磁共振成像物理学基础课件

1、MRI技术培训王志康9/25/20221MRI技术培训9/24/2022111月29日（上午）- 11月30日（上午） 第一章 磁共振成像物理学基础第二章 射频脉冲与脉冲序列 第三章 磁共振成像系统组成 第四章 磁共振成像质量及其控制 9/25/2022211月29日（上午）- 11月30日（上午） 第一章 磁共振成像的定义: 磁共振成像(MRI)是利用射频(radio frequency,RF)电磁波对置于磁场中的含有自旋量子数不为零的原子核的物质进行激发,发生核磁共振(NMR),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一种数字图像9/25/20223磁共振成像的定义: 磁共

2、振成像(MRI)是利用射频(核磁共振现象的发现1946年由美国加州斯坦福大学的布洛赫 （ Bloch)和哈佛大学的珀塞尔（Purcell) 两位教授同时发现。此二位于1952年获得诺贝尔物理奖9/25/20224核磁共振现象的发现1946年由美国加州斯坦福大学的布洛赫9/磁共振成像的特点：多参数成像（T1、T2、质子像，血流等）高对比，不用对比剂也可观察心脏和血管的结构任意层面成像无电离辐射可检查代谢物或功能成像等等9/25/20225磁共振成像的特点：多参数成像（T1、T2、质子像，血流等）9磁共振成像的局限性：成像速度相对较慢禁忌症较多（起搏器，植入性支架，幽闭恐惧症等)对钙化灶和骨皮质不

3、够敏感，对肺的检查也较差图像易受多种伪影影响定量诊断难9/25/20226磁共振成像的局限性：成像速度相对较慢9/24/20226原子核共振特性9/25/20227原子核共振特性9/24/20227通常情况,总磁化矢量为零在静磁场中,能量低的顺着外磁场方向,且总磁化矢量和外磁场同向9/25/20228通常情况,总磁化矢量为零在静磁场中,能量低的顺着外磁场方向,质子的自旋和进动类似地球的自转和围绕太阳的公转9/25/20229质子的自旋和进动类似地球的自转和围绕太阳的公转9/24/20图中黄色箭头代表宏观磁化矢量（磁距）9/25/202210图中黄色箭头代表宏观磁化矢量（磁距）9/24/2022

4、10质子的进动频率Lamor(拉莫)频率质子的进动频率和静磁场B0有关 F=. B0 或 = . B0/2 为磁旋比氢质子的为42.58MHz1、0.5T 时为21.29MHz2、1.0T时为42.58 MHz3、1.5T时为63.87 MHz9/25/202211质子的进动频率Lamor(拉莫)频率质子的进动频率和静磁场B核磁共振物理现象当外一个频率和进动频率相同的射频场B1时，质子发生共振现象9/25/202212核磁共振物理现象当外一个频率和进动频率相同的射频场B1时，质核磁驰豫过程驰豫过程分：1，纵向驰豫（自旋-晶格驰豫）2，横向驰豫（自旋-自旋驰豫）纵向驰豫磁距分量设为MZ横向驰豫磁

5、距分量设为MXY9/25/202213核磁驰豫过程驰豫过程分：9/24/202213纵向驰豫（自旋-晶格驰豫）纵向驰豫时间也叫T1时间纵向磁距恢复到原来的63%时所需的时间为T1时间9/25/202214纵向驰豫（自旋-晶格驰豫）纵向驰豫时间也叫T1时间9/24/横向驰豫（自旋-自旋驰豫）横向驰豫时间也叫T2时间横向磁距减少到最大值的37%时所需的时间为T2时间9/25/202215横向驰豫（自旋-自旋驰豫）横向驰豫时间也叫T2时间9/24/通常生物组织的T1值大于T2值T1大约为300-2000毫秒，T2大约为30-150毫秒9/25/202216通常生物组织的T1值大于T2值9/24/20

6、2216核磁共振信号1、由于纵向磁化分量MZ和静磁场B0重合,无法检测2、磁共振检查中主要检测横向磁化分量MXY3、驰豫过程根据法拉第定律，交变磁场在线圈中感应出电流，即为MR信号9/25/202217核磁共振信号1、由于纵向磁化分量MZ和静磁场B0重合,无法检自由衰件信号(FID)由于弛豫过程中MXY的幅度按指数方式不断衰减，因此在线圈中感应出的电流为随时间周期性不断衰减的振荡电流，称之为自由衰件信号(FID)9/25/202218自由衰件信号(FID)由于弛豫过程中MXY的幅9/24/20磁共振成像的空间定位三个梯度磁场来定位，相当于空间三维坐标用GX、GY、GZ 选层梯度、相位编码梯度、

