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1、磁共振的物理基础徐州医学院CT.MRI诊断学教研室徐州医学院附属医院CT.MRI室徐凯1924年Pauli发现原子核象带电自旋的 球体具有角动量及磁矩, 1945 年Bloch 和 Purcell 证实了原子核 自旋的确实存在, 他 们 为此共同获得了1952 年诺贝尔物理学 奖。五、六十年代磁共振主要为化学家及 物理学家探测化学结构构型及反应过程的 分析工具, 1973 年Lauterbur 首次进行了两 试管水的磁共振成像1976年Peter Mansfield 首 次 报 导了 人活体 MR 成像 ，1980年装 备商品。电磁波谱图不同原子核的MRI特性1.核磁 质子、中子或质子 和中子
2、数不成对的 原子核，高速自旋 时产生的磁矩，相 当于一个微型磁棒 。2.磁化 如将生物组织置于一个大的外加磁场中 （又称主磁场，用矢量表示），则 质子磁矩方向发生变化，结果是较多的 质子磁矩指向与主磁场方向相同，而较 少的质子与B0方向相反，与B方向相 反的质子具有较高的位能。常温下，顺 主磁场排列的质子数目较逆主磁场排列 的质子稍多，因此，出现与主磁场B方 向一致的净宏观磁矩，如图所示。 M3.拉莫尔进动 处在外磁场中的核磁 矩方向，并不完全朝 向主磁场方向，而是 象受到地球引力的旋 转的陀螺一样，进行 着以外磁场的方向为 轴的旋进和高速自旋 的复杂运动。方程 /：进动的频率：主磁场强度：旋
3、磁比（对于每一种原子 核是恒定的常数）4.共振 处于平衡状态的净磁 矩,并不能在接收线 圈中产生信号,该磁 矩在具有拉莫尔频率 的90RF脉冲的激励 下旋进到XOY平面, 也即垂直于主磁场的 方向。5.磁矩的分量 被激励的质子群的宏 观磁矩分别投影在 轴和XOY平面上形成 两个分量： z、 xy6.弛豫 射频脉冲停止后,已 吸收能量发生共振的 质子群磁矩释放能量 ,回到原平衡状态的 过程称弛豫过程.分 Mz、Mxy的还原为纵 向、横向弛豫，弛豫 时间、的定 义见图示7.人体部分组织、值8.磁共振信号 90RF脉冲使质子净磁 矩旋进到XY平面,脉冲 停止后,RF线圈将探测到 弛豫过程所产生的信号
4、, 该信号逐渐减小,称为自 由感应衰减(FID)磁共振信号强度9.信号与频谱 对于一个单一正弦信号可用其幅度和频率描述, 而对于一个复杂的信号可用其频谱来描述,即把 信号进行分解为各种不同的频率成份和不同的 幅度.也即把随时间变化的幅度函数变成随频率 变化幅度函数(二维付立叶变换，2DFT)10.自旋回波 由于磁场的不均匀使 90脉冲后的宏观净 磁矩很快相位离散, 在TE/2后,施加 180RF脉冲使相位重 聚,并出现可测量的 MR信号.磁共振成像的基本原理 当RF脉冲停止时，MR信号就可接收到了 。问题是：接收线圈范围内的所有原子 核会以相同的频率辐射信号，并且不会 携带任何空间位置信息。
5、为了重建图像，必须确定组织间的空间 位置，涉及两个方面： ）层面选择 ）层面上共振信号的空间编码.层面选择 由于共振频率是磁场 强度的函数，在人体 长轴方向上附加一梯 度磁场，则每一 横断面的共振频率均 不一样，层面厚度取 决于磁场梯度和射频 带宽。2.相位离散与相位重聚 由，被选层面 的自旋磁矩的旋进频 率将有微小差异，并 呈螺旋楼梯的台阶状 散开，为了获得最大 信号强度，采用一相 反极性的梯度磁场， 使该层自旋磁矩相位 重聚。.频率编码 垂直于梯度的频率编码梯度使得信号共振频 率沿轴增加，经，各点的信号强度描点连线成 沿轴方向的一维轮廓线，也称读出梯度。如果 旋转并不断重复这一过程，就可通
