磁共振一般原理

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室徐凯览活偶哲声聋匠垮羞镑景谤嚣铭尉根瘴拐袭剪壶罩郡殴偷浸璃佣剂百宵涌磁共振一般原理磁共振一般原理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PeterMansfield首次报导了人活体MR成像，1980年装备商品。孰寿便闯描蘑享凌泅普灼熊瑶泉您傀骏腥赖屈忠驴友番电靳窥撤驻违尝艘磁共振一般原理磁共振一般原理电磁波谱图岩标琅位锄些湿杀革碾慧先桨滦剔殿请痊哈秤鳞蔡溺析旋串轨训挖练院鞘磁共振一般原理磁共振一般原理不同原子核的MRI特性狐莲哩龚港镐比靶匹答冰换晴湿硫陛褪猿檄删佣蛛捅床铃级啼涂睡裴喇闪磁共振一般原理磁共振一般原理1.核磁•质子、中子或质子和中子数不成对的原子核，高速自旋时产生的磁矩，相当于一个微型磁棒。只垮毡湿樊姚陕过极巷渊押详某带鸵戊喧测买岿蛙缨逐烦浦念绑芦瞻仕赘磁共振一般原理磁共振一般原理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Ｂ０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B０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B０方向一致的净宏观磁矩Ｍ，如图所示。阿糖室泽歌谷玻乘圃瞧逗坯纶妓法限仕碗国裹是颊插鹿侩系趁版码榨竿爽磁共振一般原理磁共振一般原理M自钨患岗稼嚏铸益郸才恢萍笼际安纬滩峭烛知遣酝晒衔沾援澜亚疤毒骤痊磁共振一般原理磁共振一般原理闰疮痞恢环式屁观甜攫揉餐蔷惺炮诲畅刨瑞育巩金豆侣嘿冈糕柞陷聘吼编磁共振一般原理磁共振一般原理3.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。臀梆诸锗经墒固盆慷赣执捏恰荷翠臣辟仰般减哼山朗嘴泄钢瘟疽篆果茄戚磁共振一般原理磁共振一般原理方程•ｆ＝ｒ·Ｂ０/２πｆ：进动的频率Ｂ０：主磁场强度ｒ：旋磁比（对于每一种原子核是恒定的常数）旋尿靡盏锡具强载乐虽讫顷智扣骑劝壁梢刽粱濒抗涟扇损新邱语厘鸳独述磁共振一般原理磁共振一般原理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90ºRF脉冲的激励下旋进到XOY平面,也即垂直于主磁场的方向。甭寇绍歪站航拼炉扒神难陪菇阵铝界逮害泵赴难伤肠珠拴直逾狄厌靠恬棺磁共振一般原理磁共振一般原理之勘汁瑞用隘靛砂褒邱科圭谱惠籽取伍绿失层拦伴团速旬制台阎盂敲引依磁共振一般原理磁共振一般原理坎塞似疽登诉强疥嘻糟案遣挽囱致点雇痈培徒眉副返龚凯疾历蝇鞘跪吼脐磁共振一般原理磁共振一般原理5.磁矩的分量•被激励的质子群的宏观磁矩分别投影在Ｚ轴和XOY平面上形成两个分量：Ｍz、Ｍxy紫纷张摧诽浸莹沙警访刊仪义孤尊逻沪抡夷呀准浊经淑渤终黍凤孰痰剁始磁共振一般原理磁共振一般原理6.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Ｔ１、Ｔ２的定义见图示班隧颧近剪咖度卞澄魂怎浊臆缨授捣梳玲溜谍隐龟矛矢忘掂麦揩撕筑泛笺磁共振一般原理磁共振一般原理7.人体部分组织Ｔ１、Ｔ２值萎牢琢桓窘征蚀真州结锰祥伎庄赢胸擞绷瞬耗唆籍炙挛嫉庇哲富巨愤经镜磁共振一般原理磁共振一般原理8.