【技考10】专业知识-磁共振原理
【技考10】专业知识-磁共振原理
MR成像原理
一、磁共振成像的物理学基础
磁场对人体的磁化作用
1.原子核自旋
①原子核结构：原子核位于原子中心，由带正电荷的质子和不显电性的中子组成。质子数量通常与核外电子书相等，以保持电中性。质子数和中子数可不等，质子和中子决定原子的质量。原子核决定原子的物理特性。电子在核外有轨道运动和自旋运动，轨道运动产生轨道角动量和轨道磁矩，自旋运动产生自旋角动量和自旋磁矩。分子的磁矩主要来自于自旋。
②原子核的自旋特性：原子核不是固定不变，而是不停绕自身轴旋转。
质子磁矩是矢量，具有方向和大小。
质子的自旋是产生磁共振现象的基础。
只有质子数和中子数均为奇数或质子数和中子数的和为奇数额原子核，其总自旋不为零，才能产生磁共振现象。
氢原子人体含量最多，且磁化率最高，目前生物组织MRI成像主要以氢原子成像。
氢原子核含一个质子，无中子，又称氢质子。
角动量是磁性强度的反应，角动量大，磁性就强。1个质子角动量约1.41×1026Tesla，磁共振就是利用这个角动量的物理特性来进行激发、信号采集和成像的。
2.原子核在外加磁场中的自旋变化
在没有磁场的情况下，自旋中的磁矩方向是杂乱无章的。
①质子自旋和角动量方向根据电磁原理，质子自旋产生的角动量空间方向总是与其自旋的平面垂直。
当人体处于强大外磁场Bo时，角动量方向将受到外磁场的影响，经一定时间达到相对稳定的状态，此时角动量的总的净值称为磁矩，
这个净值是一个所有质子总的概念，不是指单个质子的角动量方向。磁矩方向总与外磁场方向一致。
②磁矩和进动磁矩的重要特性：一是个总和的概念，磁矩方向与外磁场一致，并不代表只有质子角动量方向都与Bo一致，实际上约一半是与其相反的。第二磁矩是一个动态形成过程，人体置于磁场需要一定时间才能达到动态平衡。第三磁矩在磁场中是随质子进动的不同而变化的，且进动具有特定频率，称为进动频率。
外加磁场的大小决定着磁矩与Bo轴的角度，外磁场越强，角度越小，磁矩值越大，MRI信号越强，图像结果会更好。此外外磁场大小还决定了进动的频率，外磁场越大，进动频率越高。与Bo相对应的进动频率也称Larmor拉莫频率，原子在1.0T磁场中的进动频率称为该原子的旋磁比，为一常数值。氢原子的磁旋比为42.58MHz。
3.弛豫
①弛豫原子核在外加RF（射频脉冲）作用下，发生磁共振而达到稳定的高能态，从外加的RF消失开始，到回复至发生磁共振前的磁矩状态为止，整个变化过程即为弛豫过程。弛豫过程是一个能量转变的过程，需要一定的时间。磁共振成像时，受检脏器的每一个质子都要经过反复的RF激发和弛豫过程。弛豫分为纵向弛豫和横向弛豫。
②纵向弛豫纵向弛豫是一个从零状态恢复到最大值的过程。由于要使纵向磁矩恢复到与激发前完全一样的时间很长，有时是无穷数，故人为地将纵向磁矩恢复到原来的63%时，所需要的时间称为T1时间或T1值，T1值一般以秒或毫秒为单位。T1是反映组织纵向弛豫快或慢的物理指标，人体各组织具有不同的T1值。
③横向弛豫横向弛豫是从最大值恢复到零状态的过程。我们将横向磁矩减少到最大值的37%时所需要的时间称为T2时间或T1值，纵向弛豫和横向弛豫同时发生。
4.MR信号形成
MR信号是MRI机中使用的接收线圈探测到的电磁波，具有一定的位相、频率和强度。
磁共振成像设备中，接受线圈可为同一线圈，也可为方向相同的
两个线圈。
自由感应衰减FID信号描述的是信号瞬间幅度与时间的对应关系。“傅里叶变换”就是将时间函数变换成频率函数的方法。FID不仅提供幅值和频率，还提供幅值和频率相关的相位信息。
二、MR图像重建原理
1.梯度与梯度磁场
利用梯度磁场G实现MRI的空间定位，共有三种梯度磁场：横轴位Z、矢状位X、冠状位Y。
MRI的空间定位主要由梯度磁场来完成。根据梯度磁场变化来确定位置时，不需受检者的移动，这是与CT成像明显的不同。
梯度磁场性能是MRI机的一个重要指标，可提高图像分辨能力和信噪比，可做更薄层厚的MRI成像，提高空间分辨率，减少部分容积效应，同时梯度磁场的爬升速度越快，越有利于不通过RF频率的转换。
2.层面选择
MRI成像是多切面的断层显像，根据要求可做矢状面、冠状面、横断面成像，只要启动相应的梯度场即可。MRI做任何断面都不需要移动病人，只是启动不同的梯度场即可。
3.空间编码
层面梯度、相位编码梯度和频率编码梯度的时间先后排列和协同工作，可以达到对某一成像体积中不同空间位置体素的空间定位。
4.K空间与图像重建方法
K空间填充技术：一次RF激发是相同相位编码位置上的一排像素同时激发，这一排像素的不同空间位置由频率编码梯度场定位作用确定，因此相位和频率的相对应就可明确某一信号的空间位置。在计算机中，按相位和频率两种坐标组成的一种虚拟空间位置排列矩阵，称为“K空间”，K空间实际上是MR信号的定位空间，在K空间中，相位编码是上下、左右对称的，从正值的最大值逐渐变化到负值的最大，中心部位是相位处于中心的零位置。
K空间中心位置确定了最多数量的像素信号，在傅里叶转换中作用
最大，处于K空间周边位置的像素的作用要小很多。
在非常强调成像时间的脑弥散成像、灌注成像机心脏MRI成像时，为节约时间，可将周边区域的K空间全部作零处理，信噪比损失不会超过10%，这种成像方法称K空间零填充技术。而K空间分段采集技术一般应用于心脏快速MRI成像。
二维傅里叶图像重建法：二维傅里叶变换法是MRI特有且常用的图像重建方法。傅里叶变换就是将K空间的信息逐行、逐点地解析和填充到真正的空间位置上去，形成多幅反映信号强弱的MRI图像。
三、磁共振的脉冲序列
磁共振实质就是通过脉冲序列，获得所需回波信号并将其重建为图像的过程。
影像组织磁共振信号强度的因素很多，如质子密度、T1、T2、化学位移、液体流动、水分子扩散运动等。
射频脉冲RF的调整主要包括带宽即频率范围、幅度即强度、施加时间及持续时间。
梯度场调整包括梯度场方向、场强、施加时间及持续时间。
将射频脉冲、梯度场和信号采集时间等相关参数的设置及其在时间上的排序称为MRI的脉冲序列。
1.脉冲序列的表达和构成：任何脉冲序列都是RF、梯度磁场和信号采集的有序组合。
RF为具有一定宽度、幅度的电磁波，是磁共振信号的激励源，因此在任何脉冲序列中至少有一个射频脉冲。RF能量以射频的形式被自选核吸收，又以射频的形式被释放，遵循频率一致原则。射频脉冲的带宽即脉冲频率大小的描述，射频脉冲另一参数是激励角或翻转角，代表纵向磁化矢量接受射频能量后向横向平面翻转的角度。
梯度磁场主要在层面选择、相位编码、频率编码过程中起作用，而信号采集是脉冲序列的最终目的。
脉冲序列的表达方式有两种，即时序图和流程表达式。时序图是最直观、最常用的脉冲序列表达方式。
2.脉冲序列的分类
