磁共振成像基本原理.ppt

1、，磁共振成像基本原理，北京医院放射科，卫生部，杨正汉，北京大学第五临床医学院，磁共振成像基本原理，难懂，很重要，学习磁共振成像前应掌握的知识，电磁学和量子力学的高等数学，初中数学和初中物理的加减乘除平方公式，磁共振成像基本原理，放射科医师对磁共振成像的理解，1。磁共振扫描仪的基本硬件结构。通用磁共振成像仪由以下几个部分组成：主磁体梯度线圈脉冲线圈计算机系统和其他辅助设备。1.主磁体，按磁场强度和磁场均匀性分类，磁共振成像按磁场产生方式分类，永磁体，电磁，恒定传导，超导，主磁体，0.35吨永磁体和1.5吨超导磁体。根据磁体的形状，可分为开放式磁体、封闭式磁体和特殊形状磁体。根据主磁场的场强对磁流

2、变仪进行分类。磁共振图像的信噪比与主磁场的场强成正比。低场3360小于0.5T。中场：0.5T1.0T高场3360 1.0 T 2.0T (1.0 T，1.5T，2.0T)超高场强：大于2.0T(3.0T，4.7T，7T)高斯(1777-1855)，1高斯是在距离一根电流为5安培的直导线1厘米处检测到的磁场强度，德国著名数学家首次测量了地球的磁场强度，5安培，1厘米，1高斯，地球磁场强度分布图，特斯拉(T特斯拉，T)尼古拉特斯拉(1857-1943)，奥地利电气工程师，物理学家，旋转磁场原理和应用的先驱之一。主磁场的均匀性要求磁场的高度均匀性。空间定位需要光谱分析(各种代谢物之间的共振频率差异

3、很小)，脂肪抑制(脂肪和水分子中氢质子的共振频率非常接近)，50厘米球体的表面均匀性应控制在3 ppm，45厘米球体的均匀性可控制在1 PPM，最大半宽；梯度线圈，作用：空间定位产生信号；其他功能提高梯度线圈的性能；磁共振被加速；没有梯度磁场的进步，就没有快速和超快速成像技术；梯度、梯度磁场、梯度磁场产生、Z轴方向的梯度磁场产生、X、Y和Z轴方向的梯度磁场产生、梯度线圈性能指标梯度磁场强度25/60mT/m、转换速率120/200mT/m、有效梯度磁场长度50 cm、梯度两端之间的磁场强度差、梯度磁场强度(mT/m)梯度磁场两端之间的磁场强度差/梯度磁场长度1000mt、1010mt、梯度磁场

4、强度(1010mt-990mt脉冲线圈，其作用类似于无线电波的天线，激励人体产生共振(广播电台的发射天线)。脉冲线圈的分类根据其功能可分为两类：激励和采集磁共振信号(体线圈)，仅采集磁共振信号，激励由体线圈(大多数表面线圈)进行。根据体线圈与检查部位的关系，第一代表面线圈为线偏振表面线圈，第二代为圆偏振表面线圈，第三代为圆偏振相控阵线圈，第四代为集成全景相控阵线圈。接收线圈与磁共振图像的信噪比密切相关。接收线圈离人体越近，接收信号越强，线圈中的体积越小，接收到的噪声越低。3D-FFE矩阵512512 FOV为2.5厘米，指纹磁共振图像由2.3厘米的微线圈采集。4.计算机系统和光谱仪，数据操作控

5、制扫描和显示图像。5.其他辅助设备、空调检查台、激光相机、液氦和水冷系统、自动处理器等。2.核磁共振成像的物理原理。人体磁共振成像的物质基础，原子结构，原子核总是绕着自己的轴旋转，地球自转产生的磁场总是绕着自己的轴旋转自旋和核磁图，地磁，磁体和核磁图，核自旋产生的磁场，这是非常重要的。所有的原子核都能产生磁场吗？质子是偶的，中子是偶的，质子是奇的，中子是奇的，质子是奇的，中子是偶的，质子是偶的，中子是奇的，这就产生了核磁共振而不是核磁共振。1H(氢质子)用于人体磁共振成像。原因如下：2 .1H占了人类原子的绝大多数。通常所说的核磁共振成像是氢质子的磁共振成像。人体磁共振成像用的是哪些细胞核？人

