《核磁共振成像原理》PPT课件

∵S1→S2
S1PPRS2PRP S1P1 R1P1 S2P2 R2P2
∴R1P1=R2P2 且P1、P2在胶片中心位置不 变 ∴R点的影像即R1R2位置也 不变，即可获得清晰的断 层图像。
1、 NMR现象的发现（属于原子核物理研究范畴）
1945年12月，哈佛大学的 Purcell和他的小组， 在石蜡样品中观察到质子的核磁共振吸收信号
不仅为MRI奠定了基础，而且鼓舞了这一 领域的学者。
1988年Damadian和Lauterbur获美国最高科 技奖（总统奖）。
Lauterbur和英国Mansfield共同获2003年 Nobel医学及生理学奖。
2003 Nobel Prize in Physiology or Medicine
（2）奇偶核:质子数是奇数，中子数是偶数；或 质子数是偶数，中子数是奇数的核，自旋量子数 I=1/2，3/2，5/2…等半整数；
（3）奇奇核:质子数是奇数，中子数也为奇数的 核，I=1，2，3…等正常数。
只有自旋量子数 I 0 的原子核要进行自旋运动，原 子核的自旋运动用自旋角动量L描述，L的方向与自旋 轴重合。
原子核的一般特性 核中的质子数核的电荷； 核中的质子数目（Z）+中子数（N）核的质量（A）
2、核素
Z、N相同且有相同能量状态的一类原子核称为核素； 或Z、A相同且有相同能量状态的一类原子核称为核素；
4.1.2 原子核的电荷
原子核带正电荷，其电荷量Q=Ze 即核中的质子数核的电荷；
4.1.3 原子核的质量
RF信号包含人体内组织空间的定位信息， MR图像就是一个显示来自人体层面内每个体 素RF信号强度大小的象素陈列。图像象素的亮 度取决于相应体素所发射的RF信号的强度，而 RF的强度又取决于组织的性质。

exp
E exp kT
h
kT

磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共振频率

2
B0

2.68108 2.3488 100.00MHz
2 3.24
Ni Nj

e
xp
6.626 1034 1.38066
相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动频率 0； 角速度0；
0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之间的能级差： E= H0 （磁矩）
09:33:13
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三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
标样浓度（四甲基硅烷 TMS） ： 1%； 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳； 氘代溶剂：氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物；
09:33:13
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傅立叶变换核磁共振波谱仪
不是通过扫场或扫频产生共 振；
恒定磁场，施加全频脉冲， 产生共振，采集产生的感应电 流信号，经过傅立叶变换获得 一般核磁共振谱图。 （类似于一台多道仪）
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。 （2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和 射频频率不同。
（3） 固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处发生共振（图）。 也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场方式应用较多。
condition of nuclear magnetic resonance 四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer

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典型病例介绍
• 脑膜瘤
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典型病例介绍
• 脑膜瘤 同一病例 ＋C
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典型病例介绍
• 脑膜瘤
Hale Waihona Puke 49典型病例介绍• 脑膜瘤 同一病例 ＋C
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典型病例介绍
• 脑膜瘤
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典型病例介绍
• 脑膜瘤 同一病例 ＋C
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典型病例介绍
• 脑膜瘤
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典型病例介绍
• 脑膜瘤
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典型病例介绍
• 小结：脑膜瘤系脑外肿瘤，特点：（1）、 略呈长T1WI/T2WI较均匀性信号改变，有 钙化时可见斑点状无信号区。（2）、脑组 织有“扣压征”。（3）、可有或无水肿， 多数无水肿。（4）、强化后呈均匀性明显 强化。（5）、宽基底与脑膜相连。（6）、 可见脑膜“尾征”。
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怎样看磁共振图像
• • • • • • • （2）、根据TR、TE长短区别： △短TR、短TE、 T1WI加权像。 （TR<500、TE<30），高场可变。 △、长TR、长TE、 T2WI加权像。 （TR>500、TE>30），高场可变。 △长TR，短TE质子密度加权像。 （TR>500、TE<30），高场可变。
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典型病例介绍
• 垂体腺瘤
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典型病例介绍
• 垂体腺瘤
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典型病例介绍
• 垂体腺瘤 同一病例 ＋C
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典型病例介绍
• 垂体腺瘤征象小结 • 1、瘤体直径大于1CM。 • 2、瘤体多呈等T1WI略长T2WI信号改变； 囊变时呈长T1WI、 T2WI信号改变；出血 时呈短T1WI、 T2WI信号改变。 • 3、瘤体多有“卡腰征”。 • 4、强化呈均匀性强化，囊变者呈环状强化 • 5、向上推压视神经，向下突入蝶窦。