按检测信号分类：可供磁共振系统使用的信号有三种即①随时间呈振荡衰减的FID信号即自由感应衰减信号②射频方法采集的回波信号即自旋回波信号③梯度场切换方法采集的回波即梯度回波信号。因此根据采集信号的不同脉冲序列可分为①直接测定FID信号的序列②自旋回波序列SE③梯度回波序列GRE
按用途分类分为通用序列和专用序列
按扫描速度分为快速成像序列和普通序列。
3.脉冲序列的基本参数
①重复时间TR
TR指的是脉冲序列执行一次需要的时间。TR主要决定图像的T1对比，TR越大，T1权重越小；TR越小，T1权重越大。TR越大，图像的信噪比越高但扫描时间越长。
②回波时间TE
TE指的是RF激励脉冲中心点到回波信号中心点的时间间隔。TE 主要决定图像的T2对比，TR越大，T2权重越大，但信噪比下降；TR 越小，T2权重越小。在SE和GRE序列中，TR和TE共同决定图像的信噪比和对比度。
③反转时间TI
在反转恢复脉冲序列IR中，-180°反转脉冲到90°激励脉冲之间的时间间隔称为反转时间TI。两个-180°脉冲之间的时间间隔为TR，90°到180脉冲之间的时间间隔为TE。脂肪抑制选用短TI时间，自由水抑制选用长TI时间，为增加脑灰质白质T1对比时，则选用中等长度TI 值。
④层厚
二维成像中层面越薄，空间分辨率越高，因体素体积变小，信噪比越低。磁共振成像的层厚由梯度场场强和射频脉冲带宽共同控制，其他因素不变情况下，场强越强，RF带宽越窄，层厚越薄。
⑤层间隔
在扫描层面质子被激励的同时，层面附近的质子往往也会受到激励，造成信号的相互影响，称为层间干扰或层间污染，因此在二维磁
共振成像时需要设置一定的层间隔及层距，以减少层间污染。
⑥翻转角
也称射频激励角，翻转角度由RF激励射频的强度和作用时间共同决定，射频强度越大，作用时间越长，翻转角越大。
⑦激励次数NEX
又称信号平均次数、信号采集次数，NEX增加有利于增加图像信噪比，但采集时间同时增加，激励次数增加一倍，在采集时间增加一倍的情况下，图像信噪比增加倍。一般序列需要NEX两次以上，但快速脉冲序列多需要1次或更少。
⑧矩阵
分采集矩阵和显示矩阵。对二维图像而言，采集矩阵指的是行与列采集点的多少，对于磁共振图像而言，矩阵指的是层面内频率编码与相位编码的步数。频率编码不直接影响采集时间，而相位编码直接影响采集时间，相位编码步数越多，采集时间越长。采集矩阵与成像体素一一对应，在其他参数不变情况下，采集矩阵变大，成像体素变小，空间分辨率提高，但信噪比下降。
⑨视野FOV
FOV指的是实施扫描的解剖区域，在矩阵不变情况下，视野越大，成像体素越大，空间分辨率越低，但信噪比越高。
⑩回波链长度ETL
ETL是快速成像序列专用参数，指的是射频脉冲激发后产生和采集的回波数目。回波链也被称为快速成像序列的快速因子。回波链的存在将成比例减少TR重复次数，缩短扫描时间。
11有效回波时间TE eff
有效回波时间指的是K空间中心区域回波信号的TE，因为K空间中心区域的信号数据决定了图像的对比度。在所有FSE序列中，回波时间均为有效回波时间。
12回波间隔时间ESP
ESP指的是在FSE序列回波链中相邻两个回波中点之间的时间间隔。
ESP缩短将有助于降低图像边缘模糊伪影，ESP的大小还影响着有效回波时间的长短，在ETL相等的前提下，ESP越小，有效回波时间越短。
4.图像对比度与加权
T1值和T1对比度：纵向弛豫时间T1是组织的固有属性之一，组织的T1值越短，纵向弛豫速度越快，在下一次射频激发时该组织的纵向磁化恢复程度越高，因此短T1组织在T1加权序列中表现为高信号，长T1组织在T1加权序列中表现为低信号。
T2值与T2对比度：横向弛豫时间T2也是组织的固有特性之一，横向弛豫慢的组织即T2长的组织较之横向弛豫慢的组织保持了更高的剩余横向磁化，表现为图像上的高信号。
质子密度值与质子密度图像对比度：氢质子密度决定弛豫过程中纵向磁化的最大值M o，质子密度越大，其值越大。
对某一成像组织来说，TR=3T1是保证产生质子密度对比度图像的前提。质子密度图像对比度不及T1和T2图像对比度。
图像加权：一幅磁共振图像往往受到T1、T2、质子密度、化学位移、液体流动、水分子扩散等综合影响，通过调节TR、TE、TI或翻转角等脉冲序列参数，以突出上述因素中的某一项，并以此为主产生图像对比度，这样获取的图像称为加权像WI。常见的加权像有T1加权像、T2加权像、质子密度加权像及弥散加权像。
T1加权像T1WI：图像对比度主要来自组织T1差异，SE或FSE 序列中采用短TR（≤650ms）和短TE（≤20ms）就可得到T1加权像。采用短TR目的是使短T1的脂肪等可以充分弛豫的组织表现为高信号，而脑脊液等长T1组织因不能充分弛豫而表现为低信号；短TE目的是使采集的信号更少地受到组织间T2值的影像。在IR序列中，T1对比主要受到TI的影响，在GRE序列中，翻转角是除TR和TE外另一个影响图像对比度的重要参数。
T2加权像T2WI：主要反映组织间T2值差异。T2WI一般通过FSE回波获得，采用长TR（≥2000ms）和长TE（≥80ms）的扫描参数。长TR的作用是使组织纵向弛豫充分恢复，使采集信号中T1效应
被尽可能减小；长TE目的是增大组织T2的效应，以突出液体等长T2组织的信号。
质子密度加权像PDWI：主要反映不同组织在氢质子含量上的差异。通常采用FSE回波获取PDWI，选用长TR（≥2000ms）和短TE （≤20ms）扫描参数，尽可能减少组织T1和T2对图像的影像。
5.自旋回波脉冲序列
自旋回波SE：SE是MRI中最基本的脉冲序列，以90°激励脉冲开始，再施以180°相位重聚脉冲而获得回波信号。
自旋回波最主要的优势是所获得图像的权重最为确定，就是说通过TR和TE不同组合可获得特定权重的图像，如T1WI、T2WI、PDWI，其中T1权重随着TR增加而下降，T2权重随诊TE增加而增加。
与GRE序列相比，因为180°重聚脉冲的应用，磁场不均匀性和磁敏感性所造成的伪影减少，化学位移伪影也较GRE少。
多层面成像是一种可显著提高扫描效率的自旋回波扫描技术（其他序列也可应用多层面技术），该技术的背景是MRI射频激发、层面选择、频率编码、相位编码等工作的时间远小于TR。
与单回波SE序列相比，多回波SE序列在TR相等即扫描时间相同的情况下可得到多幅图像，且图像权重不一。多回波SE序列的另一用处是利用多个回波信号的衰减关系可计算受检组织的弛豫率即T1和T2值。
快速自旋回波FSE：FSE仍以90°激励脉冲开始，随后应用一系列180°脉冲来产生多个回波信号。
FSE与多回波SE区别在于：多回波SE序列每个回波信号在采集时相位编码梯度是相同的，每个回波被置于不同的K空间中，生成多幅不同权重的图像；而FSE序列多个回波具有不同的相位编码梯度，回波信号被置于同一K空间中，重建出的是单一权重的图像。
