核磁共振成像ppt课件

核磁共振成像 NuclearMagneticResonanceImagingNMRI MRI NMRCT 杨迪 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity 核磁共振成像 MRI SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity MRI的发展概况 1924年 Pauli预言了核磁共振 NMR 的基本理论 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 FelixBloch1905 1983 EdwardMillsPurcell1912 1997 E Pauli1900 1958 1946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 MRI的发展概况 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 MRI的发展概况 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 MRI的基本原理 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 则有自旋角动量 原子核磁矩 I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 MRI的基本原理 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 MRI的基本原理 三 核磁共振 若在与外磁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h E gI NB0 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity MRI的基本原理 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 0 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity MRI的基本原理 3 外加射频后原子核的分布 M0 0 产生横向磁化 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity MRI的基本原理 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 MRI的基本原理 纵向弛豫 横向弛豫 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity MRI的基本原理 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则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 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基础 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity 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 MRI医学应用 T2加权图像 反映组织横向弛豫的快慢 T2值小 横向磁化矢量减少快 信号低 黑 T2值大 横向磁化矢量减少慢 信号高 白 水T2值约为3000毫秒 信号高脑T2值约为100毫秒 信号低 脑 水 SchoolofNuclearScience TechnologyLanzhouUniversity 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 相比与传统CT MRI应用于医学的优