核磁共振成像(与“自旋”有关的文档共18张)

核磁共振成像第一页，共18页。核磁共振成像〔MRI〕发展概况1基本原理2主要应用3SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第二页，共18页。MRI的开展概况1924年，Pauli预言了核磁共振〔NMR〕的根本理论〔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〕FelixBloch

1905-1983EdwardMillsPurcell1912-1997

E.Pauli

1900-19581946年，Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了诺贝尔物理学奖。SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第三页，共18页。MRI的开展概况

1973年，美国纽约州立大学科学家Lauterbur利用梯度磁场进行空间定位，获得第一幅磁共振图像，并于2003年获诺贝尔生理学奖。PaulC.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。SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第四页，共18页。MRI的开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SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第五页，共18页。MRI的根本原理——核磁共振的微观描述旋进轨道自旋轴B0自旋轨道由于原子核具有自旋，那么有自旋角动量原子核磁矩μI与角动量PI有如下关系：一、拉莫尔进动可以得到拉莫尔进动方程：朗德因子原子核的旋磁比核磁共振成像：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。SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第六页，共18页。MRI的根本原理二、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，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：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〔高能态〕〔低能态〕SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第七页，共18页。MRI的根本原理三、核磁共振假设在与外磁B0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，这种现象称为核磁共振。核磁共振产生条件：(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hν=ΔE=gIμNB0SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第八页，共18页。MRI的根本原理——核磁共振的宏观描述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：M0≠0,产生纵向磁化；Mxy=0，无横向磁化；总磁化矢量M=0SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第九页，共18页。MRI的根本原理〔3〕外加射频后原子核的分布：M0’<M0,纵向磁化减小；Mxy>0，产生横向磁化；SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十页，共18页。MRI的根本原理核磁弛豫

当射频脉冲停止作用后，宏观磁化向量并不立即停止转动，而是逐渐向平衡态恢复，最后回到平衡位置的过程称为弛豫过程弛豫过程包括两方面：纵向弛豫过程:纵向磁化分量M0的恢复横向弛豫过程:横向磁化分量MXY的衰减一、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T1弛豫过程,又称自旋—晶格弛豫。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T2弛豫过程，又称为自旋－自旋弛豫。SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十一页，共18页。MRI的根本原理纵向弛豫横向弛豫SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十二页，共18页。MRI的根本原理三、弛豫时间当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。〔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那么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

SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十三页，共18页。MRI的主要应用——医学应用人体不同组织之间、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T1、T2三个参数的差异，是MRI用于临床诊断最主要的物理根底。SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十四页，共18页。MRI医学应用T1值越小纵向磁化矢量恢复越快信号强度越高〔白〕T1值越大纵向磁化矢量恢复越慢信号强度越低〔黑〕脂肪的T1值约为250毫秒信号高〔白〕水的T1值约为3000毫秒信号低〔黑〕反映组织纵向弛豫的快慢！脂水T1加权图像SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十五页，共18页。MRI医学应用T2加权图像反映组织横向弛豫的快慢！脑水SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十六页，共18页。MRI医学应用人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1加权图像上比正常组织“黑〞，在T2加权图像上比正常组织“白〞。SchoolofNuclearScience＆TechnologyLanzhouUniversity第十七页，共18页。相比与传统CT,MRI应用于医学的优势利用人