影像物理磁共振成像(MRI)的原理.ppt

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1、磁共振成像（MRI）的原理磁共振現(xiàn)象：某些特定的原子核在外界靜磁場中受一個適當(dāng)?shù)纳漕l脈沖激勵后吸收或釋放電磁能的現(xiàn)象一、磁共振成像機(jī)的基本結(jié)構(gòu)磁體梯度系統(tǒng)射頻系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)檢查床與操作控制臺1、磁體永久<0.3T阻抗超導(dǎo)：0.35~2T場強(qiáng)：超低場：002~009；低場：01~03中場：03~10；高場：10~2T磁場強(qiáng)度：磁力在空間某處的強(qiáng)度。1Tesla=10000gause，約地球磁場強(qiáng)度的20000多倍。均勻性：成像磁場空間一定范圍的磁場強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差與主磁場強(qiáng)度的比。以ppm為單位（百萬分之一）。穩(wěn)定性：磁場強(qiáng)度在單位時間內(nèi)的相對

2、變化率。2、梯度系統(tǒng)一個絕對均勻的磁場不能提供任何空間信息。因?yàn)樗械馁|(zhì)子都具有相同的共振頻率，發(fā)射出不能區(qū)分的MR信號。要確定共振的質(zhì)子相應(yīng)空間位置必須改變磁場的空間結(jié)構(gòu)。它由梯度放大器及X、Y、Z三組梯度線圈組成。3、射頻系統(tǒng)射頻線圈:發(fā)射線圈:發(fā)送射頻脈沖，激發(fā)自旋。原子核自旋系統(tǒng)吸收相同頻率的RF磁場能量而從平衡態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過程稱MR。接收線圈：小線圈具有較好的信噪比。射頻放大器：調(diào)制不同類型的射頻并通過發(fā)射線圈發(fā)射至興趣區(qū)。射頻接收放大器：將MR信號先放大再進(jìn)行數(shù)字化及進(jìn)一步處理。射頻屏蔽：防止外界電磁波對MR影響而產(chǎn)生偽影;

3、避免RF對磁體室外接收器產(chǎn)生干擾。4、計算機(jī)系統(tǒng)：圖像的重建與顯示5、檢查床與操作控制臺二、怎樣的原子核產(chǎn)生磁場自旋特性的原子核，且質(zhì)子與中子必須一個是奇數(shù)自旋是自然界普遍存在的現(xiàn)象，但16O、12C不能用于MRI（磁矢量為零）；自然界2/3的同位素具有奇數(shù)質(zhì)子或中子1H、13C、19F、23Na、31P有凈核自旋稱自旋磁體。三、自旋質(zhì)子在磁場中的運(yùn)動1、質(zhì)子的進(jìn)動：圓錐（陀旋）運(yùn)動2、自旋質(zhì)子須保持一個恒定的頻率-拉莫頻率：Larmor公式：w0(f)=rB0質(zhì)子產(chǎn)生信號（被接收與利用）3、自旋弛豫：從激發(fā)態(tài)恢復(fù)至平衡態(tài)的一個動態(tài)自然

4、過程。附：名詞解釋晶格：MRI中原子核周圍的環(huán)境稱為晶格。平衡態(tài)：質(zhì)子在溫度與磁場強(qiáng)度不變的情況下充分磁化后，磁化矢量保持衡定，這種穩(wěn)定狀態(tài)為平衡態(tài)。激發(fā)態(tài)：質(zhì)子吸收能量(RF)后的不穩(wěn)定狀態(tài)為激發(fā)態(tài)。四、病人（質(zhì)子）進(jìn)入外加磁場時會發(fā)生什么情況1、質(zhì)子在正常情況下是隨意排列的（雜亂無章），宏觀磁化矢量和為零.“自由態(tài)”2、質(zhì)子進(jìn)入外加磁場時會發(fā)生二種情況：順、逆外加磁場的方向。(磁化）3、順磁場方向的低能態(tài)，逆磁場方向的高能態(tài)（磁化）穩(wěn)定狀態(tài)四、病人（質(zhì)子）進(jìn)入外加磁場時會發(fā)生什么情況4、質(zhì)子進(jìn)動（圓錐運(yùn)動）Larmor公式：w0(f)

