磁共振成像基本原理PPT课件

1、 原子核在磁场中运动像“陀螺”，除了自身的旋转外，还绕外磁场作旋转“进动”。原子核在外磁场中的运动第1页/共36页ZNAI偶偶偶零奇奇偶整数(1, 2, 3, 4, 5, 6,7,)奇/偶偶/奇奇半整数(1/2, 3/2, 5/2, 7/2, 9/2) 具有磁性的原子核，必须满足以下的条件：NaPH231131151而无磁性核如：CO126168核的质子数或中子数为奇数，如：原子核的磁性第2页/共36页 磁矩就是指磁性，用 表示。并非所有的核都具有磁性。 =h/2 为旋磁比，1H的 =42.58 MHz/T 原子核的磁矩第3页/共36页B=0 B0 无外磁场时，原子核排列是无序的，总体并不显示

2、磁性。若存在外磁场时，原子核(H)只能按两个方向进行定向排列，总体体现磁性。原子核在外磁场中磁化第4页/共36页沿着磁场方向排列的原子核称：平行状态原子核逆着磁场方向排列的原子核称：反平行状态原子核顺磁场排列原子的能量比逆磁场排列原子能量小。B=0 B0第5页/共36页 质子处于主磁场B0中，氢核的磁矩就与主磁场发生相互作用，而处一个稳定的状态，氢核不能随意取向，它的能量是量化的： 平行状态原子核： 平行状态原子核： 能量差为 ： 所以 B0 越大，质子之间能量差也越大，MRI图像信噪比也就越好。0211hBE12EEE0212hBE原子核在外磁场中量化第6页/共36页 其中 k 玻尔兹曼常数

3、，T为绝对温度。 在常温稳定情况下，处于低能量的粒子数多于处于高能量的粒子数。 当场强为1.5T时，低能级的数目只比高能级多8/2,000,000个，两个方向的净自旋产生的磁场称为净磁化，或磁化矢量，所以磁化矢量是十分微弱。 kTEEeNN/)(2121Boltzmann能量分布原理第7页/共36页 在主磁场作用的基础上，在XOY平面内的OX轴射出一个射频场B1，为了使核系统能吸收射频场发出的能量，射频场的能量 E必须与质子系统的能级差E完全相等，E =E射频脉冲激励第8页/共36页 是磁共振基本公式，称拉莫(Lamor)公式，要求系统达到共振时，激励射频场的频率r 必须与质子系统的共振频率0

4、 相同(0与共振核和磁场强度有关)。 B0为主磁场强度，单位Telsa 1 Telsa= 10,000 Gauss 约为地球磁场20,000倍00Br拉莫(Lamor)公式第9页/共36页M 称为磁化矢量强度。M0 称为稳定状态时的磁化矢量强度。M0 与B0 方向一致。M与组织质子密度、B0和绝对温度有关。 由于检测的是一定体积范围内所有质子在磁场中的表现，所以测量总的磁矩：M磁化矢量强度M第10页/共36页静止与旋转坐标系第11页/共36页90 脉冲作用于M第12页/共36页180 脉冲作用于M第13页/共36页任意脉冲作用于M第14页/共36页第15页/共36页磁共振形成过程磁共振形成过程

5、第16页/共36页 质子系统在静磁场中逐渐被磁化，并在外加磁场方向上形成磁化矢量M0，M0在射频脉冲激发下产生磁共振现象，平衡状态被破坏，产生横向磁化Mxy，系统平衡被破坏，系统处于激发态。 纵向磁化矢量Mz变小; 横向磁化矢量Mxy增大。 当射频脉冲关闭后，系统从激发态返回平衡态，这过程就是弛豫。 纵向磁化矢量Mz恢复; 横向磁化矢量Mxy衰减。自旋弛豫(Relaxation)第17页/共36页纵向磁化弛豫 横向磁化弛豫纵向弛豫过程第18页/共36页纵向弛豫过程 又称：自旋-晶格弛豫。指90脉冲终止后，纵向磁化矢量Mz逐渐恢复至平衡态M0的过程。)e(1-MM1-t/T0zT1纵向弛豫时间：

6、为纵向弛豫时间常数。在数值上等于纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的63%所需要的时间，是纵向磁化矢量恢复快慢的一个指标。第19页/共36页纵向弛豫的机理 处于激发态的自旋核将能量释放至周围环境(晶格，其它种类原子核)，恢复其平衡态的过程。 共振核周围有许多与之相似的磁矩，这些磁矩都具有局部磁场，对质子产生影响。晶格磁场是由一个无数频率组成的随机波动磁场。当晶格磁场为拉莫频率时，共振核将能量释放至晶格，并从高能态跃迁至低能态。第20页/共36页 T1对比 T1 是一个具有组织特异性的时间常数，即不同组织释放所吸收的射频能量的速度各不相同。成像中由于不同组织的T1不同而形成的磁化不同，称为“纵向磁

7、化对比”。 T1加权图像就是利用组织纵向弛豫时间的不同来进行成像。第21页/共36页第22页/共36页0.2T1.0T1.5T脂肪240肌肉370730860白质390680780灰质490810920脑脊液140025003000单位：ms常见组织纵向弛豫时间第23页/共36页影响T1的因素组织分子大小(中等分子运动频率与共振频率相近，可产生有效的能量转移，T1小；大分子和小分子运动频率与共振频率相差甚远，T1大)第24页/共36页影响T1的因素第25页/共36页影响T1的因素组织特异性的时间常数；与组织生理状态有关晶格状态(固体、液体)，固体T1长(晶格振动频率高10121013Hz)大分

8、子的存在(亲水基因与自由水结合形成水化层，降低水分子运动速率，T1下降)主磁场强度(B0越大，T1越大) 温度：温度上升，热运动加快有效弛豫频带分子数减小， T1下降第26页/共36页横向弛豫过程 又称：自旋-自旋弛豫。指90 脉冲终止后，Mxy由于磁相互作用，导致逐渐衰减过程。T2纵向弛豫时间： 等于Mz衰减过程中，衰减至最大值的37%所需要的时间。是横向磁化矢量恢复快慢的一个指标。第27页/共36页横向弛豫机理 各自旋核的磁场相互作用，使彼此间的进动频率变化，导致自旋间的相位相干逐渐消失。使Mxy逐渐衰减过程.第28页/共36页T2对比 T2 是一个组织特异性的时间常数，不同组织释放所吸收

9、的射频能量的速度各不相同，所以T2也不同，从而形成的组织的磁化也不同，称为“横向磁化对比”。第29页/共36页组织类型T2值脂肪85肌肉45白质90灰质100脑脊液1400单位：ms常见组织横向弛豫时间第30页/共36页影响T2的因素 组织特异性； 与组织生理状态有关； 与主磁场强度无关，但与主磁场均匀度有关； 组织分子大小及物理状态：大分子及固体有固定的分子晶格，分子间的自旋-自旋作用持久，T2短。小分子及液体分子由于快速平动而趋向于磁场不均匀性平均化，从而降低T2弛豫效应。 T2变长。第31页/共36页T2*弛豫(表观或有效T2) 由于主磁场的不均匀性，引起质子自旋频率就不同，因而加速了横向弛豫的过程导致横向磁化弛豫的加快，T2的下降。T2*加权像称磁敏感对比。第32页/共36页磁共振信号接收 接收线圈位于XOY平面内，随着M的旋转，Mxy每旋转一次，就会在线圈内形成一个感应电流，感应电流的大小随时间逐渐减小，形成自由衰减信号FID。第33页/共36页磁共振信号处理 信号接收后，就可以进行傅里叶分析FFT。第34页/共36页 MR成像