FSE序列可以使扫描速度成倍提高，但其回波信号的采集时间是不同的，具有不同的TE值，因此在FSE中，TE通常被描述为有效TE。FSE序列的ETL越长，扫描速度越快，因此ETL又称为FSE的快速因子。
FSE序列优点：①成像速度快②对磁场不均匀性不敏感，磁敏感伪影少③运动伪影少
FSE序列缺点：①T2加权脂肪信号高于SE序列的T2WI②较之SE，图像对比不同程度降低③因采用多个180°脉冲，可引起体温升高等不良反应④不利于引起磁场不均匀性病变（出血）的检出⑤因回波信号幅度不同，导致图像模糊。
“高对高不糊”
单次激发快速自旋回波序列SSFSE：SSFSE通常与半傅里叶采集技术相结合，达到亚秒级成像速度。该序列用于体部成像时，即便患者不能屏气也能获得无明显呼吸运动伪影的图像。
SSFSE序列所得到的是权重较大的T2加权像，由于ETL太长，图像模糊效应较明显，对比度下降。
6.梯度回波脉冲序列GRE
与SE不同的是,GRE是利用梯度场的切换产生的。
组织宏观横向磁化矢量衰减到零的梯度场称为离相位梯度场；组织宏观横向磁化矢量逐渐恢复到峰值的梯度场称为聚相位梯度场。
GRE序列的特点：①小角度激发，成像速度快梯度回波中一般采用小角度脉冲激发，小角度脉冲称为α脉冲，α角在10-90之间。
②GRE序列反映的是组织T2*弛豫信息而非T2弛豫信息质子失相位有三个原因：组织真正的T2弛豫、主磁场不均匀性、离相位梯度场造成的磁场不均匀性。GRE序列中的聚相位梯度场只能剔除离相位梯度场造成的质子失相位，而不能剔除主磁场不均匀性造成的质子失相位，因而获得的只能是T2*弛豫信息③GRE序列固有的信噪比低④GRE序列增加了对磁场不均匀性的敏感性这一特性缺点是容易产生磁敏感性伪影，尤其是在气体与组织的界面上，优点在于容易检出局部磁场不均匀性的病变，如出血⑤GRE序列中血流常呈现高信号，可实现对流动血液的成像。
小角度激励：具有以下优点①产生宏观横向磁化矢量的效率较高②脉冲的能量较小，SAR值降低③纵向弛豫所需时间明显缩短，也因此GRE序列相对SE序列能够加快成像速度。
扰相梯度回波和稳态梯度回波：在SE序列中TR远大于组织T2值，在下一射频脉冲到来时，横向磁化矢量已基本恢复，横向磁化矢量的残余量对回波信号几无影响，但GRE序列中，TR会小于组织T2值，因横向磁化矢量尚未完全恢复，上次射频脉冲产生的横向磁化矢量会对下一回波信号产生较大影响，出现带状伪影。因此在下一射频脉冲激发之前应处理好残余的横向磁化矢量，根据图像权重不同要求，用相位破坏和相位重聚两种方法。相位破坏梯度又称扰相梯度，相位重聚梯度又称稳态梯度。
7.反转恢复和快速反转恢复序列
用180°射频脉冲对组织进行激发，使组织的宏观纵向磁化矢量偏转180°，即偏转到与主磁场相反的方向上，该180°脉冲称为反转脉冲。
具有180°反转脉冲序列的特点：①组织纵向弛豫过程延长，即组织间纵向弛豫差别加大，即T1对比明显高于90°脉冲②反转恢复序列可选择性地抑制特定T1值的组织信号，如临床常用的脂肪抑制和自由水抑制。
反转恢复序列IR：IR实际上是在SE序列前施加了一个180°反转脉冲，即在反转脉冲之后再施加90°和180°脉冲，并采集回波信号。
-180°反转脉冲中点到90°脉冲中点的时间间隔为反转时间TI，90°脉冲中点到回波中点的时间间隔为回波时间TE，相邻两个-180°反转脉冲中点的时间间隔称为重复时间TR。
在IR序列中，获得T1加权像时，图像的T1对比主要由TI决定。
IR序列具有以下特点：①组织的T1对比优于SE序列②扫描时间很长，现已被快速反转恢复序列FIR替代，该序列主要用于脑灰白质之间的T1对比。
快速反转恢复序列FIR：IR序列是一个-180°反转脉冲之后跟一个SE序列，FIR序列就是一个-180°反转脉冲之后跟一个FSE。
FIR具有以下特点：①因回波链存在，成像速度明显快于IR。在其他参数不变情况下，扫描时间缩短的倍数等于回波链的长度②因回波链存在，T2影响增大，因此FIR序列在获得T1加权像时，效果不如IR，但由于FSE序列③TE为有效TE，图像上出现于FSE类似的模糊效
应④通过选择不同的TI可选择性抑制相应T1值的组织信号，抑制某种组织信号的TI值等于该组织T1值的69.3%。
FIR序列的临床应用：
①短反转时间反转恢复序列STIR STIR的重要临床应用是脂肪抑制，另一应用的意义在于对高信号组织中是否含有脂肪成分的判断。该序列对于脂肪的抑制不具有磁场强度的依赖性，适用于不同场强的MRI系统，且磁场不均匀性对脂肪抑制影响较小。该序列的缺点是一些与脂肪组织T1值相近的病变如亚急性缺血，其信号同样也会在STIR 序列中被抑制。
②液体抑制反转恢复序列FLAIR：FLAIR序列也称为黑水序列，能有效抑制脑脊液信号的成像技术。FLAIR实际上就是长TI的快速反转恢复序列。
③快速反转恢复T1WI序列：也有称为T1FLAIR序列，该序列在临床上主要用于脑实质的T1加权成像，大脑灰白质T1对比明显优于SE或FSE的T1WI序列。序列的实质是快速反转恢复，不同之处在于TI的选择。
8.平面回波成像序列
平面回波成像序列EPI是目前最快的MR信号采集方式。
EPI技术：EPI是在梯度回波基础上发展而来，采集到的MR信号也属于梯度回波。EPI可理解为一次射频脉冲激发后采集多个梯度回波。
EPI分类：分类方法有两种，一种按射频激发次数分为单次激发EPI和多次激发EPI；
一种按EPI准备脉冲类型，EPI本身只算是一种MR信号的采集方式，需要结合一定的准备脉冲才能成为真正的脉冲序列，准备脉冲有SE和GRE，因此就有GRE EPI序列和SE EPI序列、IR EPI序列，其中GRE EPI序列是最基本的EPI序列，结构也最简单。
9.基于螺旋桨技术的FSE和FIR序列
螺旋桨技术（GE）和刀锋技术（西门子）是K空间放射状填充技术与FSE或FIR序列结合的产物。
螺旋桨技术是在基本序列为FSE或FIR基础上，K空间的数据采用
放射状的填充方式。
螺旋桨数据处理包括以下几个步骤：①信号采集②相位校正③旋转校正④平移校正⑤相关性加权⑥图像重建。
螺旋桨技术的特点：①K空间有大量信息重叠，图像有较高信噪比②运动伪影不再沿相位编码方向重建，而是沿着放射状方向被抛射到FOV以外，运动伪影明显减轻③因采用FSE和FIR序列，磁场不均匀性影响较小，不易产生磁敏感性伪影。
临床应用：①Propeller FSE T2WI成像信噪比高，运动伪影明显减轻，主要用于颅脑检查②Propeller T2FLAIR相对于常规T2FLAIR序列，其优势同样在于高信噪比和更少的运动伪影③Blade T1FLAIR减少T1加权图像的运动伪影④Propeller DWI 扩散加权多采用SE EPI序列，该序列主要优势是高速采集，缺点主要是对磁场不均匀性非常敏感，Propeller DWI可明显减轻金属伪影。
