MRI原理(精)PPT教学课件.ppt

1、第二节磁共振现象的基本条件：1 .原子核的自旋和磁矩(1)原子核的自旋和电磁场：原子核和质子围绕它们自己的轴旋转。带正电的质子的自旋类似于一个小磁铁，它产生一个与自旋同轴的电磁场，大小和方向都一样。磁场的方向可以由法拉第环形电流右手定则来确定。(2)原子核的磁矩是一个有大小和方向的矢量。不是所有的原子核都可以进行磁共振，但是只有具有磁矩的原子核才能在一定条件下进行磁共振。氢质子有两种能态：低能态和高能态。这意味着一些氢质子围绕它们自己的轴旋转，产生磁场。其他氢质子以相反的方向旋转，并产生相反方向的磁场。如果原子核中甚至有质子，这些成对质子的磁场将会抵消，总磁场将为零；当原子核中有奇数个质子时，

2、就会产生净磁场，这将使原子核产生磁矩。事实上，任何带有奇数个质子或中子或奇数个质子和中子的原子核都有磁矩。(1)静磁场的作用人体内有许多氢质子，它们都有自己的小磁场，并以磁矩绕自己的轴旋转。一般来说，质子的自旋是随机分布的，磁矩相互抵消，净磁场强度为零。如果将人体置于强静态磁场(B0)中，质子将沿着静态磁场的方向排列，产生净磁化矢量；自旋时，质子以静磁场的磁力线为轴进动(或进动)。1净磁化矢量的形成，5，6，2质子在静磁场中的进动当没有静磁场(B0)时，质子绕着自己的轴旋转，产生自己的小磁场。当我们把自旋质子放入B0时，质子开始摆动，不仅绕着自己的轴旋转，还绕着B0的轴旋转，这叫做进动。质子绕

3、B0轴的进动频率可以用莫拉方程计算：7。质子在B0中的进动使得质子的旋转轴与B0轴成进动角，因此质子的磁化矢量在垂直于B0的XY平面中有一个磁化分量。然而，质子的运动是随机的，它们在XY平面上的投影相互抵消，但没有横向磁场分量。(2)静磁场类型(1)按磁体设计分类(1)常导磁体：根据线圈中的环形电流产生磁场的原理，磁场可以打开和关闭。(2)超导磁体：根据超导材料的特性设计强磁场，使用液氮或液氦作为制冷剂。磁场可以打开和关闭。(3)永磁体：磁体由铁磁物质组成，磁场持续存在，不能关闭。2根据磁场强度的分类，可分为：超高场(4.07.0吨)；高场(1.53.0吨)；中场(0.51.4吨)；低场(0.

4、20.4吨)；超低场(0.2T)。超高场主要用于研究。高场和中场在超导扫描仪中很常见，而低场在恒定传导和永磁扫描仪中很常见。射频脉冲是一种交变电磁波(其磁场用B1表示)。当静磁场(B0)的场强为0.2T3.0T时，根据莫拉方程，B0中自旋质子的进动频率为8.5127MHz，属于电磁波谱中无线电波的频率范围。它也被称为射频脉冲，因为它只在核磁共振成像中短暂传输。(1)射频脉冲1的作用。纵向磁化矢量的章动使M0转向XY平面，与z轴成一定角度():10，其中：1为射频脉冲的进动频率()，t为射频脉冲的作用时间。我们可以通过控制射频脉冲的强度和作用时间来确定M0的转角。11，(1)90翻转：当射频脉冲

5、的能量不变时：因为根据上述公式，如果射频脉冲的作用时间保持在t/2，MZ将翻转90。产生90圈的脉冲称为90RF脉冲。(2)180翻转：M0产生180翻转所需的脉冲持续时间可由上述公式计算：为了实现M0的180翻转，可以使用相同强度的射频脉冲，但动作时间是90射频脉冲的两倍；或者是强度是90射频脉冲两倍但作用时间相同的脉冲。(3)部分翻转：M0翻转角小于90，可以通过减小射频脉冲的强度或持续时间来实现。M0三种反演形式在磁共振成像中有特定的应用，它们决定了磁共振成像的顺序，影响显示病灶的灵敏度和图像质量。12、2形成横向磁化矢量。B0中自旋质子产生的纵向矢量M0在受到90射频脉冲作用后转向XY

