MR成像原理.ppt

磁共振成像原理 要点介绍坐标系磁共振的物理基础MRI的成像原理 介绍坐标系 Z轴代表磁力线 小箭头代表质子的矢量 一个矢量代表着某一方向的一定量的力 我们图中矢量的力为磁力 使用坐标系较易描述磁场内运动的质子 也不必画外部磁体 5个 指 向下方的质子与5个 指 向上方的质子磁场互相抵消 a 因此 实际上仅看到4个未抵消的质子 b 余下的质子处于相反方向时 如A与A 其磁力互相抵消 除沿外磁场方向的Z轴外都是如此 实际上 最后剩下的是一个顺着外磁场方向的磁矢量 图中Z轴上的箭头 这个矢量是指向上方质子矢量的总和 这意味着把一个病人放进MR机磁体内 病人本身成为一个磁棒 即有他自己的磁场 因为这种磁化是沿着外磁场纵轴方向 故称之为纵向磁化 把病人置入强外磁场中 可诱发一个新的磁矢量 从而使病人本身成为一个磁体 这个磁矢量与外磁场平行 病人的新磁矢量是顺着外磁场的方向 沿着外磁场的磁力线 称之为纵向 实际上 这正是我们可以用来获得信号的磁矢量 如果我们能够测量病人的这种磁化该有多好 但很可惜 我们不能测到这个磁力 因为它平行于外磁场 与外磁场处于同一方向 小结 质子带正电荷 具有自旋性 因此它们有一个磁场 可看作是一个小磁棒 把质子放入强磁场时 它们就沿着外磁场的方向排列 一些平行 指向上 一些反平行 指向下 质子并非静止不动 而是围绕着磁力线进动 外磁场越强 进动频率越高 它们之间的关系可用Larmor方程说明 小结 反平行与平行质子的磁力可互相抵消 但有多余的平行的处于低能级的质子 指向上方 残留下来 它们的磁力不被抵消 这些质子都指向上方 它们的磁力迭加起来指向外磁场的方向 因此 当我们把病人放入MR磁体内时 病人有自己的磁场 这一磁场纵向于MR磁体磁场 如图7及8 因为是纵向 所以 它不能被直接测得 把病人放入磁体后发生了什么呢 我们给病人发射一个短促的电磁波 称之为射频脉冲 RF脉冲 其目的是要扰乱沿外磁场方向宁静进动的质子 并非任何一种RF脉冲都能扰乱质子的排列状态 对此 我们需要一个特殊的 能够与质子交换能量的RF脉冲 当质子频率与射频脉冲频率相同时就能进行能量交换 共振现象 质子有进动频率 这一频率可由Larmor方程算出 只有当RF脉冲与质子频率相同时 质子才能从无线电波中吸收一些能量 这种现象称为共振 磁共振中 共振 一词就是来源于此 以音叉为例来说明共振 设想在一个房间内有各种各样的音叉 音叉的频率是a e和d 一个人带着一个 a 频率的发声的音叉走进来 那些 a 音叉 也只有这些音叉 接收能量后开始振动 突然发出声音 这一现象称为共振 当施加RF脉冲后 质子会发生什么变化呢 a 射频脉冲与质子交换能量 一些质子被升到一个较高的能级水平如图 b 中指向下方的两个质子 b 实际上Z轴磁化减少 因为指向下方的质子 中和 等数目的指向上方的质子 纵向磁化从6减到2 正常情况下 无线电波对质子产生两种效应 它把一些质子升到较高的能级水平 它们指向下方 它也引起质子同步 同相运动 前者导致Z轴 即纵向磁化减少 后者在X Y平面上产生一个新的磁化 即横向磁化 它随着进动的质子而运动 把病人置入强外磁场中 沿着外磁场方向产生一个新的磁矢量 a 施加RF脉冲后 产生一个新的横向磁化 而纵向磁化减少 b 在RF脉冲的作用下 纵向磁化甚至可完全消失 c 当我们把病人放人MR机时 质子平行或反平行于MR机的磁场 结果使病人的磁场纵向于外磁场 图a 施加与质子进动频率相同的RF脉冲 则引起两种效应 1 一些质子吸收能量后使纵向磁化减少 2 质子同步化 开始以同相进动 其矢量也在横向于外磁场的方向上迭加起来 产生横向磁化 总之 RF脉冲引起纵向磁化减少 产生一个新的横向磁化 弛豫现象 relaxation RF脉冲一旦中止 由脉冲引起的系统改变 很快就回到原来静止时的状态 即发生弛豫 新建立起来的横向磁化开始消失此过程称为横向弛豫 纵向磁化恢复到原来的大小这一过程称为纵向弛豫 中断RF脉冲后 质子从高能状态返回到低能状态 重新指向上方 结果纵向磁化增加 恢复到原来的数值 在RF脉冲中止后 以纵向磁化对时间画成曲线 就得到T1曲线 纵向磁化恢复到原来数值所经历的时间 称为纵向弛豫时间 也简称为T1 实际上 T1并非一个确切时间 而是一个时间常数 在RF脉冲中止后 质子失去相位一致性 失去同步化 当您从上面整体地来看这些失相位的质子时 画在图的下部 就会看到质子如何呈扇形散开 呈扇形散开时 指向同一方向越来越小 因而横向磁化减少 在RF脉冲中止后 以横向磁化对时间画一曲线 就可以得到一条像图上所画的曲线 称为T2曲线 把T1与T2曲线连接起来 类似一座具有斜坡的山 登山比滑下去或跳下去所用的时间要长 这有助于记住正常情况下T1长于T2 小结 质子像小磁棒 在外磁场里 质子的排列方式是平行或反平行于外磁场 低能状态 平行 的排列方式占优势 因此有较多的质子以此种方式排列 质子的运动方式与一个旋转着的陀螺受到撞击时的运动相似 这种运动为进动 进动频率依赖外磁场的场强 它们之间的关系用Larmor方程表示 场强越强 进动频率越高 方向相反的质子 它们的磁力互相抵消 小结 因为有较多的质子是沿着与外磁场平行的方向排列 因此凈磁矩纵向于外磁场 与质子进动频率相同的射频脉冲 能引起共振 把能量传给质子 致使较多的质子处于反平行状态 这就中和 抵消了平行状态的质子 结果 纵向磁化减少 RF脉冲也引起质子同步 同相进动 结果产生一个新的磁矢量 即横向磁化 小结 当中止RF脉冲后 纵向磁化再次增加 纵向弛豫由时间常数T1表示 即纵向弛豫时间 横向磁化减少和消失 横向弛豫由时间常数T2表示 即横向弛豫时间 纵向弛豫时间与横向弛豫时间是不同的 不依赖进动 磁共振成像原理 1 是利用人体组织中原子核运动所产生能级和相位变化 经过电子计算机运算处理而转变成图像 人体组织中大量存在并能产生较强信号的氢原子核 H 或称质子 具有自旋及磁矩的物理性能 在外加磁场的作用下 质子以一种特定方式绕磁场方向旋转 在经受一个频率与质子自旋频率相同的射频脉冲激发 便引起质子共振 即所谓核磁共振 并发生质子相位与能级变化 在射频脉冲停止激发后 质子的相位和能级又由非平衡状态转入平衡状态 亦即由激发后状态转变为激发前状态 这个过程称为弛豫过程 经历的时间称为弛豫时间 T1和T2 它反映质子的运动特征 这些能级变化和相位变化所产生的信号均能为位于身体附近的接受器所测得 经过电子计算机的运算处理转变成图像 因此