磁共振成像技術-基本原理

1、AcceleratorAcceleratorEXCITE Technology磁共振成像技術基本原理什么是磁共振成像（什么是磁共振成像（MRIMRI）？）？ 1. 1. 2. 2. 3. 3.磁磁共振共振成像成像MagneticResonanceImaging磁場人體圖像人體富含人體富含H2OH+共振發(fā)生的地方共振發(fā)生的地方采集信號采集信號-形成圖像形成圖像磁磁 1. 1.磁場磁場北極北極南極南極NS1.51.5T T超導磁體超導磁體地球地球磁磁地磁、磁鐵、核磁地磁、磁鐵、核磁磁磁磁場強度磁場強度磁磁磁場強度磁場強度磁磁廣東醫(yī)附院廣東醫(yī)附院1.51.5T T超導磁體超導磁體臨床磁場強度臨床磁場

2、強度: : 0.05 0.053T3T低場低場: 0.3: 0.3T T中場中場: : 0.30.3T, 1.0TT, 1.0T高場高場: : 1 1.0.0T T磁磁GEGE公司公司3 3.0.0T T超導磁體超導磁體0.35T 0.2T 0.7T永磁體永磁體常見常見MRMR機機0.5T1.5T1.0T3.0T磁磁2. 2.共振的概念共振的概念G 共振：用一種頻率與進動頻率相同的射頻脈沖激用一種頻率與進動頻率相同的射頻脈沖激 發(fā)所檢查的原子核將引起共振。發(fā)所檢查的原子核將引起共振。GCDEFGABCDEFGAB共振共振 共振條件共振條件person in magnetic fieldmagn

3、et質子質子磁場磁場射頻射頻進動頻率進動頻率GG共振共振RFTransceiverperson in magnetic fieldmagnetbefore transmitting RF共振共振person in magnetic fieldRFTransceiverRF Pulsetransmitting RF共振共振person in magnetic fieldRFTransceiverMR Signalafter transmitting RF共振共振Proton質子質子Electron電子電子1H人體人體MRMR成像的物質基礎成像的物質基礎- -原子核（原子核（1 1HH）Billi

4、ons of Hydrogen Atoms in the body人體由大量氫原子構成共振共振什么是進動頻率？什么是進動頻率？原子核的磁性原子核的磁性 含有單數(shù)質子、單數(shù)中子或兩者均為單數(shù)的原含有單數(shù)質子、單數(shù)中子或兩者均為單數(shù)的原子核，其自旋可產(chǎn)生磁場，其方向的強度稱為子核，其自旋可產(chǎn)生磁場，其方向的強度稱為磁矩磁矩。 生物體內(nèi)含生物體內(nèi)含1 1H H、1313C C、1919F F、2323NaNa、3131P P等有磁性的元等有磁性的元素，其中以素，其中以1 1H H的研究和使用最多。的研究和使用最多。共振共振 在主磁場中，在主磁場中， 1 1H H 原子核在繞自身原子核在繞自身軸旋轉時

5、，又沿主磁場方向做圓周運動，將質子軸旋轉時，又沿主磁場方向做圓周運動，將質子磁矩的這種運動稱為磁矩的這種運動稱為進動或旋進進動或旋進。 宏觀磁矩也做進動，其頻率宏觀磁矩也做進動，其頻率 ，可用，可用LarmorLarmor公式表示：公式表示： B B0 0 為主磁場強度，為主磁場強度，r r 為為磁旋比磁旋比 42.542.5兆赫兆赫/T/T共振共振進動頻率進動頻率陀螺陀螺共振共振陀螺進動陀螺進動質子進動質子進動Z X Y 質子在磁場中：進動速度非?？?，例如在場強質子在磁場中：進動速度非?？欤缭趫鰪?.0T1.0T的的磁場中，質子的進動頻率為磁場中，質子的進動頻率為42.5MHz42.5M

