30MRI设备-成像原理

MRI设备-成像原理MRI基本原理当处于静磁场中的物质受到电磁波的激励时，如果射频电磁波的频率与静磁场强度的关系满足拉莫尔方程，则组成物质的一些原子核会发生共振，即所谓核磁共振。这里，原子核吸收射频电磁波的能量，当射频电磁波撤掉后，吸收了能量的原子核又会把这部份能量释放出来，即发射所谓核磁共振信号。通过测量和分析这种共振信号，可以得到物质结构中的许多化学和物理信息。能够产生共振跃迁的原子核恒定的静磁场一定频率的交变磁场MRI产生条件原子核及磁特性原子核的一般特性同位素：质子数相同，中子数不同的核构成的元素

H有三种同位素：只有质子，没有中子临床MRI主要原子核自旋（spin)——MRI基础原子核及磁特性自旋磁矩原子核自旋运动产生的微观磁场：

—磁旋比，磁矩与角动量之比

—约化普朗克常数：净自旋只有奇数质子或奇数中子数的原子核产生的自旋磁矩泡利不相容原理：原子核内成对质子或中子的自旋相互抵消原子核及磁特性原子核及磁特性临床MRI主要原子核人体组织中氢核多于任何元素氢质子容易产生磁化原子核及磁特性自旋核磁矩在外加磁场中能量磁化：磁场中样体在外磁场作用下，在磁场方向上产生磁性的过程。大小用磁化强度m表示磁化率：样体在磁场中被磁化产生磁化的能力。（磁敏感性）磁化强度来源：原子核自旋磁矩核外电子分布*

自旋在磁场中的运动---进动原子核及磁特性原子核及磁特性剩余自旋与净磁化剩余自旋：平衡磁场中上旋态核磁矩与下旋态核磁矩之差净磁化：平行于磁场方向由剩余自旋产生的磁化矢量（宏观磁化矢量）净磁化的产生原子核及磁特性共振的条件：

原子核在进动中吸收外界能量产生能级跃迁现象

外界能量：短射频脉冲激发源、射频磁场RF

自旋磁矩在主磁场中进动.射频脉冲频率必须与磁场中自旋磁矩的旋进频率相同，与宏观磁化M的固有频率相同，与质子的拉莫频率相同。射频对自旋系统做功，系统内能增加，在RF激发下，宏观磁化矢量产生共振—NMR。RF脉冲的作用原子核及磁特性RF脉冲的作用激发—射频磁场对自旋系统的作用过程核磁共振——原子核自旋系统吸收相同频率的射频磁场能量而从平衡态变为激发态的过程系统激发后特征：MZ<M0；MXY0MRI中的弛豫原子核系统从受激的不平衡态向衡态恢复的过程包括两方面:

纵向磁化分量MZ的恢复横向磁化分量MXY的衰减磁化强度矢量的弛豫过程原子核及磁特性a.横向弛豫：在垂直于主磁场的横向磁化矢量由初始值逐渐复零的过程。满足下式，T2称为横向弛豫时间，经过T2，Mxy减少63%。由于磁矩之间的相互作用，各磁矩的旋进速度不一样，从而使基本一致的取向逐渐消失，变为在横向杂乱无章的排列，从而使横向磁化矢量减小至最后为零。又称自旋——自旋弛豫。主要反应样品磁环境的不均匀性。b.纵向弛豫：和主磁场方向平行的磁化矢量由零逐渐恢复最大值的过程。满足下式，T1称为纵向弛豫时间，经过T1，Mz恢复63%。这是由于热辐射的存在，从低能态跃迁至高能态的磁矩逐渐跃迁至低能态，恢复平衡态。这一驰豫过程常又称热弛豫或自旋——晶格弛豫。主要反映局部的能量交换信息。一般说来，纵向弛豫时间远大于横向弛豫时间。而且，不同的组织与器官的弛豫时间显著不同，从而对软组织及器官有特殊的分辨能力。在主磁场为0.4~2T时，人体组织T1~103ms，T2~102ms。空间定位空间定位空间定位空间定位空间定位1、层面选择：样品中加一个均匀的主磁场B0后，再在主磁场上加一不均匀的梯度磁场BG

。从而使不同层面的磁场强度不一样，共振频率不一样，依据不同的共振频率可以确定自旋核所处的层面。选层梯度Gs在Z方向叠加梯度场可以选择层面，RF的频带宽度与梯度强度共同决定层厚。空间定位空间定位空间定位空间定位2、相位编码：在激励脉冲结束后，在沿层面的Y轴方向加一短时间的梯度磁场GY，由于不同Y坐标的自旋磁矩的进动频率不一样，从而在磁场GY撤除后，磁矩的位相不一样。依据位相的不同可以区分Y坐标。这称为相位编码。空间定位3、频率编码：在相位编码结速后，沿X轴方向加一梯度磁场GX，从而使不同X坐标的自旋磁矩的进动频率不一样，进而依据这种进动频率的差异来确定X坐标。称为频率编码。沿选定层面内的X方向叠加一线性梯度场，可使沿X向质子所处磁场线性变化,从而共振频率线性变化,将采集信号经傅立叶变换后即可得到频率与X方向位置的线性一一对应关系.磁共振成像过程处于静磁场的成像物体用Z轴方向的梯