磁共振成像物理学基础.
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磁共振成像的物理基础
磁共振成像(MRI)的物理基础是核磁共振现象。
核磁共振是指原子核在外磁场作用下,发生能级跃迁,吸收能量后重新发射出电磁波的过程。
MRI利用了氢原子核(H)在外磁场中的自旋和轨道运动所产生的磁矩。
氢原子核的磁矩在外磁场中会发生取向和排列,当外磁场的强度和方向发生变化时,氢原子核的磁矩也会发生旋转,产生磁化强度。
当外磁场消失时,氢原子核的磁化强度会逐渐减弱,直到恢复到原来的状态。
MRI通过在人体内部放置强磁场和射频脉冲,激发人体内的氢原子核,使其吸收能量,然后再通过射频脉冲的反向信号检测氢原子核的位置和数量,进而生成人体内部的图像。
MRI成像的分辨率高,可以检测出人体内部的微小结构和异常情况,广泛应用于医学诊断和研究领域。
物理学领域的基础研究成果物理学是自然科学的一个重要分支,是研究自然界中物质、能量及其相互作用规律的科学。
在近现代科技的飞速发展中,物理学作为一门基础学科,对科技领域的研究与应用具有重要的支撑作用。
在物理学研究领域中,一些基础研究成果堪称经典。
1. 玻尔理论玻尔理论是原子物理学的基础之一,提供了一种对于原子内部电子的定量描述方法,使得可视化地展示原子的内部结构。
该理论通常被称为“量子力学”。
1913年,丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出了此理论,并引入了概率性描述基本物理过程的概念。
他给出了原子发射和吸收光子的解释。
这项理论成功地解决了时期中许多有关原子的悬而未决的问题,开启了量子力学的研究之路。
2. 特殊相对论特殊相对论是物理学的另一个里程碑。
它是由爱因斯坦在1905年发明的,揭示了物质和能量可以相互转化,并提供了认识现代物理学所需的某些基本步骤。
特殊相对论的革命性质量在于它推翻了牛顿三定律的绝对观念,即对于所有观测一般的物理定律,都适用于相应的惯性参考系中。
这一理论在科技中有广泛的应用,如全球定位系统等。
3. 晶体学基础晶体学是物理学的一个分支,研究晶体结构和晶体的光学性质等。
晶体学的基础理论可以追溯到大约200年前,当时一名机械师发现了结晶体的微小结构。
X射线晶体学的发展为研究物质的结构提供了重要工具。
20世纪早期,英国科学家威廉·劳伦斯·布拉格及其儿子用X射线解析了晶体的结构,这一发现被公认为是物理学的重大进展之一,其应用已经扩展到化学工业、材料科学、地球化学、生物医药学等多个领域。
4. 磁共振成像磁共振成像已经成为世界范围内临床诊断的重要工具。
该技术通过使用强磁场和无害的无线电波来创造人体内部的像,来帮助医生检测、诊断和治疗多种内部疾病。
磁共振成像技术是在20世纪早期的物理学基础研究工作中,通过应用量子力学的晶体学理论以及物理学研究基本粒子的知识,提出来的。
它突破了人类视觉的局限,让人们可以用更清晰、更全面的方式看到和理解人体内部的事物。
第二章(物理学原理)第1-4节(物质基础-核磁弛豫)地球表面带有电荷并自旋-------形成电流环路------产生感应磁场(地磁)。
磁性原子核特性:以一定的频率自旋,由于表面带有正电荷,即形成电流回路,从而产生磁化矢量。
我们把这种带有正电荷的磁性原子核自旋产生的磁场称为(核磁)。
但并非所有原子核均能自旋而产生核磁,即并非所有的原子核都为磁性原子核,条件就是中子数和质子数至少有一项是奇数。
一般指的磁共振图像即为1H的磁共振图像。
原因是氢质子1、在人体中的摩尔浓度最高,是人体中最多的原子核;2、磁化率最高;3、存在于各种组织中,具有生物代表性。
但并非所有的氢质子都能产生MRI信号。
常规MRI的信号主要来源于水分子中的氢质子(简称水质子),部分组织的信号也可来源于脂肪中的氢质子(简称脂质子)。
人体中的水分子可以分为自由水和结合水。
所谓结合水是指蛋白质大分子周围水化层中的水分子,这些水分子粘附于蛋白质大分子部分基团上,与蛋白质大分子不同程度的结合在一起,因此被称为结合水,其自由运动将受到限制。
自由水和结合水在人体组织中可以互换,处于动态平衡。
由于化学位移效应,不同分子中的氢质子进动频率存在差别,蛋白质大分子中氢质子的进动频率大多偏离MRI的中心频率(自由水的进动频率),一般情况下不能被射频脉冲激发,因此不能产生信号。
由于自由运动受到限制,蛋白质和结合水的T2值都很短,一般<1ms,常规MRI采集回波信号至少需要数毫秒,还没有来得及采集回波信号,蛋白质和结合水的信号已经全部衰减。
因此即便蛋白质和结合水中的氢质子被射频脉冲激发,也不能产生 MRI信号。
