MR成像原理學(xué)習(xí)課程

1、 介紹坐標(biāo)系-Z 軸代表磁力線。-小箭頭代表質(zhì)子的矢量。一個矢量代表著某一方向的一定量的力， 我們圖中矢量的力為磁力。第1頁/共29頁第一頁，編輯于星期六：九點 十分。 使用坐標(biāo)系較易描述磁場內(nèi)運動的質(zhì)子，也不必畫外部磁體 第2頁/共29頁第二頁，編輯于星期六：九點 十分。5 個“指”向下方的質(zhì)子與5 個“指”向上方的質(zhì)子磁場互相抵消a，因此，實際上僅看到4 個未抵消的質(zhì)子b。第3頁/共29頁第三頁，編輯于星期六：九點 十分。余下的質(zhì)子處于相反方向時(如A 與A )，其磁力互相抵消。除沿外磁場方向的Z 軸外都是如此。實際上，最后剩下的是一個順著外磁場方向的磁矢量（圖 中Z 軸上的箭頭），這個矢

2、量是指向上方質(zhì)子矢量的總和。第4頁/共29頁第四頁，編輯于星期六：九點 十分。這意味著把一個病人放進(jìn)MR 機(jī)磁體內(nèi)，病人本身成為一個磁棒， 即有他自己的磁場。因為這種磁化是沿著外磁場縱軸方向，故稱之為縱向磁化 把病人置入強(qiáng)外磁場中，可誘發(fā)一個新的磁矢量，從而使病人本身成為一個磁體， 這個磁矢量與外磁場平行 第5頁/共29頁第五頁，編輯于星期六：九點 十分。病人的新磁矢量是順著外磁場的方向，沿著外磁場的磁力線，稱之為縱向。實際上， 這正是我們可以用來獲得信號的磁矢量。如果我們能夠測量病人的這種磁化該有多好，但很可惜， 我們不能測到這個磁力，因為它平行于外磁場，與外磁場處于同一方向 第6頁/共29

3、頁第六頁，編輯于星期六：九點 十分。 小 結(jié)-質(zhì)子帶正電荷，具有自旋性。因此它們有一個磁場，可看作是一個小磁棒。-把質(zhì)子放入強(qiáng)磁場時，它們就沿著外磁場的方向排列，一些平行（指向上）， 一些反平行（指向下）。- 質(zhì)子并非靜止不動，而是圍繞著磁力線進(jìn)動，外磁場越強(qiáng)，進(jìn)動頻率越高，它們之間的關(guān)系可用Larmor 方程說明。第7頁/共29頁第七頁，編輯于星期六：九點 十分。 小 結(jié)- 反平行與平行質(zhì)子的磁力可互相抵消。但有多余的平行的處于低能級的質(zhì)子（“指向上方”）殘留下來，它們的磁力不被抵消。這些質(zhì)子都指向上方，它們的磁力迭加起來指向外磁場的方向。因此,當(dāng)我們把病人放入MR 磁體內(nèi)時， 病人有自己的

4、磁場， 這一磁場縱向于MR 磁體磁場（如圖7 及8）因為是縱向，所以，它不能被直接測得。第8頁/共29頁第八頁，編輯于星期六：九點 十分。把病人放入磁體后發(fā)生了什么呢？ 我們給病人發(fā)射一個短促的電磁波，稱之為射頻脈沖RF脈沖,其目的是要擾亂沿外磁場方向?qū)庫o進(jìn)動的質(zhì)子。并非任何一種RF 脈沖都能擾亂質(zhì)子的排列狀態(tài)。對此， 我們需要一個特殊的、能夠與質(zhì)子交換能量的RF 脈沖。第9頁/共29頁第九頁，編輯于星期六：九點 十分。當(dāng)質(zhì)子頻率與射頻脈沖頻率相同時就能進(jìn)行能量交換 第10頁/共29頁第十頁，編輯于星期六：九點 十分。共 振 現(xiàn) 象-質(zhì)子有進(jìn)動頻率， 這一頻率可由Larmor 方程算出。只有當(dāng)

