核磁共振成像仪 构造原理和物理设计(俎栋林)思维导图

自旋核与自旋核之间能量交换的过程即自旋的原子核进动 相位的一致性逐渐散相的过程，其快慢与周围同种核的均匀 性有关
横向弛豫的结果：交换能量的两个核的取向被掉换，各种 能级的核数目不变，核体系的总能量不变。
横驰豫向时驰间决豫定过核在程高所能需级上时的间平均以寿T命2表T，示由下，式一知般T取的决气于T体1及及T2液之较体小样者 品
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弛豫时间及自由感应衰减信号（FID）
驰豫（relaxation）种类
➢纵向驰豫（spin-lattice relaxation）
自旋-晶格驰豫或 T1驰豫 纵向驰豫是自旋的原子核与周围分子（晶格）之间交换
能量的过程，磁性核的能量随之降低
纵向驰豫的结果：高能级的核数目减少，就整个自旋体 系来说，总能量下降
➢ 自旋-自旋弛豫时间（T2）
特点是能量交换在相同的自旋核之间 进行，因而弛豫的效率非常高。生物 组织的T2值在30~150ms之间。
一般情况下T1>T2（T1约为T2的4~10 倍）。
➢ 横影响向T恢2的复因时素间T2是由于相位同步的质
子不同开成始分变和得结不构同的步组,所织以T2不横同向，磁例化如减水小的。T2值要比固体的T2值长。
最常用的图像重建算法： FFT （快速傅里叶变换）
➢ 空间定位-频率编码原理图 利用Gx和Gy对该层面内的 x 和 y 方向进行平面内的空间定位,Gx和
Gy分别叫做频率编码梯度（frequency encoding gradient）和相位 编码梯度（phase encoding gradient）
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核磁共振成像原理
➢ 空间定位-相位编码原理 利用相位编码梯度造成氢核有规律的
相位差，利用该相位差来确定体素在 某一个方向的空间位置信息

二、核磁共 Nhomakorabea的基本原理
进动
进动是磁共振成像中另一个非常重要的 概念，用它来表示质子在磁场中的磁化过程。 类似于重力作用下的自旋陀螺的进动，外磁 场与质子磁矩相互作用也会产生使之进动的 扭力，使自旋的质子绕磁场轴进动。
也称为拉莫(Larmor) 进动
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
二、核磁共振的基本原理
量子力学观点 无外磁场：质子随机指向； 施加外磁场：质子指南或指北，刚开始时， 指南指北数量相同，净磁化向量为零，随 时间推移，开始磁化过程，最终慢慢地趋 向于最大平衡值M0，变化过程可由自旋－ 晶格驰豫时间T1表示。
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一、引言
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
“The Shameful Wrong that must be righted”
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、引言
而且，Damadian前瞻性地预言了核磁共 振作为临床诊断工具的可能性。
Damadian 的 工 作直接 启发了 Lauterbur 对 成 像 技 术 的 研 究 ， Lauterbur 在 认 识 到 这 一发现的医学价值的同时，也敏锐地意识到 如果不能进行空间上的定位，核磁共振在临 床应用的可能性微乎其微。于是便有了那篇 1972年发表在《自然》杂志上的著名文章。

机制（Relaxation）, 导致核磁共振的谱
线加宽，不利于核磁共振检测。
二、核磁共振
磁矩的取向
I 0的自旋核，具有一定的角动量P, ( P
=
2
h
),
核I(I自1旋) 产生磁矩
( = ·P )
。
自旋核的取向，即磁矩 的取向。
无外磁场（B0）时，磁矩 的取向是任意 的。
在B0中
I 0的自旋核，磁矩的取向不是任意的，而是
Z
=
·PZ
=
·h
2
m
磁矩与磁场相互作用能E：
E
=
-Z·B0=-
·h
2
m
·B0
量子力学选律可知，只有m = 1的跃
迁，才是允许跃迁，所以相邻两能级之间
的能量差：
E = E2 – E1
E
=
- · h
2
·m
·B0
= ·h

·B0
E ∝ B0
E
E1
E 2 B0
磁诱导产生自旋核的能级裂分
E = h
I0的原子核都具有自旋现象产生磁矩（）， 与自旋角动量P有关。
I值不同，原子核表面电荷分布情况不同.
I>
1 2
核电荷在原子核表面呈非均匀分布
电荷均匀分布于原子核表面（I = , 12eQ
= 0）的核，核磁共振的谱线窄，有利于
核磁共振检测。
电荷非均匀分布于原子核表面
（I>
1 2
,eQ
0）的核，都具有特有的弛豫
B0一定时，不同的核，不同，不同。
例如：B0 =4.7TG时，下列核的共振频率：
1H Υ=26.752(107 rad./s.T), 200MHz