6、平面。每个质子仍然以一定的频率在B0附近进动，所有质子的磁矢量指向同一个方向。因此，每个质子的磁矢量叠加在XY平面上，形成一个新的磁化矢量，即横向磁化矢量MXY。(2)射频脉冲的特征参数1频率使与射频脉冲进动频率相同的质子产生磁共振。2.带宽频率范围决定了扫描期间切片的厚度和预饱和度。3 Mz的转角由强度和动作时间决定。14，第3节磁共振图像的信号，15，1，相位的概念，1相位平面中的旋转矢量与某一参考轴之间的角度称为相位。同相：多个向量在空间中具有相同的方向；异相：空间中多个向量的方向不一致；再阶段：从不同阶段到同一阶段的过程；异相：从异相到不同相的过程。磁场中自旋之间的相位16，16，2自

7、旋质子的磁矩与静态磁场中的B0之间存在进动角，因此自旋磁矩可以分解为Z轴和XY平面两个矢量。在任何时刻，自旋质子在Z轴上的磁矩矢量总是指向同一个方向(即同相)，因此宏观纵向磁化矢量M0是叠加形成的。XY平面中的矢量随机分布在不同的方向(即异相)，因此磁化矢量在XY平面中相互抵消，不能形成宏观磁化矢量。在射频脉冲的作用下，M0转向XY平面，围绕z轴进动的自旋磁矩相位趋于一致(即多相)，磁化矢量叠加形成宏观横向磁化矢量MXY。17，18，2。自旋质子的弛豫，(1)弛豫的概念：指自旋质子的能级从激发态回到稳定态(平衡态)的过程。弛豫过程包括同步发生但相互独立的两个过程：纵向弛豫；横向弛豫)，19，(

8、2)纵向弛豫射频脉冲停止后，纵向磁化矢量M0从最小值恢复到原始大小的过程称为纵向弛豫。在弛豫过程中，总净磁化矢量也螺旋运动，这与射频激励后的运动正好相反。20，1纵向弛豫机制在纵向弛豫过程中，自旋质子吸收射频脉冲的能量并跃迁到高能级，将能量释放到周围晶格中并返回到它们的稳定状态。因此，纵向弛豫也称为自旋晶格弛豫。在纵向弛豫过程中，M0的恢复程度随着时间的变化而逐渐增大。T1用于表示M0恢复率特征的时间常数(M0恢复到一定程度所需的时间)。因此，纵向弛豫也称为T1弛豫。纵向弛豫时间为90的射频脉冲后，净磁化矢量M0转向XY平面，然后恢复为T1速率特性，呈指数曲线增长。在T1的弛豫过程中，MZ是时

9、间的函数，符合：MZ(t)是时间t的纵向磁化矢量值，M0是平衡态的净磁化矢量值，t是弛豫时间，T1是纵向弛豫时间常数。21，T1。对于不同的组织，纵向磁化矢量MZ从平衡磁化矢量M0的最小值恢复到63的时间是不同的。B0强度不同，同一组织的T1值也不同(表6-1)。B0越大，T1越大如果在90脉冲之前施加另一个180的脉冲，纵向磁化矢量M0将向B0的负方向反转180，然后根据组织的T1速率恢复。(3)横向弛豫1横向弛豫机制MXY的形成是由于自旋质子处于激发态，在被射频脉冲激发后继续在XY平面内绕Z轴进动，它们的相位趋于一致并重叠形成宏观磁化矢量。在磁场中，每个自旋都受到静态磁场B0和由相邻自旋的

10、磁矩产生的局部磁场的影响。(3)横向弛豫1横向弛豫机制MXY的形成是由于自旋质子处于激发态，在被射频脉冲激发后继续在XY平面内绕Z轴进动，它们的相位趋于一致并重叠形成宏观磁化矢量。在磁场中，每个自旋都受到静态磁场B0和由相邻自旋的磁矩产生的局部磁场的影响。25，26，(2)自旋质子之间的相互作用：当两个自旋相邻时，一个自旋(1)沿B0方向排列，另一个自旋(2)沿B0方向排列。由于这两个自旋之间的相互作用，(1)在B0加上另一个质子产生的小磁场(B)的影响下，进动频率将略微增加；(2)在与B0相反的稍低磁场的影响下，总磁场强度降低，因此其进动频率也将降低。自旋质子间相互作用引起的磁场均匀性变化导