10.三维成像及其脉冲
三维成像的概念：三维成像通常采用短TR快速扫描序列，采集数据没有层间隔，采集后数据可以按照任意方向重建，不受数据采集时方向限制。
三维成像的脉冲序列：3D序列中层面编码的步数由成像容积在层面选择方向上的像素来决定。临床大范围的3D成像一般采用梯度回波序列GRE。
版权声明
磁共振原理
基本信息 MRI也就是核磁共振成像，英文全称是：nuclear magnetic resonance imaging，之所以后来不称为核磁共振而改称磁共振，是因为日本科学家提出其国家备受核武器伤害，为表示尊重，就把核字去掉了。 核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MR)。 MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。 技术特点 磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur 发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法，这种方法可以重建出人体图像。 磁共振成像技术与其它断层成像技术（如CT）有一些共同点，比如它们都可以显示某种物理量（如密度）在空间中的分布；同时也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像，甚至可以得到空间－波谱分布的四维图像。 像PET和SPET一样，用于成像的磁共振信号直接来自于物体本身，也可以说，磁共振成像也是一种发射断层成像。但与PET和SP ET不同的是磁共振成像不用注射放射性同位素就可成像。这一点也使磁共振成像技术更加安全。 从磁共振图像中我们可以得到物质的多种物理特性参数，如质子密度，自旋－晶格驰豫时间T1，自旋－自旋驰豫时间T2，扩散系数，磁化系数，化学位移等等。对比其它成像技术（如CT 超声PET等）磁共振成像方式更加多样，成像原理更加复杂，所得到信息也更加丰富。因此磁共振成像成为医学影像中一个热门的研究方向。 MR也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MR的检查，另外价格比较昂贵。 成像原理 核磁共振成像原理：原子核带有正电，许多元素的原子核，如1H、19FT和31P等进行自旋运动。通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。这样一来，自旋的核同时也以自旋轴和外加磁场的向量方向的夹角绕外加磁场向量旋进，这种旋进叫做拉莫尔旋进，就像旋转的陀螺在地球的重力下的转动。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。这样，自旋核还要在射频方向上旋进，这种叠加的旋进状态叫做章动。在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。原子核从激化的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。弛豫时间有两种即T1和T2，T1为自旋-点阵或纵向驰豫时间T2，T2为自旋-自旋或横向弛豫时间。 磁共振最常用的核是氢原子核质子（1H），因为它的信号最强，在人体组织内也广泛存在。影响磁共振影像因素包括：(a)质子的密度； (b)弛豫时间长短；(c)血液和脑脊液的流动；(d)顺磁性物质(e)蛋白质。磁共振影像灰阶特点是，磁共振信号愈强，则亮度愈大，磁共振的信号弱，则亮度也小，从白色、灰色到黑色。各种组织磁共振影像灰阶特点如下；脂肪组织，松质骨呈白色；脑脊髓、骨髓呈白灰色；内脏、肌肉呈灰白色；液体，正常速度流血液呈黑色；骨皮质、气体、含气肺呈黑色。 核磁共振的另一特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易软组织分开。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及
磁共振的原理
磁共振的原理 磁共振是一种重要的物理现象，它被广泛应用于医学、化学和物理等领域。本文将围绕磁共振的原理进行阐述。 一、磁共振的概念 磁共振是指当原子或分子处于磁场中时，受到磁场的作用而产生共振现象。磁共振的产生与原子或分子的核自旋有关。 二、核磁共振的原理 核磁共振是利用核磁共振现象进行成像的一种技术。下面将介绍核磁共振的原理。 1. 核自旋 原子核由质子和中子组成，其中质子具有正电荷。当原子或分子处于磁场中时，它们的核会沿磁场方向取向，这个取向被称为“朝上”或“朝下”。 2. 磁场 核磁共振需要使用强磁场，通常是一个恒定的静态磁场。磁场的强度被表示为磁通量密度。 3. 激发
在核磁共振实验中，一个射频脉冲作用于样品，使得某些核的自旋倒转了。这个过程被称为激发。一旦核自旋倒转，它就开始以特定频率发射电磁波，这个频率被称为共振频率。 4. 探测 探测是核磁共振成像的一个关键环节。当被测试的样品放置在强磁场中，我们会发送一个射频脉冲，这个脉冲会激发样品中的原子核，使其产生共振现象。这个现象可以被从样品中发射的信号所检测到。 三、磁共振成像的原理 磁共振成像是一种非侵入性的医学检查技术，它利用核磁共振原理对人体内部进行成像。下面将介绍磁共振成像的原理。 1. 原理 磁共振成像的原理是利用不同组织在强磁场中的旋转速度不同，从而产生不同的信号。这些信号被接收器捕捉并转化成数字信号，然后计算机通过数学算法将这些信号转化成图像。 2. 步骤 进行磁共振成像需要经过以下几个步骤： （1）患者躺在磁共振机床上。机器会将患者放置在一个强磁场中。 （2）机器会发送射频脉冲激发患者体内的原子核。 （3）原子核在磁场中发生共振，产生信号。
磁共振的原理
磁共振的原理 固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。但若在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振。核磁矩比电子磁矩约小3个数量级，故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多；同理，弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。从量子力学观点看，在外磁场作用下电子和原子核的磁矩是空间量子化的，相应地具有离散能级。当外加高频电磁场的能量子hv等于能级间距时，电子或原子核就从高频电磁场吸收能量，使之从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。 利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。
