核磁共振成像PPT参考幻灯片

1、核磁共振成像核磁共振成像Nuclear Magnetic Resonance Imaging NMRI & MRI & NMR CT杨迪杨迪1 核磁共振成像（MRIMRI）发展概况发展概况1基本原理基本原理2主要应用主要应用3 2MRIMRI的发展概况 1924 1924年，年，PauliPauli预言了核磁共振（预言了核磁共振（NMRNMR）的基本理论（有些核同时具有）的基本理论（有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂）自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂）Felix Bloch 1905-1983Edward Mills Purcell 1912-1997 E.Paul

2、i 1900-195819461946年，年，HarvardHarvard大学的大学的PurcelPurcel和和StanfordStanford大学的大学的BlochBloch各自各自首次发现并证实首次发现并证实NMRNMR现象，并于现象，并于19521952年分享了诺贝尔物理学奖。年分享了诺贝尔物理学奖。 3MRIMRI的发展概况 19731973年，美国纽约州立大学科学家年，美国纽约州立大学科学家LauterburLauterbur利用梯度磁场进行空间利用梯度磁场进行空间定位，获得第一幅磁共振图像，并于定位，获得第一幅磁共振图像，并于20032003年获诺贝尔生理学奖。年获诺贝尔生理学奖

3、。Paul C. Lauterbur 从核磁共振现象发现到MRI技术成熟这几十年期间，有关核磁共振的研究领域曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了6次诺贝尔奖，足以说明此领域及其衍生技术的重要性。 4MRIMRI的发展概况世界上第一台MRI装置现代MRI装置世界上第一张MRI图像现代MRI图像 5MRIMRI的基本原理核磁共振的微观描述旋进轨道旋进轨道自旋轴自旋轴B0自旋轨道自旋轨道由于原子核具有自旋，则有自旋角动量21)1I(I2hpI原子核磁矩I与角动量PI有如下关系：IIIpmeg2一、拉莫尔进动可以得到拉莫尔进动方程：000BBpII朗德因子朗德因子原子核的旋磁比原子核的旋磁

4、比I核磁共振成像：核磁共振成像：是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。 6MRIMRI的基本原理二、塞曼能级 在外磁场的作用下原子核的自旋在空间中只能取特定的几种方向，空间取向不同，在外磁场的作用下原子核的自旋在空间中只能取特定的几种方向，空间取向不同，其能量也不同，形成能级分裂，这种现象称为塞曼效应，分裂后的能级称为塞曼能级。其能量也不同，形成能级分裂，这种现象称为塞曼效应，分裂后的能级称为塞曼能级。以氢原子核（质子）为例：以氢原子核（质子）为例：

5、无外磁场时氢原子核的自旋呈随意分布。B0置于磁场中氢原子自旋取向有规律0BgENI21M21M（高能态）（低能态）2E1E01200200121(21BgEEEBgEEBgEENININI（激发态）基态） 7MRIMRI的基本原理三、核磁共振 若在与外磁若在与外磁B B0 0垂直的平面内施加一个射频脉冲，其能量正好等于核的两相邻能级间垂直的平面内施加一个射频脉冲，其能量正好等于核的两相邻能级间的能量差时，原子核会强烈吸收射频脉冲的能量，从低能级跃迁到高能级，这种现象称的能量差时，原子核会强烈吸收射频脉冲的能量，从低能级跃迁到高能级，这种现象称为为核磁共振核磁共振。核磁共振产生条件：核磁共振产生

6、条件：(1) 核有自旋(磁性核)(2) 外磁场，能级分裂(3) 脉冲能量与原子核相邻能级能量差相等，即h=E=gI NB00021BhBgNI02B 8MRIMRI的基本原理核磁共振的宏观描述核磁共振的宏观状态核磁共振的宏观状态（1）没有外磁场时原子核的分布：（2）外磁场作用下原子核的分布：M00,产生纵向磁化；Mxy=0，无横向磁化；总磁化矢量M=0 9MRIMRI的基本原理（3）外加射频后原子核的分布：M00，产生横向磁化； 10MRIMRI的基本原理核磁弛豫 当射频脉冲停止作用后，宏观磁化向量并不立即停止转动，而是逐渐向平衡态当射频脉冲停止作用后，宏观磁化向量并不立即停止转动，而是逐渐向

7、平衡态恢复，最后回到平衡位置的过程称为恢复，最后回到平衡位置的过程称为弛豫过程弛豫过程弛豫过程包括两方面：v纵向弛豫过程:纵向磁化分量M0的恢复v横向弛豫过程:横向磁化分量 MXY的衰减一、纵向弛豫一、纵向弛豫 脉冲停止后，原子核放出能量从高能级向低能级跃迁，纵向磁化分量M0逐渐增大到最初值，也称为T1T1弛豫弛豫过程,又称自旋晶格弛豫。二、横向弛豫二、横向弛豫 脉冲停止后，核子的自旋作用造成相邻核子的相位分散，横向磁化分量MXY很快衰减到零，也称为T2T2弛豫弛豫过程，又称为自旋自旋弛豫。 11MRIMRI的基本原理纵向弛豫横向弛豫 12MRIMRI的基本原理三、弛豫时间三、弛豫时间当去掉当

8、去掉当去掉射频脉冲时，质子从激发态恢复到原来的平衡态所需时间。当去掉射频脉冲时，质子从激发态恢复到原来的平衡态所需时间。（1）纵向弛豫时间T1 定义：纵向磁化矢量MZ从零增加到最终平衡状态63%的时间 特点：（1）T1是组织的固有特性，给定外磁场的情况下不同组织的T1值不同； （2）T1受外磁场的影响，同一组织当外磁场强度越强则T1越长； （2）横向弛豫时间T2定义：横向磁化矢量Mxy衰减到原来值的37%的时间特点：(1)T2与磁场强度无关； (2)不同成分和结构的组织T2不同，例如水的T2值要比固体的T2值长 13MRIMRI的主要应用医学应用组织组织T1（ms)T2(ms)脂肪24060白

9、质39076灰质49091脑脊液1400140肌肉37050 人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间含水比例人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间含水比例不同，即含氢核数的多少不同，这就造成了氢核密度、弛豫时间不同，即含氢核数的多少不同，这就造成了氢核密度、弛豫时间T1T1、T2T2三个参数的差异，是三个参数的差异，是MRIMRI用于临床诊断最主要的物理基础。用于临床诊断最主要的物理基础。组织组织T1（ms) 病变病变T1(ms)肝140170肝癌300450胰180200胰腺癌275400肾300340肾癌400450 14MRIMRI医学应用脂脂水水T T1 1加权图像加权图像 15MRIMRI医学应用T T2 2加权图像加权图像脑脑水水 16MRIMRI医学应用人体大多数病变的人体大多数病变的T1T1值、值、T2T2值均较相应的正常组值均较相应的正常组织大，因而在织大，因而在T1T1加权图像上比正常组织加权图像上比正常组织“黑黑”，在在T2T2加权图像上比正常组织加权图像上比正常组织“白白”。 17相比与传统相比与传统CT,CT,MRIMRI应用于医学的优势l利用人体氢质子的利用人体氢质子的MRMR信号成像，从分子水平提供诊断信息信号成像，从分子水平提供诊断信息l任意