磁共振一般原理

1、磁共振一般原理第1頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六 1924年P(guān)auli發(fā)現(xiàn)原子核象帶電自旋的球體具有角動(dòng)量及磁矩, 1945 年Bloch 和 Purcell 證實(shí)了原子核 自旋的確實(shí)存在, 他們 為此共同獲得了1952 年諾貝爾物理學(xué) 獎(jiǎng)。 五、六十年代磁共振主要為化學(xué)家及物理學(xué)家探測(cè)化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)型及反應(yīng)過(guò)程的分析工具, 1973 年Lauterbur 首次進(jìn)行了兩試管水的磁共振成像1976年P(guān)eter Mansfield 首 次 報(bào) 導(dǎo)了 人活體 MR 成像 ，1980年裝備商品。第2頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六電磁波譜圖第3頁(yè)，共53頁(yè)

2、，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六不同原子核的MRI特性第4頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六1.核磁質(zhì)子、中子或質(zhì)子和中子數(shù)不成對(duì)的原子核，高速自旋時(shí)產(chǎn)生的磁矩，相當(dāng)于一個(gè)微型磁棒。第5頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六2.磁化如將生物組織置于一個(gè)大的外加磁場(chǎng)中（又稱(chēng)主磁場(chǎng)，用矢量表示），則質(zhì)子磁矩方向發(fā)生變化，結(jié)果是較多的質(zhì)子磁矩指向與主磁場(chǎng)方向相同，而較少的質(zhì)子與B0方向相反，與B方向相反的質(zhì)子具有較高的位能。常溫下，順主磁場(chǎng)排列的質(zhì)子數(shù)目較逆主磁場(chǎng)排列的質(zhì)子稍多，因此，出現(xiàn)與主磁場(chǎng)B方向一致的凈宏觀磁矩，如圖所示。 第6頁(yè)，共53頁(yè)

3、，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六M第7頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第8頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六3.拉莫爾進(jìn)動(dòng)處在外磁場(chǎng)中的核磁矩方向，并不完全朝向主磁場(chǎng)方向，而是象受到地球引力的旋轉(zhuǎn)的陀螺一樣，進(jìn)行著以外磁場(chǎng)的方向?yàn)檩S的旋進(jìn)和高速自旋的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。第9頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六方程/ ：進(jìn)動(dòng)的頻率 ：主磁場(chǎng)強(qiáng)度 ：旋磁比（對(duì)于每一種原子核是恒定的常數(shù)）第10頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六4.共振處于平衡狀態(tài)的凈磁矩,并不能在接收線圈中產(chǎn)生信號(hào),該磁矩在具有拉莫爾頻率的9

4、0RF脈沖的激勵(lì)下旋進(jìn)到XOY平面,也即垂直于主磁場(chǎng)的方向。第11頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第12頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第13頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六5.磁矩的分量被激勵(lì)的質(zhì)子群的宏觀磁矩分別投影在軸和XOY平面上形成兩個(gè)分量： z、xy第14頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六6.弛豫射頻脈沖停止后,已吸收能量發(fā)生共振的質(zhì)子群磁矩釋放能量,回到原平衡狀態(tài)的過(guò)程稱(chēng)弛豫過(guò)程.分Mz、Mxy的還原為縱向、橫向弛豫，弛豫時(shí)間、的定義見(jiàn)圖示第15頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)

5、30分，星期六7.人體部分組織、值第16頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六8.磁共振信號(hào)90RF脈沖使質(zhì)子凈磁矩旋進(jìn)到XY平面,脈沖停止后,RF線圈將探測(cè)到弛豫過(guò)程所產(chǎn)生的信號(hào),該信號(hào)逐漸減小,稱(chēng)為自由感應(yīng)衰減(FID)第17頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六磁共振信號(hào)強(qiáng)度第18頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第19頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六9.信號(hào)與頻譜對(duì)于一個(gè)單一正弦信號(hào)可用其幅度和頻率描述,而對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)可用其頻譜來(lái)描述,即把信號(hào)進(jìn)行分解為各種不同的頻率成份和不同的幅度.也即把隨時(shí)間變

6、化的幅度函數(shù)變成隨頻率變化幅度函數(shù)(二維付立葉變換，2DFT)第20頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六10.自旋回波由于磁場(chǎng)的不均勻使90脈沖后的宏觀凈磁矩很快相位離散,在TE/2后,施加180RF脈沖使相位重聚,并出現(xiàn)可測(cè)量的MR信號(hào).第21頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六磁共振成像的基本原理當(dāng)RF脈沖停止時(shí)，MR信號(hào)就可接收到了。問(wèn)題是：接收線圈范圍內(nèi)的所有原子核會(huì)以相同的頻率輻射信號(hào)，并且不會(huì)攜帶任何空間位置信息。為了重建圖像，必須確定組織間的空間位置，涉及兩個(gè)方面：）層面選擇）層面上共振信號(hào)的空間編碼第22頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20

7、日，1點(diǎn)30分，星期六.層面選擇由于共振頻率是磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，在人體長(zhǎng)軸方向上附加一梯度磁場(chǎng)，則每一橫斷面的共振頻率均不一樣，層面厚度取決于磁場(chǎng)梯度和射頻帶寬。第23頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六2.相位離散與相位重聚由，被選層面的自旋磁矩的旋進(jìn)頻率將有微小差異，并呈螺旋樓梯的臺(tái)階狀散開(kāi)，為了獲得最大信號(hào)強(qiáng)度，采用一相反極性的梯度磁場(chǎng)，使該層自旋磁矩相位重聚。第24頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六.頻率編碼垂直于梯度的頻率編碼梯度使得信號(hào)共振頻率沿軸增加，經(jīng)，各點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度描點(diǎn)連線成沿軸方向的一維輪廓線，也稱(chēng)讀出梯度。如果旋轉(zhuǎn)并不斷重復(fù)這一過(guò)程