磁共振基本原理 磁共振（回旋共振除外）其经典唯象描述是：原子、电子及核都具有角动量，其磁矩与相应的角动量之比称为磁旋比γ。磁矩M 在磁场B中受到转矩MBsinθ（θ为M与B间夹角）的作用。此转矩使磁矩绕磁场作进动运动，进动的角频率ω=γB，ωo称为拉莫尔频率。由于阻尼作用，这一进动运动会很快衰减掉，即M达到与B平行，进动就停止。但是，若在磁场B的垂直方向再加一高频磁场b（ω）（角频率为ω），则b（ω）作用产生的转矩使M离开B，与阻尼的作用相反。如果高频磁场的角频率与磁矩进动的拉莫尔（角）频率相等ω =ωo，则b（ω）的作用最强，磁矩M的进动角（M与B角的夹角）也最大。这一现象即为磁共振。 磁共振也可用量子力学描述：恒定磁场B使磁自旋系统的基态能级劈裂，劈裂的能级称为塞曼能级（见塞曼效应），当自旋量子数S=1/2时，其裂距墹E=gμBB，g为朗德因子， 为玻尔磁子，e和me为电子的电荷和质量。外加垂直于B的高频磁场b（ω）时，其光量子能量为啚ω。如果等于塞曼能级裂距，啚ω=gμBB=啚
磁共振成像技术的基本原理
磁共振成像技术的基本原理 随着现代医学的不断发展，磁共振成像技术（magnetic resonance imaging，MRI）已成为常见的医学检查手段之一。MRI 以非侵入性的方式生成高质量二维或三维影像，被广泛用于诊断 和研究许多疾病。但是，对于很多人来说，MRI技术完全是个谜。那么，让我们来探究一下MRI的基本原理。 1. 原子核的自旋 MRI的基本原理涉及原子核自旋。所有物质都由原子构成，而 原子又是由正电荷的质子和带有负电荷的电子组成的。质子有一 个内部旋转运动，也称为自旋。尽管这个过程非常微小，但因为 质子是正电荷，所以原子的自旋具有电磁性质。 2. 磁场与磁共振 MRI使用强大的磁场来测量原子核的自旋。磁场是一种可感知 的物理力，即使在不接触或触摸其表面的情况下也能对物质进行 作用。在MRI中，磁体产生磁场，将磁性物质中的质子排列到一
个方向上，使其形成磁性形状。这个方向比起自然环境下，使围 绕原子核的电子更倾向于朝向一个方向。 当质子处于磁化状态时，可以通过引入一个短暂的无线电波来 激发它们。这个过程称为共振，也就是磁共振。已经激发的质子 被称为横向磁化，它们在磁场中环绕的平面上旋转。这些状态的 运动不会持续太久，大约在几毫秒后，它们会返回到磁化的状态，发出另一种电磁波，可以被接收到并用于图像生成。 3. 磁共振成像的图像识别 MRI利用计算机技术对这些信号进行处理和分类，生成高质量 的图像。不同类型的组织对信号有不同的响应，这种差异在MRI 图像中呈现出不同的亮度。对具有磁性质的组织如髓鞘、血管和 软骨等能够被MRI扫描显示，而对于其他组织如软组织，MRI图 像显示的更为详细。 综上所述，MRI是一种先进的医学诊断技术，它利用原子核磁 性及与其自旋状态有关的参数来产生具有丰富生物学信息的图像。MRI图像构建需要经过信号采集、信号处理、图像重建和图像分 析4个过程，而MRI图像的表现形式是结构与连接。
简述核磁共振的原理
简述核磁共振的原理 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种应用强磁场和电磁辐射的物理现象对原子核的性质进行研究的技术。它被广泛用于化学、医学、材料科学等领域，尤其在生物医学中有着重要的应用。 核磁共振的原理基于原子核的自旋（spin）和匀强磁场之间的相互作用。原子核自旋是原子核固有的一个量子力学性质，类似于自旋的概念，它具有角动量和磁矩。在应用强磁场时，原子核的自旋会沿着磁场方向分裂成多个能级（Zeeman效应），这些能级之间可以通过吸收或发射电磁辐射的方式发生转变。 当核磁共振技术应用于实际的研究中时，通常需要构建一个恒定的强磁场，以及一个用于产生射频辐射的线圈。样品中的原子核由于外加的强磁场而分裂成多个能级，其中低能级的核既可以吸收辐射，也可以发射辐射。在核磁共振实验中，我们主要关注的是样品在吸收射频辐射时发生的转变。 当射频辐射和样品中的原子核共存时，它们之间发生相互作用，会导致能级之间的转变。在核磁共振实验中，我们通常调节射频辐射的频率，使其接近样品中其中一种原子核的共振频率。共振频率是一个特定原子核在给定强度的磁场中吸收或发射电磁辐射的频率。 当共振频率匹配时，样品中的原子核会吸收射频辐射能量并跃迁到高能级。通过测量样品吸收辐射能量的方式，可以获得原子核的共振信号。核磁共振信号是一个复数，由振幅和相位组成。振幅表示吸收或发射的强度大小，而相位则表示核磁矩在旋转中的方向。
为了获得高质量的核磁共振信号，实验中通常会使用脉冲序列。脉冲序列包含一系列射频脉冲和梯度磁场脉冲，可以精确控制信号的产生、操控和检测。示例中的主要方法包括： 1.均匀磁场：构建一个均匀且稳定的强磁场对原子核进行定向。 2.射频激励：通过射频脉冲使样品中的原子核跃迁到高能级。 3.梯度场：通过梯度场变化，使不同位置的原子核在不同时间接受射频激励。 4.接收信号：通过接收线圈接收样品中吸收或发射的射频辐射信号。 5.数据处理：通过数学算法分析接收到的信号，提取有关样品中原子核性质的信息。 除了以上的基本原理，核磁共振还有许多其他的技术和应用，例如磁共振成像（MRI）以及多维核磁共振（NMR）等。总的来说，核磁共振是一项基于原子核自旋和强磁场的技术，通过精确控制射频辐射和磁场变化，可以获得样品中原子核的相关信息，为化学、医学等领域的研究提供了重要的工具。
磁共振成像的原理
