MRI成像基本原理課件.ppt

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1、磁共振成像基本原理池州市人民醫(yī)院影像科錢彬難以理解但很重要影像人對磁共振原理的理解……電學(xué)磁學(xué)量子力學(xué)高等數(shù)學(xué)初高中數(shù)學(xué)初高中物理加減乘除平方開方與MRI原理有關(guān)的知識一、磁共振成像技術(shù)概述磁共振實際上應(yīng)稱核磁共振（NMR）核指NMR主要涉及到原子核為了與使用放射性元素的核醫(yī)學(xué)相區(qū)別，突出NMR不產(chǎn)生電離輻射的優(yōu)點，避免“核”引起人們的誤解和恐懼，而通稱磁共振磁共振成像一種生物磁自旋成像技術(shù)，利用原子核（氫核）自旋運動的特點，在外加磁場內(nèi)，用射頻脈沖激發(fā)后產(chǎn)生信號，用探測器（接收線圈）檢測并輸入計算機，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)

2、換在屏幕上顯示圖像英文簡稱MRI（magneticresonanceimaging）具有磁性原子核，處于靜磁場中，施加射頻脈沖（RF），原子核吸收RF能量，產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象三個基本條件：磁性原子核靜磁場（外磁場）射頻脈沖（RF）二、磁共振現(xiàn)象條件一：磁性原子核物質(zhì)：由分子組成分子：由原子組成原子:由一個原子核和數(shù)目不等的電子組成原子核:由數(shù)目不等的質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電，電子帶負電荷物質(zhì)分子原子原子核電子質(zhì)子中子原子的結(jié)構(gòu)電子：負電荷中子：無電荷質(zhì)子：正電荷原子核總是繞著自身的軸旋轉(zhuǎn)----自旋(

3、Spin)自旋是原子核的固有屬性通電的環(huán)形線圈周圍都有磁場存在質(zhì)子相當(dāng)于一個小磁體，其自旋產(chǎn)生的磁場稱為核磁核磁具有自身磁矩，具有方向和大小，方向由法拉第定律確定法拉第定律原子核自旋產(chǎn)生磁矩地磁鐵磁核磁所有的原子核都可產(chǎn)生核磁嗎？質(zhì)子為偶數(shù)，中子為偶數(shù)不產(chǎn)生核磁質(zhì)子為奇數(shù)，中子為奇數(shù)質(zhì)子為奇數(shù)，中子為偶數(shù)質(zhì)子為偶數(shù)，中子為奇數(shù)產(chǎn)生核磁結(jié)論：質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)至少一個為奇數(shù)這樣的原子核包括：1H、13C、19F、23Na、31P等百余種元素何種原子核用于MR成像？人體磁共振成像選擇1H的理由：氫原子核最簡單，只有一個質(zhì)

4、子，一個電子，不含中子1H是人體最多的原子核，約占人體總原子核的2/3以上1H的磁化率在人體磁性原子核中是最高的目前生物組織的MRI成像主要是1H成像氫原子核也稱為氫質(zhì)子1H的磁共振圖像也稱為質(zhì)子像條件二：靜磁場把人體放進大磁場靜磁場是由磁共振儀器的主磁體產(chǎn)生其強度與方向不變，強度單位B0主磁體類型：超導(dǎo)、常導(dǎo)、永磁靜磁場強度（B0）：0.15-3.0T目前臨床上最常用的是超導(dǎo)MRI系統(tǒng)主磁體外形開放式封閉式垂直坐標(biāo)系用X、Y、Z坐標(biāo)系來描述磁場的位置Z代表BO方向，即磁力線方向，常與體軸一致X-Y平面代表垂直于

5、磁場方向的平面，三個軸相互垂直進入主磁場前質(zhì)子核磁狀態(tài)人體內(nèi)的質(zhì)子不計其數(shù)，產(chǎn)生無數(shù)個小磁場，這種小磁場的排列是無序雜亂無章的，方向各異，使每個質(zhì)子產(chǎn)生的小磁矩相互抵消，因此，人體自然狀態(tài)下并無磁性，即沒有宏觀磁化矢量的產(chǎn)生無序排列進入主磁場后質(zhì)子核磁狀態(tài)進入主磁場后，人體內(nèi)的質(zhì)子產(chǎn)生的小磁場不再是雜亂無章，呈有規(guī)律排列。一種是與主磁場平行且方向相同；另一種是與主磁場平行但方向相反。處于平行同向的質(zhì)子略多于處于平行反向的質(zhì)子從量子物理學(xué)的角度來說，這兩種核磁狀態(tài)代表質(zhì)子的能量差別。平行同向的質(zhì)子處于低能級，因此受

6、主磁場的束縛，其磁化矢量的方向與主磁場的方向一致；平行反向的質(zhì)子處于高能級，能夠?qū)怪鞔艌龅淖饔?，其磁化矢量盡管與主磁場平行但方向相反由于處于低能級的質(zhì)子略多于處于高能級的質(zhì)子，因此進入主磁場后，人體產(chǎn)生了一個與主磁場方向一致的宏觀縱向磁化矢量（Mo）平行同向的質(zhì)子略多于平行反向的質(zhì)子低能狀態(tài)高能狀態(tài)MO靜磁場BO處于高能狀態(tài)太費勁，并非人人都能做到處于低能狀態(tài)略多一點平行反向（高能）平行同向（低能）進入主磁場后質(zhì)子核磁狀態(tài)進動進入主磁場后，無論是處于高能級的質(zhì)子還是處于低能級的質(zhì)子，其磁化矢量并非完全與主磁場方

7、向平行，而總是與主磁場有一定角度質(zhì)子除了自旋運動外，還繞主磁場軸進行旋轉(zhuǎn)擺動，我們把質(zhì)子的這種旋轉(zhuǎn)擺動稱為進動進動是質(zhì)子小磁場與主磁場相互作用的結(jié)果進動進動運動就像一個垂直旋轉(zhuǎn)著的陀螺，用小錘對著它的頂端撞擊一下，陀螺出現(xiàn)了傾斜，自旋軸偏離重力線方向，與重力線形成夾角，并繞重力線旋轉(zhuǎn)自旋核的進動一個氫質(zhì)子處在Bo中如陀螺樣旋進，它的磁矩軸傾斜，且繞Bo方向旋轉(zhuǎn)，與Bo間有一個夾角，為旋進角θ靜磁場（BO）進入主磁場后質(zhì)子核磁狀態(tài)進動頻率（Larmor頻率）計算公式：ω＝γ·Bω代表Larmor頻率，γ為磁旋比（γ

8、對于某一種原子核來說是個常數(shù)，質(zhì)子的γ約為42.5mHZ/T），B為主磁場的場強，單位為特斯拉（T），從式中可以看出，質(zhì)子的進動頻率與主磁場強度呈正比。進入主磁場后質(zhì)子核磁狀態(tài)由于進動的存在，質(zhì)子自旋產(chǎn)生的小磁場可以分解成兩個部分：1）方向恒定的縱向磁化分矢量（沿主磁場方向）2）在XY平面旋轉(zhuǎn)的橫向磁化分矢量縱向磁化分矢量產(chǎn)生一個與主磁場同向的宏觀縱向磁化矢量（MO）橫向