6、体元素1H 14N 31P 13C 23Na 39K 17O 2H 19F，摩尔浓度99.01.60.35 0.10.078 0.045 0.031 0.015 0.0066，相对磁化率为1.00 0 0.083 0.066 0.016 0.093 0.0005 0.029 0.096 0.83，人体内有无数氢质子(每毫升氢质子人体像一块大磁铁吗？一般来说，人体内氢质子的核磁状态。一般来说，虽然每个质子自旋产生一个小磁场，但它是随机无序排列的，磁化矢量相互抵消，人体不显示宏观磁化矢量。将人体置于一个大磁场中。2.当人体进入主磁体时会发生什么？在没有外部磁场的情况下，质子旋转产生核磁，每个氢质子

7、就是一个“小磁铁”。然而，由于无序排列，磁场相互抵消，人体不显示宏观磁场，宏观磁化矢量为0。指南针和地磁，小磁体和大磁场，质子进入主磁场前后人体组织的核磁状态，每个人都很难处于高能状态，但在低能状态下更是如此，007，影响磁化矢量的因素进入主磁场后，温度，主磁场强度，质子含量，温度和温度上升，磁化率下降，主磁场的场强和磁化率越高，场强几乎与磁化率成正比。质子含量越高，与主磁场方向相同的质子总数越多(磁化率保持不变)。低能态的质子比高能态的多多少？在室温(300k)下，0.2t:1.3 ppm 0.5t:4.1 ppm 1.0t:7.0 ppm 1.5t:9.6 ppm，ppm为百万分之一，低能

8、态的氢质子仅略多于高能态的质子，质子的磁化矢量方向在主磁场中是同向还是反向绝对平行？进动是核磁场和主磁场相互作用的结果。进动的频率明显低于质子的自旋频率，但比后者更重要。非常重要。B:进动频率Larmor频率：磁旋转比42.5 MHz/T，B:主磁场强度，质子在高能和低能状态下进动，由于质子在主磁场中进动，每个氢质子产生纵向和横向磁化矢量，那么人体进入主磁场后处于什么样的核磁状态？低能态的质子略多于高能态的质子，从而产生纵向宏观磁化矢量。虽然每个质子的进动产生纵向和横向磁化矢量，但由于相位不同，只产生宏观纵向磁化矢量，而不产生宏观横向磁化矢量。由于相位不同，每个质子的横向磁化子矢量相互抵消，因

9、此不会产生宏观横向磁化矢量。质子自旋产生的核磁与主磁场相互作用而进动是非常重要的。进动使每个质子的核磁具有稳定的纵向磁化矢量和旋转的横向磁化矢量。由于相位不同，只产生宏观纵向磁化矢量，而不产生宏观横向磁化矢量。进入主磁场后，人体被磁化。由于氢质子含量不同，纵向宏观磁化矢量不同的组织无法检测到纵向磁化矢量。磁共振能探测到什么样的磁化矢量？先生共振动，一致的条件频率和大量的能量转移，岁差氢质子在身体里如何共振？给予低能氢质子能量，而氢质子获得能量进入高能状态，即核磁共振。低能氢质子如何获得能量、共振并进入高能状态？磁共振现象是由射频线圈发射的无线电波(射频脉冲)激发人体内的氢质子而引发的。这种射频

10、脉冲的频率必须与氢质子的进动频率相同。低能质子可以进入高能态。微观效应，射频脉冲激发后的效应是偏转宏观磁化矢量。射频脉冲的强度和持续时间决定了射频脉冲激发后的效果。90度脉冲后产生宏观和微观效应，一半氢质子超出低能获得能量而进入高能状态，高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零，使质子处于同一相。将质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量，90度脉冲激励使质子共振，产生最大的旋转横向磁化矢量，可以被磁流变仪检测到。人体内的宏观磁场被无线电波激发后，偏转90度。磁共振成像可以检测到人体发出的高氢质子含量组织的纵向磁化矢量较大，90度脉冲后磁化矢量发生偏转。旋转的宏观横向矢量越大