一、磁共振成像基本原理1．磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性;核子的自旋产生小磁矩,类似于小磁棒;质子数或中子数至少有一个为奇教的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化来,其磁化矢量与静磁场同向;而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动一方面不断自旋,同时以静磁场为轴做圆周运动,进动频率precession f requency即质子每秒进动的次数为00一/Bo,7为原子核的旋磁比对于每一种原子核,7是一个常数且各不相同,如氢质子7值为42. 5MHz/T,Bo为静磁场的场强大小;人体含有占比重70%以上的水,又由于氢质子磁矩不为零,这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源,其余信号来自脂肪、蛋白质和其他化合物中的氢质子; 对静磁场中的质子群沿着垂直于静磁场的方向施加某一特定频率的电磁波——其频率在声波范围内,故称为射频radio frequency,RF-原来的宏观磁化就会以射频场为轴发生偏转章动,其偏转角度取决于射频场的施加时间、射频强度和射频波形;当然,一个关键条件是：射频的频率必须与静磁场中的质子的进动频率一致;宏观磁化发生章动的实质是质子群中一部分质子吸收了射频的能量,使自己从低能级跃迁到了高能级;这种现象即称为原子核的磁共振现象;如果将此时的宏观磁化进行二维分解,会发现射频激励的效果是使沿静磁场方向的磁化矢量纵向磁化减小,而垂直于静磁场方向的磁化横向磁化增大了;RF脉冲有使进动的质子同步化的效应,质子同一时间指向同一方向,处于所谓“同相”,其磁化矢量在该方向上叠加起来,即横向磁化增大;使质子进动角度增大至90;的RF脉冲称为90;脉冲,此时纵向磁化矢量消失,只有横向磁化矢量;同样还有其他角度的RF脉冲;质子的进动角度受RF脉冲强度和脉冲持续时间影响,强度越强、持续时间越长,质子的进动角度越大,且强RF脉冲比弱RF脉冲引起履子进动角度改变得要快; 2．弛豫及弛豫时间短暂的射频激励一般为几十微秒以后,宏观磁化要恢复到原始的静态;从激励态恢复到静态要经历一个与激励过程相反的两个分过程,一个是横向磁化逐渐减小的过程即为横向弛豫过程,T2过程图6-1；另一个是纵向磁化逐渐增大的过程纵向弛豫过程,T1过程图6-2;纵向弛豫过程的本质是激励过程吸收了射频能量的那些质子释放能量返回到基态的过程;能量释放的有效程度与质子所在分子大小有关,分子过大或很小,能量释放将越慢,弛豫需要的时间就越长;如水中的质子,0. 5T场强下弛豫时间>4000毫秒；分子结构处于中等大小,能量释放就很快,T1就短,如脂肪内的质子,场强下弛豫时间仅为260毫秒左右;横向弛豫过程的本质是激励过程使质子进动相位的一致性逐渐散相即逐渐失去相位一致性的过程,其散相的有效程度与质子所处的周围分子结构的均匀性有关,分子结构越均匀,散相效果
磁共振的基本原理
1 磁共振基本原理 磁共振成像的依据是与人体生理、生化有关的人体组织密度对核磁共振的反映不同。要理解这个问题，就必须知道核磁共振和核磁共振的特性。 一、核磁共振与核磁共振吸收的宏观描述 由力学中可知，发生共振的条件有二: 一是必须满足频率条件，二是要满足位相条件。 原子核是自旋的，它绕某个轴旋转（颇像个陀螺）。旋转时产生一定的微弱磁场和磁矩。将自旋的原子核放在一个均匀的静磁场中，受磁场作用，原子核的自旋轴会被强制定向，或与磁场方向相同，或与磁场方向相反。重新定向的过程中，原子核的自旋轴将类似旋转陀螺般的发生进动。不同类的原子核有不同的进动性质，这种性质就是旋转比（非零自旋的核具有特定的旋转比），用γ表示。进动的角频率ω一方面同旋转比有关；另一方面同静磁场的磁场强度 B 有关。其关系有拉莫尔（Larmor ）公式（ω又称拉莫尔频率） : ω=γ·B (6-1) 静磁场中的原子核自旋时形成一定的微弱势能。当一个频率也为ω的交变电磁场作用到自旋的原子核时，自旋轴被强制倾倒，并带有较强的势能；当交变电磁场消除后，原子核的自旋轴将向原先的方向进动，并释放其势能。这种现象就是核磁共振现象（换言之，当电磁辐射的圆频率和外磁场满足拉莫尔公式时，原子核就对电磁辐射发生共振吸收），这一过程也称为弛豫过程，释放势能所产生的电压信号就是核磁共振信号．也被称为衰减信号（FID ）。显然，核磁共振信号是一频率为ω的交变信号，其幅度随进动过程的减小而衰减。 图6-1表示几种原子核的共振频率与磁场强度的关系。这些频率是在电磁波谱的频带之内，这样的频率大大低于 X 线的频率，甚至低于可见光的频率。可见它是无能力破坏生物系统的分子的。在实际情况下，由于所研究的对象都是由大量原子核组成的组合体，因此在转入讨论大量原子核在磁场中的集体行为时，有必要引人一个反映系统磁化程度的物理量来描述核系统的宏观特性及其运动规律。这个物理量叫静磁化强度矢量，用 M 表示。由大量原子核组成的系统，相当于一大堆小磁铁，在无外界磁场时，原子核磁矩μ的方向是随机的，系统的总磁矩矢量为 （6-2） 如果在系统的 Z 轴方向外加一个强静磁场B 。，原子核磁矩受到外磁场的作用，在自身转动的同时又以 B 。为轴进动，核磁矩取平行于 BO 的方向。按照波尔兹曼分布，在平衡状态下，处于不同能级的原子核数目不相等，使得原子核磁矩不能完全互相抵消，从而有 （6-3） 此时可以说系统被磁化了，可见 M 是量度原子核系统被磁化程度的量，是表示单位体积中全部原子核磁矩的矢量和。 图6-1几种原子核的共振频率与磁场强度的关系
医学磁共振成像的原理及应用
医学磁共振成像的原理及应用 磁共振成像（MRI）是利用原子核在磁场内所产生的信号经重建成像的一种影像技术。早在1946年Block 和Purcell就发现了物质的核磁共振现象并应用于化学分析上，而形成了核磁共振波谱学。1973年1auterbur发表了MRI成像技术，使核磁共振应用于临床医学领域。为了准确反映其成像基础，避兔与核素成像混淆，现已将核磁共振成像改称为磁共振成像。参与MRI的成像因素较多，决定MRI信号强度的参数至少有10个以上，只要有l个参数发生变化，就可在MRI信号上得到反映。因此，MRI具有极大的临床应用潜力。由于对MRI成像的贡献，lauterbur与Mansfierd共获2003年的诺贝尔奖金。 第一节MRI成像基本原理与设备 一、MRI成像基本原理 所有含奇数质子的原子核均在其自旋过程中产生自旋磁动量，也称核磁矩，它具有方向性和力的效应，故以矢量来描述。核磁矩的大小是原子核的固有特性，它决定MRI信号的敏感性。氢的原子核最简单，只有单一的质子，故具有最强的磁矩，最易受外来磁场的影响，并且氢质于在人体内分布最广，含量最高，因此医用MRI均选用H为靶原子核。人体内的每一个氢质子可被视作为一个小磁体，正常情况下，这些小磁体自旋轴的分布