5、RF 脈沖與質(zhì)子頻率相同時，質(zhì)子才能從無線電波中吸收一些能量，這種現(xiàn)象稱 為共振（磁共振中，“共振”一詞就是來源于此）-以音叉為例來說明共振。設(shè)想在一個房間內(nèi)有各種各樣的音叉，音叉的頻率是a、e 和d。一個人帶著一個“a”頻率的發(fā)聲的音叉走進(jìn)來，那些“a”音叉（ 也只有這些音叉）接收能量后開始振動，突然發(fā)出聲音，這一現(xiàn)象稱為共振。第11頁/共29頁第十一頁，編輯于星期六：九點 十分。當(dāng)施加RF 脈沖后，質(zhì)子會發(fā)生什么變化呢？ a 射頻脈沖與質(zhì)子交換能量， 一些質(zhì)子被升到一個較高的 能級水平 如圖b中指向下方的兩個質(zhì)子b實際上Z 軸磁化減少，因為指向下方的質(zhì)子“中和”等數(shù) 目的指向上方的質(zhì)子?？v

6、向磁化從6減到2 第12頁/共29頁第十二頁，編輯于星期六：九點 十分。正常情況下，無線電波對質(zhì)子產(chǎn)生兩種效應(yīng)：它把一些質(zhì)子升到較高的能級水平它們指向下方，它也引起質(zhì)子同步、同相運動。前者導(dǎo)致Z 軸，即縱向磁化減少，后者在X-Y 平面上產(chǎn)生一個新的磁化，即橫向磁化，它隨著進(jìn)動的質(zhì)子而運動 第13頁/共29頁第十三頁，編輯于星期六：九點 十分。把病人置入強(qiáng)外磁場中，沿著外磁場方向產(chǎn)生一個新的磁矢量a。施加RF 脈沖后，產(chǎn)生一個新的橫向磁化，而縱向磁化減少b。在RF 脈沖的作用下，縱向磁化甚至可完全消失c 第14頁/共29頁第十四頁，編輯于星期六：九點 十分。-當(dāng)我們把病人放人MR 機(jī)時，質(zhì)子平行

7、或反平行于MR 機(jī)的磁場，結(jié)果使病人的磁場縱向于外磁場（圖a）。-施加與質(zhì)子進(jìn)動頻率相同的RF 脈沖，則引起兩種效應(yīng)： (1)一些質(zhì)子吸收能量后使縱向磁化減少(2)質(zhì)子同步化，開始以同相進(jìn)動，其矢量也在橫向于外磁場的方向上迭加起來，產(chǎn)生橫向磁化。-總之，RF 脈沖引起縱向磁化減少，產(chǎn)生一個新的橫向磁化 第15頁/共29頁第十五頁，編輯于星期六：九點 十分。弛 豫 現(xiàn) 象（relaxation）RF 脈沖一旦中止，由脈沖引起的系統(tǒng)改變，很快就回到原來靜止時的狀態(tài)， 即發(fā)生弛豫。新建立起來的橫向磁化開始消失此過程稱為橫向弛豫, 縱向磁化恢復(fù)到原來的大小這一過程稱為縱向弛豫第16頁/共29頁第十六頁

8、，編輯于星期六：九點 十分。中斷RF 脈沖后，質(zhì)子從高能狀態(tài)返回到低能狀態(tài)，重新指向上方，結(jié)果縱向磁化增加，恢復(fù)到原來的數(shù)值 第17頁/共29頁第十七頁，編輯于星期六：九點 十分。在RF 脈沖中止后，以縱向磁化對時間畫成曲線，就得到T1 曲線?？v向磁化恢復(fù)到原來數(shù)值所經(jīng)歷的時間，稱為縱向弛豫時間，也簡稱為T1。實際上，T1 并非一個確切時間，而是一個時間常數(shù) 第18頁/共29頁第十八頁，編輯于星期六：九點 十分。在RF 脈沖中止后，質(zhì)子失去相位一致性、失去同步化。當(dāng)您從上面整體地來看這些失相位的質(zhì)子時（畫在圖的下部），就會看到質(zhì)子如何呈扇形散開。呈扇形散開時，指向同一方向越來越小， 因而橫向磁