6、Hz，即每秒圍繞，即每秒圍繞Z Z軸軸進動四千二百多萬次。進動四千二百多萬次。 共振共振質子磁矩質子磁矩NS質子帶正電荷，具有自旋性（就像旋轉中的地球），質子帶正電荷，具有自旋性（就像旋轉中的地球），并有自己的磁場，自然狀態(tài)下，各個質子的磁場方向并有自己的磁場，自然狀態(tài)下，各個質子的磁場方向（自旋軸方向）處于雜亂無章的排列狀態(tài)，宏觀磁矩（自旋軸方向）處于雜亂無章的排列狀態(tài)，宏觀磁矩M=0M=0。 共振共振宏觀磁矩宏觀磁矩NS當質子進入強磁場，質子將重新排列，大多數(shù)質子當質子進入強磁場，質子將重新排列，大多數(shù)質子（低能態(tài)）自旋軸方向平行于磁場方向，少數(shù)質子（低能態(tài)）自旋軸方向平行于磁場方向，少數(shù)

7、質子（高能態(tài)）反向，宏觀磁矩為（高能態(tài)）反向，宏觀磁矩為MzMz。 共振共振宏觀磁矩宏觀磁矩射頻脈沖射頻脈沖9090RFRF的特點：的特點：MxyMxy衰減快，信號難以采集衰減快，信號難以采集，自由感應衰減（，自由感應衰減（FIDFID）MxyMz共振共振180180RFRF的特點：的特點：1 1、MxyMxy重聚焦，信號得以采集，重聚焦，信號得以采集， 2 2、在、在TE/2TE/2激發(fā)激發(fā) 3 3、MxyMxy的衰減，是由于質子失相位的衰減，是由于質子失相位MxyMz去相位去相位復相位復相位共振共振 核核 磁磁 馳馳 豫豫 射頻脈沖符合頻率，被激勵的質子群發(fā)射頻脈沖符合頻率，被激勵的質子群

8、發(fā)生共振，宏觀磁化矢量（生共振，宏觀磁化矢量（M M）離開平衡狀態(tài)，）離開平衡狀態(tài)，當脈沖停止后，宏觀磁化矢量又自發(fā)地回復當脈沖停止后，宏觀磁化矢量又自發(fā)地回復平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)， 這個過程稱為這個過程稱為“核磁馳豫核磁馳豫”。 馳豫過程可用兩個值描述：馳豫過程可用兩個值描述： 縱向馳豫時間縱向馳豫時間（T1T1） 橫向馳豫時間橫向馳豫時間（T2T2）共振共振MzT1T1（縱向弛豫時間）：（縱向弛豫時間）：9090脈沖停止后，脈沖停止后，MzMz達到其最終平達到其最終平衡狀態(tài)衡狀態(tài)63%63%的時間。的時間。T2T2（橫向弛豫時間）：（橫向弛豫時間）： 9090脈沖停止后，脈沖停止后，MxyM

9、xy衰減到原來值衰減到原來值的的37%37%的時間。的時間。MxyMz T1 63 T2 37 核磁弛豫核磁弛豫Mz，MxyMXY 共振共振弛豫時間（弛豫時間（T1T1、T2T2）與）與MRIMRI成像成像 不同組織間的不同組織間的T1T1、T2T2值有差別，又相對值有差別，又相對固定，這是固定，這是MRMR的成像基礎，用不同的灰的成像基礎，用不同的灰度表示。度表示。 MRIMRI圖像主要反映組織間的圖像主要反映組織間的T1T1的差別，為的差別，為T1T1加權（加權（T1 weighted imaging, T1WI)T1 weighted imaging, T1WI)。 主要反映組織間的主要反映組織間的T2T2的差別，為的差別，為T2T2加權加權（T1 weighted imaging, T2WI)T1 weighted imaging, T2WI)。共振共振 3. 3.成像成像人體人體受到射頻脈沖受到射頻脈沖產(chǎn)生共振、產(chǎn)生共振、弛豫弛