和排列是杂乱无章的，若此时将人体置人在一个强大磁场中，这些小磁体的自旋轴必须按磁场磁力线的方向重新排列。此时的磁矩有二种取向：大部分顺磁力线排列，它们的位能低，状态稳；小部分逆磁力线排列，其位能高。两者的差称为剩余自旋，由剩余自旋产生的磁化矢量称为净磁化矢量，亦称为平衡态宏观磁场化矢量M0。在绝对温度不变的情况下，两种方向质子的比例取决于外加磁场强度。 在MR的坐标系中，顺主磁场方向为Z轴或称纵轴，垂直于主磁场方向的平面为XY平面或称水平面，平衡态宏观磁化矢量M。此时绕Z轴以Larmor频率自旋，如果额外再对M0施加一个也以Larmor频率的射频脉冲，使之产生共振，此时M0就会偏离Z轴向XY平面进动，从而形成横向磁化矢量，其偏离Z轴的角度称为翻转角。翻转角的大小由射频脉冲的大小来决定，能使M翻转90”至XY平面的脉冲称之为90度脉冲。在外来射频脉冲的作用下M0除产生横向磁化矢量外，这些质子同向进动，相位趋向一致。 当外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁化矢量在晶格磁场（环境磁场）作用下，将由XY平面逐渐回复到Z轴，同时以射频信号的形式放出能量，其质子自旋的相位一致性亦逐渐消失，并恢复到原来的状态。这些被释放出的，并进行了三维空间编码的射频信号被体外线圈接收，经计算机处理后重建成图像。
核磁共振原理讲解
核磁共振实验 【实验简介】 核磁共振，是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。1945年，美国哈佛大学的珀塞尔等人，报道了他们在石蜡样品中观察到质子的核磁共振吸收信号；1946年，美国斯坦福大学布洛赫等人，也报道了他们在水样品中观察到质子的核感应信号。两个研究小组用了稍微不同的方法，几乎同时在凝聚物质中发现了核磁共振。因此，布洛赫和珀塞尔荣获了1952年的诺贝尔物理学奖。 以后，许多物理学家进入了这个领域，取得了丰硕的成果。目前，核磁共振已经广泛地应用到许多科学领域，是物理、化学、生物和医学研究中的一项重要实验技术。它是测定原子的核磁矩和研究核结构的直接而又准确的方法，也是精确测量磁场的重要方法之一。 【实验原理】 下面我们以氢核为主要研究对象，以此来介绍核磁共振的基本原理和观测方法。氢核虽然是最简单的原子核，但它是目前在核磁共振应用中最常见和最有用的核。 （一）核磁共振的量子力学描述 1． 单个核的磁共振 通常将原子核的总磁矩在其角动量P 方向上的投影μ 称为核磁矩，它们之间的关系通常写成 P ?=γμ 或 P m e g p N ??=2μ （2－1） 式中p N m e g 2?=γ称为旋磁比；e 为电子电荷；p m 为质子质量；N g 为朗德因子。对氢核来说，5851.5=N g 。 按照量子力学，原子核角动量的大小由下式决定 )1(+=I I P （2－2） 式中π2h = ，h 为普朗克常数。I 为核的自旋量子数，可以取???=,23,1,21,0I 对氢核来说，2 1=I 。 把氢核放入外磁场B 中，可以取坐标轴z 方向为B 的方向。核的角动量在B 方向上的投影值由
磁共振检查原理
磁共振检查原理 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种探测人体内部构造的无创影像技术，它基于核磁共振现象，可以获得关于身体各部位的详细信息。MRI检查相比于X 射线检查或CT扫描对人体无放射性损伤，更适用于儿童、孕妇或需要多次检查的病患。 MRI检查利用磁共振现象原理，即在外加高强度磁场的作用下，人体内的原子核（比如氢原子核）会自发地进行旋转运动。外加弱的射频场可以使原子核状态发生变化，其状态 变化的过程就是磁共振现象。这种现象可以被检测并用来制作影像。 一、核磁共振现象原理 核磁共振现象是指核磁矩在外部磁场的作用下，原子核会自发地进行旋转运动，并产 生磁信号。以氢原子核为例，其具有自旋1/2，可以看做一个小的磁偶极子，当放置在外 部磁场中时，其自旋可以取两个状态：平行或反平行。外部磁场会分裂为两个不同的能级，这就是磁共振现象。 二、MRI检查步骤 MRI检查需要将人体部位放置在强大的磁场中，以进行成像。具体步骤如下： 1. 病人需要躺在一张称为MRI扫描床的平板上。 2. 检查前需将金属物品（比如手机、耳环、钥匙等）取下。 3. 病人被推入一个大型的圆柱状磁体中。 4. 磁体中提供一个高度均匀的磁场，始终保持磁体外的电子设备没有磁干扰。 5. 通过放置一台产生无线电波的设备，人体内的水分子便会受到一个射频场的作用，从而发出信号。 6. 接下来使用计算机来编织并个性化MRI的照片。 7. 检查完毕后，病患可以立即离开。 三、MRI的应用 MRI检查可以对全身各个部分进行检查，对神经系统、脑、心脏、颈部、腹部、肝脏、胸部、骨骼等疾病进行诊断与治疗。它是介入手术、治疗哪怕最复杂严重的疾病、感染、 并可检查肿瘤转移以及各种动态变化等。MRI应用领域如下：
磁共振技术讲解
磁共振技术 1•磁共振简介 磁共振指的是自旋磁共振(spinmagneticresonance)现象。它是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象，其意义上较广，包含有核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)、电子顺磁共振(electronparamagneticresonance,EPR)或称电子自旋共振(electronspinresonance,ESR)。用于医学检查的主要是磁共振共像(MagneticResonanceImaging，MRI)。 磁共振是在固体微观量子理论和无线电微波电子学技术发展的基础上被发现的。1945年首先在顺磁性Mn盐的水溶液中观测到顺磁共振，第二年，又分别用吸收和感应的方法发现了石蜡和水中质子的核磁共振；用波导谐振腔方法发现了Fe、Co和Ni薄片的铁磁共振。1950年在室温附近观测到固体Cr2O3的反铁磁共振。1953年在半导体硅和锗中观测到电子和空穴的回旋共振。1953年和1955年先后从理论上预言和实验上观测到亚铁磁共振。随后又发现了磁有序系统中高次模式的静磁型共振(1957)和自旋波共振(1958)。1956年开始研究两种磁共振耦合的磁双共振现象。这些磁共振被发现后，便在物理、化学、生物等基础学科和微波技术、量子电子学等新技术中得到了广泛的应用。 2•电子顺磁共振 电子顺磁共振(ElectronParamagneticResonance简称EPR)，或称电子自旋共振(ElectronSpinResonance简称ESR)。它主要研究化合物或矿物中不成对电子状态，用于定性和定量检测物质原子或分子中所含的不成对电子，并探索其周围环境的结构特性。 2.1电子顺磁共振的发展史 EPR现象首先是由前苏联物理学家 E.K.扎沃伊斯基于1945年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。 1954年美国的B.康芒纳等人首次将EPR技术引入生物学的领域之中，他们在一些植物与动物材料中观察到有自由基存在。 60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。
磁共振波谱成像的基本原理