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图2－1质子的自旋、进动和宏观磁矩的产生
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图2－2宏观磁矩的进动
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2.核磁弛豫
加的子M态当1M现Hzz的跃作在能M吸的以z力迁用与吸收弛螺减矩到而B的收豫旋小z（为高能绕和这方为zM能量zM种式零轴轴zx态释能×y，倒）进弛上放量BM向垂动豫1，出。。xx直，y都达-来同它在y方进呈平到，时使B向动指面z最M随M和上的数（z大着z恢B偏（拉形图1时M复共离x莫式2x，轴，y同-z分频2轴所）M）作量率。x有加。用y加ω衰偏的一在0下大=减离质个γ量，，B，z子射z轴子在。说这同频后水实如明个（相的平验果质过R。M上室B子程Fz1一），要坐的进称旦场受有标频动为RB到的系率相“F1，力场质中等位核B矩B子宏于趋磁11对M被观从ω于弛0zM关磁低同，豫×z掉相矩施能”质Bz，。。 Mz（t）=M0（1－e-t/T1） Mxy（t）=M0 cosωte-t/T2 核间由时磁考T自2弛（虑旋豫图到与过2磁晶-3程场格）用的相。两不互纵个均作向时匀用弛间性决豫常，定是数横的核描向。磁述弛T矩2，豫是把纵时由能向间自量变M旋传z为弛与递T豫自2给﹡时旋。周间相围T互环1和作境横用的向决过M定程xy的弛，，豫T1是同时
胎儿及孕妇检查
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高
不使用造影剂，清 晰 清晰 极明显 可显示 不敏感 不敏感 无
不使用造影剂，可 区别心肌、心脏轮 廓和大血管
可进行（妊娠三月 内慎用）
低
使用造影剂，不清 晰 困难 一般明显 高度敏感 敏感 敏感 有
使用造影剂，只能 显示心肌和心脏轮 廓 一般loch
第一台MR机建成
Damadian

射频脉冲与磁化矢量
射频脉冲
向样品发射特定频率的射频脉冲，使磁化矢量发生旋 转。
磁化矢量旋转
射频脉冲使磁化矢量从一个静息态旋转到另一态，产 生能量变化。
信号的产生
磁化矢量回到静息态时释放能量，被探测器接收并转 换为可测信号。
信号的接收与处理
接收线圈
环绕在样品周围的接收线圈用于接收磁共振信号。
信号处理
超高场强磁共振成像
超高场强磁共振成像技术使用大于或等于7 特斯拉（T）的磁场进行成像。超高场强设 备在图像质量和分辨率方面具有显著优势， 能够提供更深入的生理和病理信息，有助于 疾病的早期诊断和精准治疗。
功能与分子影像学在技术利用磁场变化 来研究大脑和其他器官的功能活动。通过测 量血液氧合状态的变化，fMRI可以揭示大脑 在执行特定任务时的活动模式。此外，fMRI 还可以用于研究其他器官的功能和疾病进程。
射频电磁场安全
射频电磁场是磁共振成像过程中产生的另一种能量形式， 需要确保其强度符合国际和国家安全标准，避免对患者的 健康造成潜在影响。
热安全
在磁共振成像过程中，设备会向人体发射射频脉冲，这些 脉冲会产生热量。因此，需要监测和限制患者的体温升高， 确保热安全。
磁共振成像质量控制
01
图像分辨率
图像分辨率是磁共振成像质量的重要指标之一。为了获得高质量的图像，
参数优化
根据不同的扫描目标和需求，优化扫描序列中的参数，如磁场强度、射频脉冲的频率和持续时间等，以提高图像 质量和分辨率。
04
磁共振成像设备
磁体系统
01
02
03
磁体类型
超导磁体、永磁磁体和常 导磁体等。
磁场强度
磁场强度决定了成像质量， 通常在0.5-3.0特斯拉之间。

人体危害
由于射频线圈的电流所致的电阻率丧失，组 织中可产生热量，高场强的MRI扫描机比低 场强者更有可能产生能被测到的体温升高。
尽管证明没有危害，但对那些散热功能障碍 的病人，高热的病人，必须谨慎处理，防止 产生过多的热量，特别是在热而又潮湿的环 境下更应注意
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人体危害
磁共振检查时，要把人体置于强大的 外加静磁场和变化着的梯度磁场内
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03 MRI检查注意事项
人体危害
目前，经过各国医药工业管理部门批准生产的MR 成像仪都是安全的，均证明对人体没有不良作用
六类人群不适宜进行核磁共振检查
安装心脏起搏器的人 有或疑有眼球内金属异物的人 动脉瘤银夹结扎术的人 体内金属异物存留或金属假体的人 有生命危险的危重病人 幽闭恐惧症患者等
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属无创伤 无射线检查
成像参数多 信息量大
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MRI检查的限制
01 体内有金属异物，尤其被 检部位有磁铁性金属异物
02 重危病人需要生命监护 系统和生命维持系统者 扫描时间较长，噪声大。严
03 重不合作者，精神病患者， 危重病人，幽闭恐惧症患者
04 妊娠病人，尤其妊娠3个月内 急诊（脊髓损伤除外）
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发展前景
快速成像技术
MR扫描时间过长和人体的生理运动之 间的矛盾仍是目前MR成像诊断中的一 大问题。如果屏气一次或数次即可完 成图像采集的话，那么胸部和腹部的 成像质量就能改善。工程技术人员在 这方面进行了很多研究并且仍在不断 改进完善中
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MRI优点
具有较高 的分辨率 具有任意方向直 接切层的能力
进入扫描室前勿穿戴任何金属 物品如手表、发夹、眼镜、活 动假牙等，女性带有金属节育 环时，检查前一周取出节育环