因此,对于不含脂肪的组织,其MRI信号的直接来源就是自由水;结合水和蛋白质都不能直接产生信号,但结合水和蛋白质可以影响自由水的弛豫,也可通过磁化传递效应,最后也会影响到组织的信号强度。
进入主磁场后处于低能级的氢质子仅比处于高能级的氢质子多出数个ppm(百万分之一),而磁共振成像利用的就是多出来的这少部分氢质子,因此实际上磁共振信号是非常弱的。
浅谈MRI原理,希望高人指点来源:何磊的日志MRI物理学原理-物质基础-核磁弛豫地球表面带有电荷并自旋-------形成电流环路------产生感应磁场(地磁)。
磁性原子核特性:以一定的频率自旋,由于表面带有正电荷,即形成电流回路,从而产生磁化矢量。
我们把这种带有正电荷的磁性原子核自旋产生的磁场称为(核磁)。
但并非所有原子核均能自旋而产生核磁,即并非所有的原子核都为磁性原子核,条件就是中子数和质子数至少有一项是奇数。
一般指的磁共振图像即为1H的磁共振图像。
原因是氢质子1、在人体中的摩尔浓度最高,是人体中最多的原子核;2、磁化率最高;3、存在于各种组织中,具有生物代表性。
但并非所有的氢质子都能产生MRI。
常规MRI的主要来源于水分子中的氢质子(简称水质子),部分组织的也可来源于脂肪中的氢质子(简称脂质子)。
人体中的水分子可以分为自由水和结合水。
所谓结合水是指蛋白质大分子周围水化层中的水分子,这些水分子粘附于蛋白质大分子部分基团上,与蛋白质大分子不同程度的结合在一起,因此被称为结合水,其自由运动将受到限制。
自由水和结合水在人体组织中可以互换,处于动态平衡。
由于化学位移效应,不同分子中的氢质子进动频率存在差别,蛋白质大分子中氢质子的进动频率大多偏离MRI 的中心频率(自由水的进动频率),一般情况下不能被射频脉冲激发,因此不能产生。
由于自由运动受到限制,蛋白质和结合水的值都很短,一般<1ms,常规MRI采集回波至少需要数毫秒,还没有来得及采集回波,蛋白质和结合水的已经全部衰减。
因此即便蛋白质和结合水中的氢质子被射频脉冲激发,也不能产生MRI。
因此,对于不含脂肪的组织,其MRI的直接来源就是自由水;结合水和蛋白质都不能直接产生,但结合水和蛋白质可以影响自由水的弛豫,也可通过磁化传递效应,最后也会影响到组织的强度。
进入主磁场后处于低能级的氢质子仅比处于高能级的氢质子多出数个ppm(百万分之一),而磁共振成像利用的就是多出来的这少部分氢质子,因此实际上磁共振是非常弱的。
第1章磁共振成像物理学基础模拟题21.世界上第一台头部MRI设备投入临床使用的年代是A.1974年 B.1976年C.1978年英国D.1980年E.1982年2.共振成像的英文全称正确的是A.Magnetic Resonance ImageB.MagneticResorbent ImageC.Magnetic Resonance ImagingD.Magnetic Resorbent ImagingE.Magnestat Resorbent Imaging3.“磁共振波谱”正确的英文表达是A.Magnetic Resonance WavesB.Magnetic Resonance MicroscopyC.Magnetic Resonance CoreD.Magnetic Resonance SusceptibilityE.Magnetic Resonance Spectroscopy4.1946年由Bloch和Purcell教授发现了核磁共振现象,其后的20年间NMR主要被用于A.MRI B.MRAC.MRS D.DTIE.fMRI5.MR图像通常是指下列何种原子核成像:A、1HB、2HC、13C。
D、19F。
E、31P6.关于进动频率的叙述,正确的是:A、与主磁场的场强成正比。
B、与梯度场的场强成正比。
C、与磁旋比成反比。
D、与自旋频率成正比。
E、以上均正确。
7.对Larmor公式f=r·B0的描述,错误的是:A、f代表进动频率。
B、r代表磁旋比。
C、B0代表梯度场强。
D、进动频率与磁旋比成正比。
E、Larmor频率也就是进动频率。
8.蛋白质大分子的运动频率:A、显著高于氢质子的Larmor频率。
B、显著低于氢质子的Larmor频率。
C、接近氢质子的Larmor频率。
D、约为亿万Hz。
E、约为6MHz~65MHz。
9、下列有磁核磁现象的表述,正确的是A、任何原子核自旋都可以产生核磁B、MRI成像时,射频脉冲频率必需与质子自旋频率一致C、质子的自旋频率与磁场场强成正比D、质子的进动频率明显低于其自旋频率E、在场强一定的前提下,原子核的自旋频率与其磁旋比成正比10、同一种原子核处在大小不同的外磁场B0中,其旋磁比γ大小A、将发生变化B、随外磁场B0增大而增大C、随外磁场B0增大而减小D、与外磁场B0无关仅与原子核自身性质有关E、约为4211。