磁共振成像的物理学原理课件

磁共振成像的物理学原理

回顾下一些不同类型的成像示例：a照相时，光线（可见光）由物体表面反射回来，被照相机内的成像板接收。bX成像时，X线源发出可以穿透物体的放射线，穿透后的射线被X线成像板所接收。c在MRI中，低频率的无线电波穿透组织，然后由物体内磁化的自旋质子反射回来。磁共振成像（MRI）是啥？自旋质子

质子—氢原子核（1H）,一般所指的磁共振图像即为1H的磁共振图像。（一）1H是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核的2/3以上，可以产生较强的磁共振信号；（二）1H的磁化率最高，也可以产生更强的信号；（三）1H存在人体的各种组织中，因此具有生物代表性。选择1H的理由：自旋

所有磁性原子核（中子数或质子数至少一项是奇数）都有一个特性：总以一定的频率绕着自己的轴进行高速旋转，即为自旋。—自转带有正电荷的磁性原子核自旋产生的磁场称为核磁。

前人体内氢质子状态每个质子产生的磁化矢量相互抵消，所以人体在自然状态下并无明显磁性，因此没有宏观磁化矢量的产生。

磁化SN

SNB0

把人体放进一个大磁场（主磁场Bo）中。人体内产生一个与主磁场方向一致的宏观磁化矢量。磁化

SNB0磁化SNB0磁化SNB0高能级常态下氢质子分为高能级和低能级低能级自旋SNB0主磁场中氢质子运动状态

SNB0∽主磁场中氢质子运动状态SNω

=γB0z处在主磁场的氢质子，除了自旋运动外，还绕着主磁场轴进行旋转摆动，称为进动。ω为Larmor频率γ为磁旋比(常数，H的γ为42.5MHz/T)B0为主磁场的场强B0B0横向磁化分矢量由于相位不同而相互抵消，因此，没有宏观横向磁化矢量产生。人体组织进入主磁场后被磁化，产生宏观的纵向磁化矢量，质子含量越高则产生的宏观纵向磁化矢量越大，那就可以区分含量不同的各种组织了么？

产生的宏观纵向磁化矢量尽管对每个质子的小核磁来说是宏观的，但是，对相对强大的主磁场来说却又是非常微小的，这么微小的所谓宏观纵向磁化矢量重叠在与其方向一致的强大主磁场中，接收线圈就不可能检测到宏观纵向磁化矢量。如何测到宏观纵向磁化矢量？

旋转的宏观横向磁化矢量才能切割线圈产生电信号。

如何让纵向的磁化矢量偏转成横向磁化矢量？射频脉冲（无线电波）条件：与进动频率相同微观实质：能量的传递——引起共振低能级的质子跃迁到高能级SNB0共振SNB0共振低能级高能级SNB0共振SNB0共振低能级高能级SN共振磁共振现象宏观结果是使纵向磁化矢量发生偏转，能量越大偏转角度越大。90°射频脉冲的微观和宏观效应质子密度越高，其宏观纵向矢量越大，90°脉冲激发后产生宏观横向磁化矢量就越大，切割的接收线圈产生的电信号越强，MR信号就越高。这样MR图像就可以区分质子密度高低不同的人体组织了。在射频脉冲关闭后等待一定时间并对信号进行干预和采集。磁共振成像是利用射频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成像方法。磁化自旋质子射频脉冲

弛豫是指自旋减少到它们的最低能态或返回到平衡状态。

弛豫横向弛豫纵向弛豫zxyzxyzxyzxyzxyzxyzxy弛豫：一个过程横向矢量逐渐消失；纵向矢量逐渐恢复。

两个同时发生但相互独立的过程

弛豫横向弛豫导致质子群失相位的主要原因：

A质子周围磁环境随机波动（自旋-自旋相互作用，即内在的不均匀性）

B

主磁场的不均匀

——受这两方面磁场不均匀的影响称为自由感应衰减（FID）,也称为T2*弛豫。

利用180°聚焦脉冲剔除主磁场的不均匀造成的衰减才是真正的衰减即T2弛豫。横向弛豫T2*弛豫=T2弛豫+主磁场的不均匀T2值：90°脉冲施加，横向矢量最大值为起点，T2弛豫造成的衰减到最大值的37%为终点，起点与终点之间的间隔为T2值。

T2=横向弛豫时间

T2=自旋-自旋弛豫时间一般组织T2值仅为数十毫秒到一百多毫秒，少数达数百毫秒。横向弛豫不同的组织T2值存在差别，磁共振的T2加权像方能区分不同的解剖结构，并能区分正常组织与病变组织。加权即突出重点T2加权像（T2WI）重点突出的是不同组织之间的横向弛豫差别。T2WI上，组织的T2值越大，其信号强度越强。

射频关闭后，在主磁场的作用下，组织中的宏观纵向弛豫将逐渐恢复到激发前的状态及平衡状态，即纵向（T1）弛豫。

脉冲关闭后，宏观纵向矢量为零，以此为起点，恢复到最大值得63%为终点，起点和终点的时间间隔即T1值。纵向弛豫T1=纵向弛豫时间

T1=自旋-晶格弛豫时间

T1弛豫是释放能量的过程，把质子内部的能量传递到质子外的其他分子，所需要时间较长，一般组织的T1值为数百到数千毫秒。T1加权像重点突出的是纵向弛豫的差别。T1值越小，MR的信号强度越大。T1值存在的差别，磁共振的T1加权像方能区分不同的解剖结构灰质的T1值大于白质，因此T1WI上灰质的信号强度低于白质。其他加权成像质子密度加权成像主要反映单位体积不同组织间质子含量的差别。弥散加权成像（DWI）反映活体组织中水分子的布朗运动。灌注加权成像(PWI),磁敏感加权成像（SWI）

磁共振信号：宏观横向矢量越大，其切割产生的电信号即磁共振信号也越强。一自由感应衰减信号二自旋回波信号三梯度回波信号图像建立自由感应衰减信号：利用磁共振接收线圈直接记录横向磁化矢量的自由感应衰减(t2弛豫和主磁场的不均匀)，得到的磁共振信号。自旋回波信号：射频脉冲产生了宏观横向磁化矢量，脉冲关闭后，在Ti时间施加一个180°聚焦脉冲，以剔除主磁场不均匀的影响，得到的磁共振信号。图像建立图254梯度回波信号：利用读出梯度场切换，宏观横向磁化矢量经历从零到最大又从最大到零的过程，得到的一个回波信号。图像建立

空间定位包括:

1.层面的选择

2.频率编码

3.相位编码

三维的空间定位利用梯度线圈产生的梯度磁场来实现的。（层面选择梯度线圈，频率编码梯度，相位编码梯度）XYZO图像建立

发射一个不符合拉莫频率的射频脉冲（层面选择梯度），不会激发人体内的任何质子，但会使磁场随位置而变化，每个位置有自己的共振频率。层面选择带宽=频率范围

（决定了层面的厚度）频率编码频率编码梯度在MR信号采集过程中同时施加频率位置相位编