核磁共振成像-课件PPT(精)

∵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。

•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。
50
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

时间表示；T2 气、液的T2与其T1相似，约为1秒；
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
pz
hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
*
2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
*
当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。

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。

化学交换饱和转移成像（Chemical Exchange Saturation Transfer，CEST）：通过测量化学交换过程中产生的磁共振 信号来反映组织内的特定代谢物浓度，常用于神经退行性疾 病和肿瘤的研究。
05 磁共振的优势与局限性
优势
无电离辐射
磁共振成像技术利用磁场和射频脉冲，而 不是X射线，因此没有电离辐射，对病人
磁场均匀度
为了保证检测结果的准确性，磁体 系统需要提供高均匀度的磁场环境 。
射频系统
发射器
射频系统中的发射器负责 产生高频电磁波，用于激 发人体内的氢原子核。
接收器
接收器负责接收氢原子核 返回的信号，并将其转换 为可供计算机系统处理的 电信号。
射频线圈
射频线圈是发射和接收电 磁波的重要部件，其设计 和性能对信号质量和成像 质量有重要影响。
研究和发展分子成像技术，实现从分子水平上对疾病进行早期诊断 和疗效评估。
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磁共振的发展历程
1946年，美国科学家Bloch和Purcell 共同获得了诺贝尔物理学奖，因为他 们发现了核磁共振现象。
1977年，美国科学家Mansfield和 Maudsley开发出了基于快速扫描的 磁共振成像技术，大大缩短了成像时 间。
1971年，美国科学家Damadian发明 了第一台核磁共振成像仪，并获得了 专利。
无害。
高软组织分辨率
磁共振成像能够清晰地显示软组织结构， 对于脑、关节、肌肉等部位的病变诊断具
有优势。
多参数成像
磁共振成像可以获取多种参数，如T1、T2 、质子密度等，从而提供丰富的诊断信息 。
功能成像
除了结构成像外，磁共振还可以进行功能 成像，如灌注成像和弥散成像，有助于疾 病的早期诊断和预后评估。

局限性
检查费用较高、检查时间长、对 金属植入物敏感、部分患者不适 宜进行检查等。
02 MRI解剖学基础
头部MRI解剖
脑干与小脑
脑室与脑池
展示脑干和小脑的MRI图像，解释其 结构与功能。
介绍脑室和脑池的MRI表现，阐述其 临床意义。
脑皮质与髓质
通过MRI图像展示脑皮质和髓质的解 剖特点，解释其在神经系统中的作用。
信号产生与接收
通过施加射频脉冲，使原子核发生 能级跃迁并释放出能量，被探测器 接收并转化为电信号，再经过计算 机处理形成图像。
成像原理
利用不同组织对射频脉冲的吸收和 散射程度不同，通过测量磁场中原 子核的共振频率和相位信息，重建 出人体内部结构的图像。
MRI技术发展历程
1971年
第一台医用核磁共振成像仪问 世。
腹部MRI解剖
腰椎与肾脏
展示腰椎和肾脏的MRI图像，解释其在腹部结构中的功能。
肝脏与脾脏
通过MRI图像展示肝脏和脾脏的解剖特点，阐述其在消化系统中的作用。
03 正常MRI解剖图像展示
正常头部MRI解剖图像
总结词
展示大脑、脑干、小脑等结构
详细描述
正常头部MRI解剖图像可以清晰地展示大脑、脑干和小脑等重要结构，以及它们 之间的相互关系。这些结构包括灰质、白质、脑室和脑池等，对于诊断神经系统 疾病具有重要意义。
疗效评估
手术后或放化疗后，MRI 可用于评估肿瘤缩小或消 退的情况，监测疗效。
血管疾病的诊断与评估
动脉粥样硬化
MRI能够检测动脉粥样硬化的早期病变，对预防 心血管事件具有重要意义。
血管狭窄与阻塞
MRI能够评估血管狭窄和阻塞程度，为治疗方案 的选择提供依据。

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
1
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
33
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
11
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。
12
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
23
24
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。