11、，磁共振信号的强度越高。此时，磁共振图像可以区分两种不同质子密度的组织，这一点非常重要。仅检测到不同组织中氢质子含量的差异，这远远不足以进行临床诊断。我们总是在90度脉冲关闭一段时间后收集磁共振信号。很重要，是吗？4.射频线圈关闭后发生了什么？无线电波激发使磁场偏转90度。无线电波关闭后，磁场慢慢恢复平衡(纵向)。放松，放松，休息，4。射频线圈关闭后会发生什么？无线电波激发使磁场偏转90度。无线电波关闭后，磁场慢慢恢复平衡(纵向)。射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐收缩为零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐恢复平衡。这个过程被称为核磁弛豫。核磁弛豫可分为两部分：横向弛豫、纵向弛豫和

12、横向弛豫，也称为T2弛豫。简而言之，T2弛豫是横向磁化矢量减小的过程。T2弛豫的原因自旋质子磁场暴露于大磁场和自旋质子附近的小磁场。由于分子的运动，质子周围的小磁场不断波动。每个质子感受到的磁场是不均匀的，磁场高，质子进动快，磁场强度低，同相质子进动异相。根据拉莫尔定律，T2弛豫是由于进动质子的异相。不同的组织具有不同的横向弛豫速度(T2值不同)，纵向弛豫，也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，纵向磁化矢量在主磁场的作用下开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。纵向弛豫机制，90度激发，低能质子可以进入高能状态，纵向弛豫，高能质子释放能量，晶格振动频率低于质子进动频率，能量传递缓慢，含有高浓度大分

13、子蛋白质，晶格振动频率接近质子进动频率，能量传递较快，脂肪含有中小分子蛋白质，高能质子向周围晶格(分子)释放能量，晶格振动频率高于质子进动频率。在纯水中能量传递很慢。T1弛豫是由于高能质子释放能量回到低能态。不同的组织有不同的T1弛豫时间。人体各种组织的T2松弛比T1松弛快得多。T2 T1，重要的是建议不同的组织有不同的质子密度，横向(T2)弛豫速度和纵向(T1)弛豫速度，这是磁共振成像显示解剖结构和病变的基础。5、磁共振“加权成像”，T1WI、T2WI、PD，所谓加权意味着“突出显示”。T1加权成像(T1WI) -突出组织T1弛豫(纵向弛豫)差异T2加权成像(T2WI) -突出组织T2弛豫(

14、横向弛豫)差异质子密度加权成像(PD)突出组织？磁共振不能检测纵向磁化矢量，但可以检测旋转的横向磁化矢量。磁共振只能采集旋转的横向磁化矢量。在任何序列图像上，信号采集时旋转的横向磁化矢量越大，磁共振信号越强。T2加权成像(T2WI)，T2值小横向磁化矢量降低快剩余横向磁化矢量小磁共振信号低(黑)T2值大横向磁化矢量降低慢剩余横向磁化矢量大磁共振信号高(白)水T2值约1600毫秒磁共振信号高脑T2值约100毫秒磁共振信号低，反映组织横向弛豫的速度！T2WI、t1加权成像(T1wi)，T1值越小，纵向磁化矢量恢复越快，磁共振信号强度越高(白色)，T1值越大，纵向磁化矢量恢复越慢，磁共振信号强度越低

15、(黑色)，脂肪的T1值越低约250毫秒，磁共振信号越高约3000毫秒，磁共振信号越低(黑色)，T1WI、重要提示！大多数人体病变的T1和T2值大于相应的正常组织，因此在T1WI上它们比正常组织暗，在T2WI上它们比正常组织白。6、核磁共振空间定位，核磁共振空间定位X轴、Y轴、Z轴三维定位层厚选择频率编码相位编码，由于地球磁场的梯度从赤道到南北两极逐渐减弱，其位置可以根据地球上位置的磁场强度来确定，核磁共振三维空间定位也是通过三个梯度场强来实现的，而层厚选择使得发射的射频脉冲不可能是单一频率。我们可以控制和调整射频脉冲的带宽，它有一定的频率范围(带宽)。CT切片和厚度的选择取决于床和准直器、切片厚度的选择、第一梯度场和恒定的梯度场强度。射频带宽越宽越厚，梯度场强越薄，这是决定厚度的因素。梯度场强射频带宽，调节射频脉冲的带宽，梯度场强的强度和位置，可以随意选择切片的位置和厚度。磁共振采集的每一个信号都包含全层信息，整个信息只能通过层内空间定位编码分配给每个像素，包括频率编码和相位编码。频率编码依赖于梯度磁场，不同频率的磁共振信号可以通过傅里叶变换来区分。第二梯度场、相位编码、相位编码或梯度磁场