9、化減少。第19頁/共29頁第十九頁，編輯于星期六：九點 十分。在RF 脈沖中止后，以橫向磁化對時間畫一曲線，就可以得到一條像圖上所畫的曲線，稱為T2 曲線 第20頁/共29頁第二十頁，編輯于星期六：九點 十分。把T1 與T2 曲線連接起來，類似一座具有斜坡的山，登山比滑下去或跳下去所用的時間要長。這有助于記住正常情況下T1 長于T2 第21頁/共29頁第二十一頁，編輯于星期六：九點 十分。小 結(jié)- 質(zhì)子像小磁棒。- 在外磁場里，質(zhì)子的排列方式是平行或反平 行于外磁場。- 低能狀態(tài)（平行）的排列方式占優(yōu)勢，因此有較多的質(zhì)子以此種方式排列。- 質(zhì)子的運動方式與一個旋轉(zhuǎn)著的陀螺受到撞擊時的運動相似。

10、 這種運動為進(jìn)動。- 進(jìn)動頻率依賴外磁場的場強(qiáng)（它們之間的關(guān) 系用Larmor 方程表示）場強(qiáng)越強(qiáng)，進(jìn)動頻 率越高。方向相反的質(zhì)子，它們的磁力互相 抵消。第22頁/共29頁第二十二頁，編輯于星期六：九點 十分。小 結(jié)- 因為有較多的質(zhì)子是沿著與外磁場平行的方向排列，因此凈磁矩縱向于外磁場。-與質(zhì)子進(jìn)動頻率相同的射頻脈沖，能引起共振，把能量傳給質(zhì)子，致使較多的質(zhì)子處于反平行狀態(tài)，這就中和抵消了平行狀態(tài)的質(zhì)子。結(jié)果：縱向磁化減少。- RF 脈沖也引起質(zhì)子同步、同相進(jìn)動，結(jié)果產(chǎn)生一個新的磁矢量，即橫向磁化。第23頁/共29頁第二十三頁，編輯于星期六：九點 十分。小 結(jié) - 當(dāng)中止RF 脈沖后,縱向磁

11、化再次增加，縱向弛豫由時間常數(shù)T1 表示，即縱向弛豫時間。 -橫向磁化減少和消失，橫向弛豫由時間常數(shù)T2 表示，即橫向弛豫時間。-縱向弛豫時間與橫向弛豫時間是不同的，不依賴進(jìn)動.第24頁/共29頁第二十四頁，編輯于星期六：九點 十分。第25頁/共29頁第二十五頁，編輯于星期六：九點 十分。磁共振成像原理-1 是利用人體組織中原子核運動所產(chǎn)生能級和相位變化，經(jīng)過電子計算機(jī)運算處理而轉(zhuǎn)變成圖像。 人體組織中大量存在并能產(chǎn)生較強(qiáng)信號的氫原子核（H）或稱質(zhì)子，具有自旋及磁矩的物理性能。在外加磁場的作用下，質(zhì)子以一種特定方式繞磁場方向旋轉(zhuǎn)。在經(jīng)受一個頻率與質(zhì)子自旋頻率相同的射頻脈沖激發(fā)，便引起質(zhì)子共振，即所謂核磁共振，并發(fā)生質(zhì)子相位與能級變化。在射頻脈沖停止激發(fā)后，質(zhì)子的相位和能級又由非平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入平衡狀態(tài)。亦即由激發(fā)后狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)前狀態(tài)。這個過程稱為弛豫過程，經(jīng)歷的時間稱為弛豫時間（T1和T2）。 第26頁/共29頁第二十六頁，編輯于星期六：九點 十分。 它反映質(zhì)子的運動特征。這些能級變化和相位變化所產(chǎn)生的信號均能為位于身體附近的接受器所測得，經(jīng)過電子計算機(jī)的運算處理轉(zhuǎn)變成圖像。因此，構(gòu)成人體組織的磁共振成像的三要素是身體組織中的質(zhì)子密度和質(zhì)子弛豫時間常數(shù)（T1和T2）。尤其是后二者