磁共振成像原理

磁共振成像原理李焕杰生物医学工程系hj_li@目标为什么讲磁共振成像(Why)什么是磁共振成像(What)磁共振成像的数据处理方法Why大脑是最重要的中枢神经系统2%的体积，20%的能量消耗21世界“脑科学”被提上了重要日程，世界各国已启动多项脑研究计划，目前的影像技术PET：使用对比剂，放射性同位素CT：对人体有辐射脑电图EEG：高时间分辨率，低空间分辨率

脑磁图MEG：高时间分辨率，低空间分辨率，贵MRI：最流行成像方法磁共振优缺点优点软组织对比度好多参数成像任意方位断层时空分辨率较高安全无辐射不使用对比剂全身成像提供结构、代谢信息缺点运动敏感对水的浓度要求高有禁忌症多参数成像任意方位成像高对比成像，详尽解剖信息全身成像多模态成像StructureimageDTIBOLDfMRIMRSCerebrovascular产业状态三大跨国公司GE,Siemens,Philipus国内公司

上海“联影”苏州“朗润”…人才需求高校公司医院国家医疗器械检测单位出国磁共振历史1946年，美国加州斯坦福大学的Bloch和麻省哈佛大学的Purcell分别发现了物质的核磁共振现象。应用于化学分析，共享1952年诺贝尔物理奖。1973年，纽约州立大学Lauterbur首先提出了利用磁共振成像技术。1977年，Mansfield提出了快速成像方法。（Lauterbur和Mansfield因上述贡献分享了2003年度Nobel生理医学奖）1992年，BELL实验室的Ogawa提出了BOLDfMRI技术，开启了功能磁共振研究领域FelixBlochEdwardPurcellPaulC.LauterburPeter.MansfieldWhat？定义：磁共振成像是利用射频（radiofrequency，RF）电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。磁共振成像过程人体未进入静磁场，体内氢质子群磁矩自然无规律排列；进入静磁场，所有自旋的氢质子重新排列定向，磁矩指向N或S极；通过射频线圈与静磁场垂直方向施加射频脉冲，受检部位氢质子吸收能量并向一个方向偏转和自旋；射频脉冲停止，核磁弛豫开始，氢质子释放吸收的能量重新回到原来自旋的方向；

释放的电磁能转化为磁共振信号；

经梯度磁场做层面选择和相位编码及频率编码；

经傅立叶转换和计算机处理形成图像。原子核自旋自旋条件质子数+中子数≠偶数最常用原子为1H无外加磁场B0有外加磁场B0低能态，数目多高能态，数目少方向随机无磁化矢量氢质子的磁矩是如何变化的处于强磁场内的质子并非静止地向两个方向平行排列，进行陀螺式的摇摆样运动，质子磁矩这种旋转运动称为进动（Precession），其旋转频率称共振频率（larmor频率）。

磁化矢量MLarmor频率氢原子核在不同场强中的共振频率静磁场强度（T）共振频率（MHz）

0.156.40.28.50.312.80.521.30.625.5

1.042.61.563.92.085.3

3.0127.8磁共振人体组织在强磁场内会产生净磁化，组织磁化的程度取决于磁场强度，与磁场强度成正比。组织磁化的方向与主磁场方向相同，是纵向磁化。组织磁化是产生MR信号，形成图像的前提。磁共振共振条件人体进入磁体，组织被磁化，氢质子磁矩有规律排列时，在主磁场垂直方向施加射频脉冲，当RF脉冲等于质子的进动频率时，质子能吸收RF脉冲，发生质子能态跃迁，产生核磁共振，使组织磁化向量位置移动，围绕主磁场方向的进动角度发生改变。翻转角FA射频脉冲时间的长短、强度的大小决定了进动角度的大小。FA=γB1t射频脉冲强度越大，翻转角度改变越快。射频脉冲施加时间越长，翻转角度越大。弛豫射频脉冲一停止，组织磁化恢复原来的状态，即发生弛豫（Relaxation）。磁共振成像时受检脏器的每一个质子都要经过反复的RF激发和弛豫过程。弛豫有纵向弛豫和横向弛豫。纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫射频脉冲停止，纵向弛豫恢复到原来大小平衡的状态，纵向弛豫是能量变化的过程。纵向弛豫是一个从零状态恢复到最大值的过程。纵向磁化向量恢复原来数值所经历的时间过程称纵向弛豫时间（T1）。纵向弛豫过程表现为一种指数递增曲线。T1值被定义为从零恢复到原来纵向磁化向量63%的时间。4-5倍的T1值时间才能达到完全恢复。人体各种组织因组成成份不同而具有不同的T1值。影响T1的因素不同组织分子结构T1弛豫时间不同，由它们本身进动频率不同所决定。大部分组织T1值