•对磁共振而言,检测的生物体信息是磁共振信号
加快磁共振成像时间的途径
回波平面序列
•使成像时间由常规的扫描序列的秒级提高到了亚秒 级；30ms之内采集一幅完整的图像，使每秒获取的图 像达到20幅 ； •心脏电影 成为可能并进入临床； •从原理上讲，EPI应归属于GRE类序列，但现在已自 成体系了 ； •分为梯度回波EPI 和自旋回波EPI ； •梯度的转换速度要达到今天常规梯度的4倍，梯度的 幅值也需提出1倍。这样的梯度就是前面所说的振荡 梯度，而振荡梯度的代价是高昂的。
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9.3
驰豫过程的综合表示（三种运动的综 合过程）
磁化矢量的进 动
纵向磁化的逐 渐增大过程
横向磁化的逐 渐减小过程
磁共振信号的获取与傅立叶变换
• 如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈， 会接收到什么信号？
FID
补充说明3点
•组织的弛豫时间是组织的一种固有属性，与 组织的密度类似，在场强和环境确定后其时 间是一个确定不变的值；
14N 1
3.08
99.63 10mM
19F 1/2 40.05
100
10mM
23Na 3/2 11.26
100
80mM
31P 1/2 39K 3/2
17.23 1.99
100
10mM
93.1 45mM
相對靈敏 度
1
3×10-3 2×10-7 9×10-5 1×10-3 4×10-5 1×10-4
• 如果此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到 原来状态，当然恢复有一个时间过程， 这个过程就叫弛豫过程。
横向弛豫过程t2弛豫过程用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间纵向磁化为零横向磁化最大b反平行质子释放能量跃迁回平衡态纵向磁化逐渐增大c最后回归原始状态纵向磁化恢复到最大用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间横向磁化达到最大进动相位一致bc内部小磁场的不均匀性使得进动相位分散横向磁化矢量逐渐减小用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感纵向恢复时间t1是由于被激发的反平行于静磁场的质子恢复到平行状态所以纵向磁化增大

X
X
体各类组织均有特定T1
（4）停止后一定时间
（p5p）t课件恢复到平衡状态
、T2值，这些值之间的
16
差异形成信号对比
ppt课件
纵向弛豫或称 自旋－晶格弛 豫 (T1弛豫)
横向弛豫或 称自旋自旋 弛豫 (T2弛豫)
17
● 人体——进入磁场——磁化——施加射频脉冲、H核磁矩发生90。偏转， 产
生能量——射频脉冲停止、弛豫过程开始，释放所产生的能量（形成MR信 号）——信号接收系统——计算机系统 ● 在弛豫过程中，即释放能量（形成MR信号），涉及到2个时间常数：纵向 弛豫时间常数—T1；横向弛豫时间常数—T2 ● 加权（weighted ）的概念：MR成像过程中，T1、T2弛豫二者同时存在， 只是在某一时间内所占的比重不同。如果选择突出纵向（T1）弛豫特征的 扫描参数（脉冲重复时间和回波时间，以毫秒计）用来采集图像，即可得 到以 T1弛豫为主的图像，当然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫 为主，故称为T1加权像（weighted Imaging WI）。如果选择突出横向 （T2）弛豫特征的扫描参数采集图像……… 加权或称权重，有侧重、为主的意思 ● 因为人体各种组织如肌肉、脂肪、体液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 时间值，所以形成的信号强度各异，ppt课因件此可得到黑白不同灰度的图像 18
造影剂入血行——病变组织间隙—— 与病变组织大分 子结合——T1驰豫接近脂肪或Larmor频率———T1缩短 ——强化（白），（称间接增强）
影响因素：病变区的血流；灌注；血脑屏障。与血液 内的药浓度不绝对成正比，ppt课达件一定浓度后不起作用。26
ppt课件
27
ppt课件
28
特殊检查：