8、，就可通過(guò)大家熟知的成像的方法，來(lái)投影重建圖像。不用此法。第25頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六.相位編碼施加垂直于的相位編碼梯度，停止時(shí)，所有核磁處于同一相位及頻率旋進(jìn)，此時(shí)施加，軸上，不同位置的核磁旋進(jìn)頻率各異，關(guān)閉，各核磁又以同頻旋進(jìn)，然而，位置卻發(fā)生了變化，并記憶了此時(shí)的位置。第26頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六.付里葉變換脈沖后，施加頻率編碼梯度和相位編碼梯度，即可完成被選層面的空間編碼，和是付里葉變換的基礎(chǔ)。第27頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六6.成像過(guò)程由A原始數(shù)據(jù)(正弦信號(hào))經(jīng)過(guò)2DFT后成為B-2D頻

9、譜，最終圖像C是B的亮度灰階描述。第28頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六.空間伴隨數(shù)據(jù)區(qū)域的空間編碼，必須有一個(gè)解碼方法來(lái)獲得具有一定空間分辨率的圖像。不同的編碼方法，圖像品質(zhì)有很大差異。第29頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六.空間（續(xù)）空間是在信號(hào)采集期間收集的原始數(shù)據(jù)所組成，此時(shí)并不重建解剖圖像。每一圖像都有其自己的空間。水平軸代表頻率編碼方向，縱軸均勻刻度，每一刻度代表一值，成比例對(duì)應(yīng)于相位編碼的梯度磁場(chǎng)?？臻g實(shí)際是由各回波信號(hào)組成。第30頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六.空間（續(xù)）空間可以模擬圖像，另外，空間可以對(duì)

10、不同梯度的影響、弛豫現(xiàn)象及變換采集方案提供定量評(píng)價(jià)。不管如何采集，只要能確定空間的映射圖，就能準(zhǔn)確構(gòu)造用來(lái)進(jìn)行的數(shù)據(jù)。第31頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六8.自旋回波（）圖像自旋回波序列為最常用的脈沖序列。先發(fā)射90脈沖，隔/2后再發(fā)射180脈沖，至?xí)r間測(cè)量回波信號(hào)，重復(fù)這一過(guò)程，完成所有采集。兩脈沖間的時(shí)間為重復(fù)時(shí)間。第32頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六9.梯度回波圖像梯度回波與自旋回波的區(qū)別是采用90的脈沖及不采用180脈沖，而是施加強(qiáng)度相同、方向相反的讀出梯度磁場(chǎng)，使相位回歸出現(xiàn)回波。既保持了較好的圖像信噪比，又縮短檢查時(shí)間。第33頁(yè)，

11、共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六 磁共振成像采用靜磁場(chǎng)使該磁場(chǎng)的局部變化，磁場(chǎng)梯度對(duì)組織樣本的原子核進(jìn)行空間信息編碼，射頻脈沖發(fā)生器發(fā)出的射頻脈沖與其共同作用來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，然后射頻接收系統(tǒng)探測(cè)出這些重新發(fā)射出來(lái)的射頻能量信號(hào) ，并將這些信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理和影像顯示。第34頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六1. 磁體：產(chǎn)生靜磁場(chǎng)2. 磁場(chǎng)梯度系統(tǒng)：由梯度放大器和梯度線圈所組成用于空間選擇和空間編碼3. 射頻放大器和射頻發(fā)射線圈：產(chǎn)生測(cè)量脈沖，激勵(lì)原子核4. 射頻接收線圈和放大器：探測(cè)來(lái)自原子核的信號(hào)5. 采集和控制系統(tǒng)：進(jìn)行數(shù)字化信號(hào)處理影

12、像處理及數(shù)據(jù)采集、控制6. 生理學(xué)硬件：用來(lái)獲得病人的心電圖、呼吸周期波第35頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六7. 重建系統(tǒng)8. 操作/顯示控制臺(tái)以顯示圖像和操作者輸入控制參數(shù)9. 存檔系統(tǒng)10.磁屏蔽：減少磁共振成像儀周?chē)s散磁場(chǎng)的影響11. 射頻屏敝：使系統(tǒng)免受外部射頻的相互干擾12. 掃描床檢查時(shí)在磁體內(nèi)擺放病人13. 病人監(jiān)視設(shè)備以便檢查時(shí)觀察病人第36頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第37頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第38頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第39頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，

13、5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第40頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第41頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第42頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第43頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第44頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第45頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第46頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六第47頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)30分，星期六磁共振造影劑能引起質(zhì)子弛豫時(shí)間縮短的離子或小分子稱(chēng)為順磁性物質(zhì)。用于MRI檢查的順磁性物質(zhì)稱(chēng)為順磁性造影劑，主要機(jī)理為改變局部組織的磁環(huán)境。Gd+3順磁性最強(qiáng)，具有7個(gè)不成對(duì)的電子。Gd-DTPA弛豫性強(qiáng)，毒性小，安全系數(shù)大，細(xì)胞外分布，不通過(guò)正常的血腦屏障，由腎