5、=rB05、自旋質(zhì)子弛豫微觀上講:共振即誘發(fā)兩種質(zhì)子能態(tài)間的越遷,產(chǎn)生磁共振所需能量即為質(zhì)子兩種基本能態(tài)之差.能量來源于射頻脈沖.五、核磁共振現(xiàn)象微觀上：共振即誘發(fā)質(zhì)子二種能態(tài)間的躍遷，產(chǎn)生磁共振所需能量即為質(zhì)子二種基本能態(tài)之差.RF頻率僅在與質(zhì)子群的進(jìn)動頻率一致時，才出現(xiàn)共振.六、核磁共振現(xiàn)象宏觀上：受RF激勵的質(zhì)子群發(fā)生共振時，其磁化矢量M不再與主磁場B0平行。RF越強(qiáng)，持續(xù)時間越長，RF停止時，M偏離B0越遠(yuǎn)。七、自旋質(zhì)子弛豫90oRF停止時，M垂直于B0,Mz=0，平行于xy平面，Mxy最大。180oRF停止時，M平行于B0，但方

6、向相反，橫向磁化矢量Mxy=0，Mz最大。小結(jié)①質(zhì)子帶有正電荷，并不停地作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。②旋轉(zhuǎn)著的質(zhì)子產(chǎn)生磁場猶如一個小磁棒。③病人入磁場后，體內(nèi)的質(zhì)子（小磁場）以二種方式排列（順低能態(tài)，逆高能態(tài)）。④RF激勵質(zhì)子進(jìn)動，如陀螺在重力下旋轉(zhuǎn)⑤進(jìn)動頻率可依Larmor公式計算；外加磁場愈強(qiáng)，進(jìn)動頻率愈高。⑥磁共振現(xiàn)象：指某些特定的原子核置于靜磁場內(nèi)，并受到一個適當(dāng)?shù)腞F磁場的激勵時，所出現(xiàn)的吸收和放出RF磁場的電磁能的現(xiàn)象。八、產(chǎn)生MR的三個條件外加磁場：質(zhì)子：自旋特性的原子核（質(zhì)、中子之一）為奇數(shù)。RF：頻率須與質(zhì)子進(jìn)動頻率相同。九、核磁弛豫R

7、F符合Larmor頻率，被激勵的質(zhì)子群發(fā)生共振，宏觀磁化矢量M離開平衡狀態(tài)。但RF停止后，M又自發(fā)地回復(fù)到平衡狀態(tài)，這個過程稱為“核磁弛豫”90oRF停止后，M圍繞B0軸旋轉(zhuǎn)，M末端沿著上升螺旋逐漸靠向B0。RF結(jié)束的一瞬間，Mxy達(dá)最大值，Mz=0?；謴?fù)到平衡時，Mz達(dá)最大值，Mxy=0在弛豫過程中磁化矢量M強(qiáng)度并不恒定，縱、橫向部分必須分開討論。弛豫過程可用兩個時間值描述，即縱向弛豫時間（T1）和橫向弛豫時間（T2）縱向弛豫（自旋晶格弛豫）縱向弛豫時間（T1）：指90oRF后，達(dá)到原縱向磁化矢量63%的時間.質(zhì)子從RF波吸收能量，處于

8、高能態(tài)（即被激勵）的質(zhì)子數(shù)目增加。T1弛豫是質(zhì)子群釋放已吸收的能量以恢復(fù)原來高、低能態(tài)平衡的過程.在恢復(fù)過程中，質(zhì)子處于一個磁波動環(huán)境中，受到分子的Brown氏運(yùn)動的影響.MR成像：磁波動的頻