6、过大家熟知的 成像的方法，来投影重建图像。不用此法。.相位编码 施加垂直于的相位 编码梯度， 停止时，所有核磁处 于同一相位及频率旋进 ，此时施加，轴 上，不同位置的核磁旋 进频率各异，关闭 ，各核磁又以同频旋进 ，然而，位置却发生了 变化，并记忆了此时的 位置。.付里叶变换 脉冲后，施加频率编码梯度和 相位编码梯度，即可完成被选层面 的空间编码，和是付 里叶变换的基础。6.成像过程 由A原始数据(正 弦信号)经过 2DFT后成为B- 2D频谱，最终 图像C是B的亮 度灰阶描述。.空间 伴随数据区域的 空间编码，必须 有一个解码方法 来获得具有一定 空间分辨率的 图像。不同的 编码方法，图像
7、品质有很大差异 。.空间（续） 空间是在信号采集期间收集的原 始数据所组成，此时并不重建解剖 图像。每一图像都有其自己的空 间。水平轴代表频率编码方向 ，纵轴均匀刻度，每一刻度代表一 值，成比例对应于相位编码的 梯度磁场。空间实际是由各回波 信号组成。.空间（续） 空间可以模拟图像，另外， 空间可以对不同梯度的影响、弛 豫现象及变换采集方案提供定量评 价。不管如何采集，只要能确定 空间的映射图，就能准确构造用来 进行的数据。8.自旋回波（）图像 自旋回波序列为最常用 的脉冲序列。先发射90 脉冲，隔/2后再发 射180脉冲，至时 间测量回波信号，重复 这一过程，完成所有采 集。两脉冲间的时 间
8、为重复时间。9.梯度回波图像 梯度回波与自旋回波 的区别是采用90的 脉冲及不采用 180脉冲，而是施加 强度相同、方向相反 的读出梯度磁场，使 相位回归出现回波。 既保持了较好的图像 信噪比，又缩短检查 时间。磁共振成像采用静磁场使该磁场的 局部变化，磁场梯度对组织样本的原子 核进行空间信息编码，射频脉冲发生器 发出的射频脉冲与其共同作用来产生信 号，然后射频接收系统探测出这些重新 发射出来的射频能量信号 ，并将这些 信号传输给计算机系统进行数字化处理 和影像显示。1. 磁体：产生静磁场 2. 磁场梯度系统：由梯度放大器和梯度线圈 所组成用于空间选择和空间编码 3. 射频放大器和射频发射线圈
9、：产生测量脉 冲，激励原子核 4. 射频接收线圈和放大器：探测来自原子核 的信号 5. 采集和控制系统：进行数字化信号处理影 像处理及数据采集、控制 6. 生理学硬件：用来获得病人的心电图、呼 吸周期波7. 重建系统 8. 操作/显示控制台以显示图像和操作者输入控 制参数 9. 存档系统 10.磁屏蔽：减少磁共振成像仪周围杂散磁场的 影响 11. 射频屏敝：使系统免受外部射频的相互干扰 12. 扫描床检查时在磁体内摆放病人 13. 病人监视设备以便检查时观察病人磁共振造影剂能引起质子弛豫时间缩短的离子或小分子称为 顺磁性物质。用于MRI检查的顺磁性物质称为顺磁性造影剂 ，主要机理为改变局部组织的磁环境。Gd+3顺磁性最强，具有7个不成对的电子。Gd-DTPA弛豫性强，毒性小，安全系数大，细 胞外分布，不通过正常的血脑屏障，由肾脏迅 速排泄，常用剂量0.1mmol/kg。谢谢！