7、频率编码梯度9/25/202219磁共振成像的空间定位三个梯度磁场来定位，相当于空间三维坐标9选层梯度相位编码梯度频率编码梯度9/25/202220选层梯度相位编码梯度频率编码梯度9/24/202220K空间的概念1、“K空间”即傅里叶频率空间，是一个抽象的频域空间，由相位和频率两个坐标组成2、每次回波检测到的MR信号放入K空间的不同位置上， K空间中每一点的信号都来自整个激发层面。3、 K空间中每一点数据信号对图像的贡献不一样，中心主要决定图像的对比，边缘决定图像的分辨率9/25/202221K空间的概念1、“K空间”即傅里叶频率空间，是一个抽象的频域K空间填充技术K空间排列的原始数据包含了

8、相位、频率和强度的信息，通过傅里叶变换可重建MR图像9/25/202222K空间填充技术K空间排列的原始数据包含了相位、频率和强度的信例题：发现核磁共振物理现象，并获得诺贝尔物理奖的是 ABloch和Lauterbur B Bloch和Damadian CMansfield和Purcell DBloch和Purcell EDamadian和Lauterbur9/25/202223例题：发现核磁共振物理现象，并获得诺贝尔物理奖的是9/24/例题：不能用于MRI成像的参数是： AT1、T2 B质子密度 C血流速度 D线性衰减系数 E弥散运动 9/25/202224例题：不能用于MRI成像的参数是：

9、9/24/202224例题：关于进动的叙述，错误的是 A没有外界的作用力，也可以发生进动过程 B是一种复合运动 C自身的转轴围绕静磁场方向做回旋运动 D旋转半径受外力的影响 E旋转半径受旋转速度的影响9/25/202225例题：关于进动的叙述，错误的是9/24/202225例题：关于组织磁化的叙述，错误的 是： A无外加磁场时，原子核的磁矩方向是随机 分布的B处于磁场中的质子，磁矩较多地处于磁场 方向C自旋磁矩与磁场方向相同的质子处于低能 态D自旋磁矩与磁场方向相反的质子处于稳态E通常情况下，低能态和高能态的质子群的 比例处于热平衡状态 9/25/202226例题：关于组织磁化的叙述，错误的

10、是： 例题：关于纵向弛豫的叙述，错误 的是：A纵向弛豫即T1弛豫B纵向弛豫又称自旋-晶格弛豫C外界静磁场的不均匀性会引起纵向弛豫D纵向弛豫过程是由于原子核系与其周围的 晶格相互作用交换能量所致E纵向弛豫过程中，能量向周围的环境转移 9/25/202227例题：关于纵向弛豫的叙述，错误 的是：A例题： T2弛豫时间指：A横向磁化矢量完全衰减所需要的时间B横向磁化矢量从最大值达到63%所需要 的时间C横向磁化矢量从最大值达到50%所需要 的时间D横向磁化矢量从最大值达到37%所需要 的时间E横向磁化矢量完全散相所需要的时间 9/25/202228例题： T2弛豫时间指：A横向磁化矢量完全衰减所需要

11、的时间例题： MRI信号的空间定位，必须具有：A选层梯度B频率编码梯度C相位编码梯度DRF脉冲E以上所有选项9/25/202229例题： MRI信号的空间定位，必须具有：A选层梯度9/24例题：相位编码的作用是：A相位编码作用期间，使相位编码方向的质 子具有同样的相位B相位编码作用期间，使垂直于相位编码方 向的质子具有同样的相位C相位编码作用期间，使垂直于相位编码方 向的质子具有同样的进动频率D相位编码梯度结束后，使相位编码方向的 质子具有同样的相位E相位编码梯度结束后，使垂直于相位编码 方向的质子具有不同的相位9/25/202230例题：相位编码的作用是：A相位编码作用期间，使相位编码方向例

12、题： 3D傅立叶成像的最主要优 点是：A成像时间短B信噪比高C组织对比度好D层面内空间分辨率高E重建后能更好地显示微细结构9/25/202231例题： 3D傅立叶成像的最主要优 点是：A成像时间短9/2例题：关于傅立叶变换的叙述，错误 的是：A能处理分析频率信号B能将信号从时间域变换到频率域C不能将信号从频率域变换到时间域DMR信号中包含有对应空间位置的频 率信息E能分解MR信号中每个体素的频率和 相位9/25/202232例题：关于傅立叶变换的叙述，错误 的是例题：关于梯度的叙述，错误的是：A按照空间方位可分为X、Y、ZB根据功能可分为选层、相位编码以及频率编码梯度CY梯度不一定用于频率编码D扫描冠状位时，Z梯度用于选层E梯度磁场沿着静磁场方向9/25/202233例题：关于梯度的叙述，错误的是：A按照空间方位可分为X、Y例题：不属于MR检查禁忌证的是：A安装心脏起搏器者B动脉瘤