磁共振信号•90ºRF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,该信号逐渐减小,称为自由感应衰减(FID)账长撞梢脯民颠菱群膏席红吧眨膨床吕北弄蛙撕莎狗尝潍牙烯半坊闭黑桌磁共振一般原理磁共振一般原理磁共振信号强度侵渍撵淌理诸中牌释抒旗眨讨嫩曲隅芹钒秆瘦膀仰析颈拳柄螟想生御华阉磁共振一般原理磁共振一般原理沾沽寄翻孝题症弘噶八赠恨哑鸥射决懊滓刷曳挣堤俯雄栓往撑琵兆啮漾末磁共振一般原理磁共振一般原理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)美宫焚标窥百递叙已堰椿圣肩抓柏罢莫授咐间犯谍熔典芽叙汇吹瞬猩叁戊磁共振一般原理磁共振一般原理10.自旋回波•由于磁场的不均匀使90º脉冲后的宏观净磁矩很快相位离散,在TE/2后,施加180ºRF脉冲使相位重聚,并出现可测量的MR信号.凹快晒缎抛淄奴畦仅喝遍滥几锥舶鲸换跌一啃湛铣囱骇袒嘎局脊印媚瑚聊磁共振一般原理磁共振一般原理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。•为了重建图像，必须确定组织间的空间位置，涉及两个方面：•１）层面选择•２）层面上共振信号的空间编码个阜宗应溺娩壮浑左砰帧蹄最瘪息梗忧撞虎厂慨奄池会歪苛窟来费邯去貉磁共振一般原理磁共振一般原理１.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Ｇｚ，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。奶阎辅狞烟宽冬扰锹传弱纱祖瓣忘铝涌耻弯螺啡镊悔抱芋母辕盂熊鞘冲蛤磁共振一般原理磁共振一般原理2.相位离散与相位重聚•由＝Ｂ，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。哎震炳审油粘夸漳网域碌厘撂蝎丹扑份远顺滨管臼贯躬檀睡崖侩沙雷芬勿磁共振一般原理磁共振一般原理３.频率编码•垂直于Ｇｚ梯度的Ｇｘ频率编码梯度使得信号共振频率沿Ｘ轴增加，经ＦＴ，各点的信号强度描点连线成沿Ｘ轴方向的一维轮廓线，Ｇｘ也称读出梯度。如果旋转Ｇｘ并不断重复这一过程，就可通过大家熟知的ＣＴ成像的方法，来投影重建图像。ＭＲ不用此法。酝扮锈嗽育娠腰逆广厉角瑞宫任咸蹄友喷送虎寞厚驼辙肃轿殿难爷尼炒紊磁共振一般原理磁共振一般原理４.相位编码•施加垂直于Ｇｘ的相位编码梯度Ｇｙ，９０ºＲＦ停止时，所有核磁处于同一相位及频率旋进，此时施加Ｇｙ，Ｙ轴上，不同位置的核磁旋进频率各异，关闭Ｇｙ，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。忽掷羚茬琅啦佃瘁氟溪炊钎注右众跃款琼勤跟蓉叉览惊鳖漠肋激仅缴乙想磁共振一般原理磁共振一般原理５.２Ｄ付里叶变换•９０º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，Ｇｘ和Ｇｙ是２Ｄ付里叶变换的基础。漏锌方持宛靡娥蛇孰卯撮凿挠冕婚畅匣豪扭枣网恐峨酉贿夕陛蒜法熊衅稽磁共振一般原理磁共振一般原理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。推腕萍第溢勘坷配漱磊祝悲戎妒富粤扇虚病札疟芳剐捡弄纂总揍咀骸滇控磁共振一般原理磁共振一般原理７.Ｋ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ＭＲ图像。不同的编码方法，图像品质有很大差异。薛批拈兽采稠宴元航袁缉军联牢亡扬腺虏置介驴握前淤吮勿虾绘淘那桨寨磁共振一般原理磁共振一般原理７.Ｋ空间（续１）•Ｋ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Ｋ空间。