11、致质子进动频率的差异，从而导致进动净磁化矢量在XY平面上的异相。因此，横向弛豫也称为自旋-自旋弛豫。横向弛豫是横向磁化矢量MXY的逐渐衰减过程，T2用来表示MXY衰减速率特性的时间常数。横向弛豫也称为T2弛豫。27，2横向弛豫时间为90的射频脉冲关闭后，XY平面上的MXY弛豫具有T2速率特性，呈现指数衰减曲线，如下图所示。T2的弛豫过程符合：其中MXY(t)是时间t的横向磁化矢量值，M0是平衡态的磁化矢量值，t是弛豫时间，T2是弛豫时间常数。在上式中，当使用tT2时，MXYM0e-1=37% M0，即，MXY衰减到最大值的37%的经过时间等于T2值：T2横向磁化矢量MXY衰减到最大值的63%的

12、时间。不同的组织有不同的T2值。29，3 T2*放松T2*被称为准T2或有效放松时间。T2在绝对均匀的静态磁场(B0)中是弛豫的，T2衰减主要取决于自旋-自旋相互作用。然而，任何磁体产生的磁场不可能是绝对均匀的，因此横向弛豫受到不均匀B0和自旋-自旋相互作用的影响。我们称横向弛豫为不均匀B0 T2*弛豫。T2*不是固定的，随着B0的均匀性而变化。T2*衰变率总是比T2衰变率快。30，3。自由感应衰减信号，使用90射频脉冲激发自旋质子，并将M0转到XY平面。关闭90RF脉冲后，自旋质子在XY平面进动，并处于同一相位。MXY开始随时间衰减；自旋在接收线圈中感应出电流。当t0时，信号具有最大值；在t

13、1，信号为零；在t2，信号具有反向最大值；当t=3时，信号为零。因此，产生振荡磁场，这在接收线圈中产生振荡感应电流(磁共振信号)。信号强度取决于mxy:31，接收信号如下图所示。以指数曲线形式衰减的振荡信号称为自由感应衰减信号，其强度与组织的T1和T2以及组织的质子密度有关。FID信号是90oRF脉冲后采集的信号，其衰减符合T2*模式。32，第4节磁共振图像的空间位置1。梯度磁场的概念由于人体内所有自旋质子的莫拉频率相同，射频脉冲激发后接收到的信号包含了受试者的全身信息，因此我们无法确定信号各分量的具体原点，即空间位置信息。为了获得信号的空间位置信息，梯度磁场法在与静态磁场(B0)叠加之后，磁

14、场可以暂时不均匀，使得沿着梯度方向的自旋质子具有不同的磁场强度，从而具有不同的共振频率，从而获得关于位置的信息。梯度磁场是由放置在磁体中的额外线圈产生的，称为梯度线圈。位于磁体中的梯度线圈通常是成对的线圈，每对线圈中的电流大小相等，极性相反。为了获得所有方向上的空间位置信息，有必要分别在X、Y和Z方向上应用梯度。根据它们的功能，这些梯度被称为：平面选择梯度；频率编码或读出梯度；相位编码梯度。35，2，层选择，(1)层选择在施加层选择梯度之后，磁场强度随位置而变化，并且在Z轴方向上，每个位置的自旋质子具有它们自己的共振频率。如果现在向受试者发射特定频率的射频脉冲，那么与射频脉冲频率相同的自旋质子

15、将沿着Z轴方向被激发，我们将从人体中垂直于Z轴方向的相应位置接收信号。改变射频脉冲的频率或线性梯度磁场的斜率可以改变激励平面的位置。(2)层厚的选择在梯度磁场的作用下，如果发射一个单一频率的射频脉冲，相应的磁场位置进动信号在该频率将被激发，但它是一个无限薄的平面。为了获得具有一定厚度的层，射频脉冲必须具有一定的频率范围(带宽)。不同层的厚度可以通过改变射频脉冲的带宽或梯度磁场的斜率来选择。36，37，3。空间编码。成像平面通过使用切片选择梯度来确定，但是信号源的空间位置不能在所选切片内确定。为了重建不同层次的图像，需要知道扫描矩阵中每个体素产生的信号的位置和大小。这个问题的解决方案是对信号进行空间编码，包括：频率编码；相位编码。(1)频率编码频率编码：目的是区分信号来自扫描矩阵的哪一列。在读出信号之前，沿x方