2.自旋核在外加磁场中的取向(旋转方向)
取向数 = 2 I + 1
在没有外磁场时，自旋核的取向是任意的,并且自旋 产生的磁场方向也是任意的.
如:H的I=1/2,则:
1H核 ：自 旋 取 向 数 =2× 1/2+1=2
如即 果： 把H H核 核在 放外 在场 外有 磁两 场个 中自 ,由旋 于方 磁向 场相 间反 的的 相取 互向 。 作用, 氢核的磁场方向会发生变化:
N i e N j
x 6 .6 p 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 2 6 0. 0 3 0 2 6 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .9999
两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
核的自旋角动量(ρ)是量子化的，不能任意取 值，可用自旋量子数(I)来描述。
I(I1) h 2
I＝0、1/2、1……
h:普朗克常数
I = 0， ρ=0， 无自旋，不能产生自旋角动 量，不会产生共振信号。 只有当I ＞ O时，才能
发生共振吸收,产生共振信号。
I 的取值可用下面关系判断：
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能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij e x E p ik E T j e
x p E e x h p
k T k T
磁场强度2.3488 T；25C；1H 的共振频率与分配比：
共振 2 频 B 02 .率 6 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I）

磁共振成像(MRI)的基本原理 Magnetic Resonance Imaging
同济医科大学附属协和医院MR室 刘定西
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磁共振现象的发现及发展
1924年pauli在进行电在子波谱 试验中发现了许多原子核象带电的 自旋粒子一样具有角动量和磁动量。
1946年美国物理学家Block和 Purcell分别测出了在均匀物质中磁 共振的能量吸收，进一步证实了核 自旋的存在，并为此获得了1952年 诺贝尔物理学奖。
• 影响M的因素：静磁场强度、温度、自 旋密度（单位体积的自旋数）。
• 纵向磁化：平行于磁场方向的磁化矢量 • 横向磁化：垂直于磁场方向的磁化矢量
30
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磁共振成像中的坐标系统
Z
Y X
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第四节 核磁共振现象
• 单摆共振 • 核磁共振
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单摆共振的条件
• 系统与激发源的固有频率相同 • 系统吸收能量内能增加
10
3
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净自旋
• 原子核的运动:自旋 • 净自旋：具有自旋磁动量的自旋。 • 零自旋/非零自旋：净自旋为零/净自旋不
为零 • 净自旋产生的条件:奇数质子和/或奇数中
子 • 净自旋的意义：是磁共振信号来源的基
础。 • 自旋系统：磁场中所有自旋的集合。
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1H的原子核结构及特性
1H原子核仅有一个质子，无中子。 其磁化敏感度高，在人体的自然 丰 富度很高，是很好的磁共振靶核。
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M1
M2
22
Z
M0 B1 X
Y
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自旋在磁场中的运动
• 进动（旋进）：自旋轴绕磁场方 向的圆周运动。遵循 lamor 定理， w=rB0
• 影响进动频率的因素：磁场强度。 • 进动的方向：上旋态与下旋态。

从量子物理学的角度来说，这两种核磁状态代表质子的 能量差别。平行同向的质子处于低能级，因此受主磁场 的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；平行 反向的质子处于高能级，能够对抗主磁场的作用，其磁 化矢量尽管与主磁场平行但方向相反
由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此 进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏 观纵向磁化矢量（Mo）
➢目前生物组织的MRI成像主要是1H成像 ➢氢原子核也称为氢质子 ➢1H的磁共振图像也称为质子像
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条件二：静磁场
把 人 体 放 进 大 磁 场
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静磁场是由磁共振仪器的主磁体产生
其强度与方向不变，强度单位B0 主磁体类型：超导、常导、永磁
静磁场强度（B0）：0.15-3.0T 目前临床上最常用的是超导MRI系统
磁共振成像基本原理
池州市人民医院影像科 钱彬
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难以理解 但很重要 影像人对磁共振原理的理解……
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与MRI原理有关的知识
电学 磁学 量子力学 高等数学
初高中数学 初高中物理 加减乘除 平方开方
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一、磁共振成像技术概述
磁共振实际上应称核磁共振（NMR） 核指NMR主要涉及到原子核 为了与使用放射性元素的核医学相区别，突
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主磁体外形
开放式
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封闭式
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➢ 垂直坐标系
用X、Y、Z坐标系来 描述磁场的位置
Z代表BO方向，即磁 力线方向，常与体轴 一致
X-Y平面代表垂直于磁 场方向的平面，三个 轴相互垂直