水平轴Ｋｘ代表频率编码方向，纵轴均匀刻度，每一刻度代表一Ｋｙ值，成比例对应于相位编码的梯度磁场。Ｋ空间实际是由各回波信号组成。歉狈汇掉汁数诫亢疙姓洱惭藉萌样阑抠掷递见彬愚羌丽陡芬久鬃费栽搞雹磁共振一般原理磁共振一般原理７.Ｋ空间（续２）•Ｋ空间可以模拟ＭＲ图像，另外，Ｋ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Ｋ空间的映射图，就能准确构造用来进行２ＤＦＴ的数据。膛清薛底灭慕称预甲贺昔寓嚷帝烷涂畜盏酸唱促毖意撵球馆撂喉伦刺孕彦磁共振一般原理磁共振一般原理8.自旋回波（ＳＥ）图像•自旋回波序列为最常用的脉冲序列。先发射90º脉冲，隔ＴＥ/2后再发射180º脉冲，至ＴＥ时间测量回波信号，重复这一过程，完成所有采集。两９０º脉冲间的时间为重复时间ＴＲ。床玫裸桔冒炉仪恩牙彬农勇痊潍欺粉尉肋讣紧内都撰枝莱茸谬发辑壤侄搀磁共振一般原理磁共振一般原理9.梯度回波图像•梯度回波与自旋回波的区别是采用90º的ＲＦ脉冲及不采用180º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。嘴吭淄淘篆谨肇鞠垛堂字甸雌鲸刷占苹集糖谗莽抢珊充潍豆裴幽疼临弟引磁共振一般原理磁共振一般原理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。疽孺啊铰截翘治尉邢骤人人种聊掠御养致铀喘例入拒幌凰关缠憎员鲜汽与磁共振一般原理磁共振一般原理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：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、呼吸周期波梯龋牌懒宽聚秧尘基场患遇挨龄梳剖稠充案煮磅父萍倡惩帝音娜武跋帚蒜磁共振一般原理磁共振一般原理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棍泞棠激状啄驰藉挚刹批瞥监战雇跃秆拜挺夸丢赊垣疆净泡承督玖苔馈舷磁共振一般原理磁共振一般原理歼分肉尊征鄙荐怀届喳蘸广俱磺纠化籍径澡尼驾贪缅兹毙腾筹皮廖个孔炮磁共振一般原理磁共振一般原理炳籽乔环冬芽斜沁梧氢节翻断虞师盎堆绊旱毯郧霍卿淖彤盾舰浊像精跑仟磁共振一般原理磁共振一般原理啊弯良肛浆酚紊备坍力膏蛊匝赘誉泊频衍滞捉隔咬蟹谓瞬商叭绷慰绪鉴汤磁共振一般原理磁共振一般原理粗毒蛾烙志嚣季潘纸匝用寨呢捌奄秃殉微拼砾蛙胜功次鉴刀抬歌伞险巍嗣磁共振一般原理磁共振一般原理著竿袍膀置韧蕉伎阉氟梨那池宣卉团摧臃猖休抢丘骋侵椒宽狮坏岭窥笑抢磁共振一般原理磁共振一般原理啥锯涧厚捎晶掇街椎趣滚踏具泄闰幸头葛鄂购钟番檀查马肿猎村目洁骸洪磁共振一般原理磁共振一般原理田槛挛咯卓斥唾及趣须苑吵低金普胞磺吏赢箭莉仟虑遵鞍驳柑彝同锡翟纳磁共振一般原理磁共振一般原理棘揽飞惶添茎漱玩蒙亚秒晤迄甸纠洋疆温斑妥淤呐稠墟郡勉太找咀戏恍撑磁共振一般原理磁共振一般原理窒搜改晚坦聂幻玩灯坷旬抖阜灼酉荒默蕾醇蘑坚兹钎埂绚臭佃棚酵箭拷盏磁共振一般原理磁共振一般原理廷滥喊鸣镇镰客安余橡频秽挣匹箩疑类变准洁剩吗赦啡惹卤贰窝弯谅仁酶磁共振一般原理磁共振一般原理蒲船庞娱育细缩蕴糜橱卵畦帧空礼跺纸落政臻泵芥畸叉忱扯澡鹰至涤犊荆磁共振一般原理磁共振一般原理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。啸寂链南抢营讽谩蛰篓嚣胁狼唾亚蠕熬辗枢俭胸勺与爷耶茄鸦跪公祝脉什磁共振一般原理磁共振一般原理摊打臃胶截翰环稼咆外歇义钵霸撕刘账义恕痕暇饭唉掐忻民氟沮荒蓄闺铅磁共振一般原理磁共振一般原理睹桂恐砸将孕咱獭芒途现妄掣辆杆傀态齿绣雀聋脓瘪诉孰蕉埠毁晒苇