

4、。3、核的自旋及环行电流以及小磁体现象：由于质子的自旋而使原子核产生自旋，我们知道质子是带正电荷的，这种运动的电荷就产生电流，所以核的自旋就会在自旋轴产生环行电流。由右手法则知道将产生一个小磁场，因此，我们可以将自旋的氢质子看成是一个小磁棒。其磁力的大小可用磁动量来表示，它是一个矢量，有方向性。磁动量公式：U=RPS（U=磁矩RP=磁旋比S=磁旋速度）4、自由空间氢质子的分布情况：在正常情况下，在自由空间中众多旋进质子表现为杂乱无章的排列。虽然每一个质子都具有磁性，但从宏观整体看，整个质子群是无磁性。小结：通过以上学习，可以了解到。一切物质都是由分子组成，分子由原子组成，原

5、子核中的质子和中子数为奇数时，原子才具有自旋的能力，由于质子带正电荷，电荷的运动产生电流，电流的产生有引发了磁场，我们将这些小磁场看成小磁矩，而这些小磁矩在正常情况下，表现为杂乱无章的排列，所以物质是不显电性的。（二）、静磁场B0当我们要研究磁共振时，需要将研究的物质放入一个外加磁场中，这个磁场的磁场强度需要是一个恒定不变的，故我们称之为静磁场。1、组织的磁化：在自由空间质子的磁矩排列是杂乱无章的，是不显磁性的。当我们将组织放入一个强大的磁场内，或者说给组织外加一个强大的磁场后，在这个静磁场的作用和影响下，对这些原本杂乱无章排列的质子产生磁化作用，原本杂乱无章的磁矩开始沿静

6、磁场的方向排列，进而与静磁场方向一致，产生一个与静磁场方向一致的磁化矢量，这就是组织的磁化。2、磁矩的顺磁场排列取向和逆磁场排列取向：组织磁化后，原本杂乱无章的磁矩就要沿静磁场的方向排列，这也称之为质子在静磁场中取向。取向只能有两个方向，其中大多数质子会朝静磁场方向取向，称之为顺磁场排列取向，但也有一部分是朝静磁场的反方向取向的，称之为逆磁场排列。这种顺磁场取向和逆磁场取向的机理是什么呢？是因为每个质子的稳定程度和能量不同引起的，朝正方向的则是低能的稳态质子。朝反方向的则是高能不稳态。3、顺、逆磁场取向的质子数目之差：这种方向取向的质子从数目上讲几乎相等，逆方向的若有一千万

7、个，顺磁场的则有一千万零七个，所以顺、逆之差为一千万分之七。就是这样的差别也足以产生顺磁场的磁化矢量了。4、磁化矢量三维空间的表示方法：在三维坐标中把磁化矢量称MO，Z轴的静磁场称BO，X、Y是垂直于Z轴的平面。5、静磁场强度与组织的磁化速度：组织的磁化过程受时间和静磁场的影响，在开始磁化增强很快，以后逐渐减慢，最后达到预定值，组织的磁化速度除时间因素外，还受物质本身的特性影响，不同的组织在相同的场强下的磁化速度是不同的。磁场强度与磁化速度成正比。6、进动的概念：在静磁场中组织被磁化，产生了一个与磁场方向一致的磁化