原裂将小脑分为前叶、后叶。
小脑扁桃体位于小脑半球的下面，下蚓部的两 侧，紧邻延髓。
5、脑室系统及蛛网膜下腔
脑室系统主要由双侧脑室、第三脑室、第四脑 室组成；此外，尚有发育变异的第五、第六脑 室。
侧脑室中央部后端与后角、下角结合部成三角 形，称三角区。
第四脑室向上以中脑导水管与第三脑室相通， 向下通脊髓中央管，经正中孔、外侧孔 （Luschka 孔）通向蛛网膜下腔。
中央沟、中央前沟、中央后沟、外侧沟、额上沟、额下沟、 颞上沟、颞下沟、顶内沟。
脑叶
顶后回 枕前切迹
脑回
1.1.2 大脑半球内侧面主要脑沟、脑回
扣带沟、扣带沟缘支、顶枕沟、距状沟。
海马沟
大脑半球内侧面主要脑沟、脑回
扣带回
扣带沟 中央前回 中央沟 中央后回 扣带沟缘支 中央前回
额叶
顶枕沟
楔叶
大部分传入和传出的投射纤维呈辐射状投射的 大脑皮层，此部分纤维称为放射冠。
基底节区横断位图示
基底节区MRI
基底节区冠状位图示
基底节区冠状位MRI
半卵圆中心MRI
2、间脑
间脑位于大脑半球与中脑之间，外邻内囊，内 侧面形成第三脑室的侧壁，间脑与大脑的分界 为室间孔和视交叉上缘的连线，此线也是其前 界；间脑与中脑的分界是后连合至乳头体后缘 的连线，此线为其下界，包括后连合、乳头体。
岛叶是隐藏于外侧沟深部最小的、高度发达的 三角形脑叶，为边缘系统的一部分，为岛盖 （额叶、顶叶、颞叶的岛盖部分）所掩盖。
1.2.1 岛叶图示
顶叶
岛长回
岛环形沟后部
颞叶
额叶
岛环形沟上部
岛短回
岛中央沟 岛叶环形沟前部 岛阈
1.3 大脑半球的脑回

磁共振一般原理
磁共振信号强度
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)
磁共振一般原理
磁共振一般原理
电磁波谱图
磁共振一般原理
不同原子核的MRI特性
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。
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。
• 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
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。
磁共振一般原理
磁共振的物理基础
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

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。

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•磁场中的原子核：如图 平行方向（低能级） 反平行方向（高能级）
磁共振成像的基本原理
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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
磁共振成像的基本原理
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• 拉摩进动： f(进动频率)=R（磁旋比）B`（主磁场矢量）
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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二 .颅脑肿瘤 (一 ). 颅脑肿瘤MRI诊断要点: . 肿瘤的部位,数目. . 肿瘤的信号特点. . 肿瘤的边缘. . 肿瘤的血供. . 肿瘤的水肿情况. . 肿瘤的增强情况
2级：成星形细胞瘤，系偏良性。在1级的 基础上向周围组织浸润，界限不清肿 瘤生长较快。
磁共振成像的基本原理
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3、4级：为多形性胶质母细胞瘤，恶性度 高。病灶位置较深，易越过中线 白质联合到对侧。肿瘤一般较大 边界尚清，但无包膜。
磁共振成像的基本原理
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一、胶质瘤
• 胶质瘤起源于脑神经胶质细胞，习惯上将 其分为星形细胞瘤、少突神经胶质瘤和室 管膜瘤。
• （一）、星形细胞瘤：是中枢神经最常见 的肿瘤，占胶质瘤 40%。
• 病理：起源于星形神经胶质细胞，分为四 级。
磁共振成像的基本原理
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1级：纤维性星形细胞瘤及原浆性星形细胞 瘤，为良性。病灶多较表浅，只侵犯 大脑皮层和皮质下脑白质很少累及大 脑深部，通常局限于半球一侧。

组织结构变化
观察组织结构的变化，如 肿瘤的浸润、扩散和转移 等。
血流动力学改变
分析血流动力学参数，如 血流速度、血流量和血管 通透性等，以判断病变的 性质和程度。
功能代谢变化
利用磁共振波谱分析等方 法，检测组织的功能代谢 变化，如能量代谢、氧化 还原状态等。
多模态影像融合分析
融合方法
将磁共振图像与其他影像学检查 （如CT、超声等）进行融合，以
共振信号
共振信号是磁共振成像的基础，当射频脉冲停止后，原子核 会释放出共振信号，通过接收这些信号，可以获得物体的内 部结构信息。
磁共振成像原理
磁共振成像
磁共振成像是一种基于磁共振现象的医学影像技术，通过外加磁场和射频脉冲使 人体内的氢原子核发生能级跃迁，然后接收这些原子核返回的共振信号并重建图 像。
磁共振检查技术
常规磁共振检查
01
02
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原理
利用强磁场和射频脉冲使 人体组织中的氢原子核发 生共振，通过测量共振信 号来获取图像。
应用
主要用于检测病变、肿瘤 、炎症等。
优势
无电离辐射，对软组织分 辨率高。
功能磁共振成像
原理
利用磁场变化检测血流动力学反 应，反映器官或组织的生理功能
。
应用
主要用于脑功能研究、肿瘤诊断等 。
详细描述
磁共振成像技术能够清晰地显示人体解剖结构，包括脑组织、脊髓、肌肉、骨 骼等，为医生提供丰富的诊断信息。在读片过程中，医生需要熟悉各组织器官 的正常形态和位置，以便准确判断是否存在异常。
病理征象分析
总结词
病理征象是疾病在磁共振图像上的表现，通过分析这些征象可以推断病变的性质和程度 。
详细描述
扩散加权成像（DWI）有助于评估肿 瘤的恶性程度和预后。