磁共振波谱成像的基本原理、序列设计与临床应用 磁共振波谱(MR Spectroscopy， MRS)是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。 一磁共振波谱的基本原理 在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。此外，s还与核的特性和化学环境有关。核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程应表示为:w=gBeff=gB0(1-s) 由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。即因质子所处的化学环境不同，也就是核外电子云密度不同和所受屏蔽作用的不同，而引起相同质子在磁共振波谱中吸收信号位置的不同，如图2所示。实际上，研究某种样品物质的磁共振频谱时，常选用一种物质做参考基准，以它的共振频率作为频谱图横坐标的原点。并且，将不同种原子基团中的核的共振频率相对于坐标原点的频率之差作为该基团的化学位移。显然，这种用频率之差表示的化学位移的大小与磁场强度高低有关。在正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓度存在，当组织发生病变时，代谢物浓度会发生改变。磁共振成像主要是对水和脂肪中的氢质子共振峰进行测量和脂肪中的氢质子共振峰进行测量，在1.5T场强下水和脂肪共振频率相差220Hz (化学位移)，但是在这两个峰之间还有多种浓度较低代谢物所形成的共振峰，如NAA、Cr、Cho等，这些代谢物的浓度与水和脂肪相比非常低。MRS需要通过匀场抑制水和脂肪的共振峰，才能使这些微弱的共振峰群得以显示。 下面是研究MRS谱线时常用到的参数: (1)共振峰的共振频率的中心—峰的位置V: 化学位移决定磁共振波谱中共振峰的位置。 (2)共振峰的分裂。 (3)共振峰下的面积和共振峰的高度: 在磁共振波谱中，吸收峰占有的面积与产生信号的质子数目成正比。在研究波谱时，共振峰下的面积比峰的高度更有价值，因为它不受磁场均匀度的影响，对噪音相对不敏感。 (4)半高宽: 半高宽是指吸收峰高度一半时吸收峰的宽度，它代表了波谱的分辨率。 原子核自旋磁矩之间的相互作用称为自旋自旋耦合。高分辨率磁共振频谱可以观察到自旋自旋耦合引起的共振谱线的裂分，裂分的数目和幅度是相互耦合的核的自旋和核的数目的指征。在一个氢核和一个氢核发生自旋耦合的情况下，由于一个氢核的磁矩有顺磁场和逆磁场两种可能的取向，因此它对受耦合作用的氢核可能产生两个不同的附加磁场的作用，这引起受耦合的氢核的共振由一个单峰分裂为二重峰。如此类推，在两个氢核和一个氢核发生耦合的情况下，共振谱由一个分裂为三个。 磁共振波谱仪不仅可以描绘频谱，还可以描绘频谱的积分曲线，积分曲线对应共振峰的面积。
磁共振科普知识
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磁共振科普知识-----您知道吗？ 一、磁共振成像的起源 1946年美国加州斯坦福大学Bloch和哈佛大学的Purcell教授同时发现了核磁共振现象，由于这一发现在物理、化学、生物化学、医学上具有重大意义。此两人于1952年获得诺贝尔物理奖。1946～1972年NMR主要用于有机化合物的分子结构分析，即磁共振波谱分析（magnetic resonance spectroscopy，MRS）。1971年美国纽约州立大学的达曼迪恩Damadian教授在《科学》杂志上发表了题为“NMR信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1 、T2时间延长”等论文。1973年美国人Lauterbur用反投影法完成了MRI的实验室的模拟成像工作。1978年英国第一台头部MRI设备投入临床使用，1980年全身的MRI研制成功。 二、磁共振成像的定义 磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用射频（radio frequency，RF）电磁波对置于磁场中的人体内组织器官中原子核中的质子进行激发，发生核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）现象，用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。 三、磁共振影像的特点 1、多参数成像，可提供丰富的诊断信息； 2、高软组织对比成像，可得出详尽的解剖图谱； 3、任意层面断层，可以从三维空间上观察人体组织器官； 4、人体能量代谢研究，有可能直接观察细胞活动的生化代谢； 5、不使用对比剂，可观察心脏和血管结构； 6、无电离辐射，对人体没有伤害； 7、无气体和骨伪影的干扰，对后颅凹病变等特殊部位可清晰显示。 四、为什说磁共振检查对人体无伤害
核磁共振的原理
核磁共振的原理 核磁共振（NMR）是一种影响化学体系结构和反应机理的分子诊断技术，也是一项分子结构识别技术。它是一种用于检测含有氢的有机物的技术，可以比较准确地推断分子的三维构型。核磁共振技术的历史可以追溯到1940年，当时，美国物理学家Felix Bloch和Edward Purcell发表了他们的重要研究成果，他们的研究成果为后续NMR研究奠定了基础。 核磁共振是一种基于原子核的磁性谱学，它是在一个外部磁场中研究原子核磁性结构的一种物理技术。当原子核放射磁场时，原子核会受到外部磁场的影响而发生回旋转，而这个回旋转的过程又会产生出磁场被称为“核磁共振”的现象。在核磁共振仪中，通过一个外加的频率精确的电磁场来调节原子核的回旋转频率，使核磁共振谱可以被检测到。 一般来说，NMR技术有两种主要类型，即核磁共振磁共振（NMR）和共振波谱学（RMN）。NMR可用于探索分子结构，从而确定分子中不对称原子或原子之间的关系，从而发现分子结构，例如碳氢键和取代位置。RMN可用于提供更详细的信息，允许更具体的推断，例如电荷分布、振动分布、氢键类型和强度等。 核磁共振技术被广泛应用于许多科学领域，如化学、物理、生物化学、药物设计、环境科学、农业科学和生物技术等。它也是生物医学研究中研究蛋白质、核酸和糖类的有效工具。此外，它还可以检测DNA、RNA、细胞膜及其他分子的局部结构和功能，以及药物的表征和
属性。 总而言之，核磁共振技术在研究分子结构和功能方面是一项重要的技术，它已经发展成为一种重要的实验技术，广泛应用于各种科学领域。在实验上，开发出的新一代核磁共振仪器在传感分子结构和反应机理研究方面发挥着重要作用，使科学家能够更加准确地研究分子结构，从而更好地研究大分子的构型和功能。
磁共振最基本知识
T2 加权 T2WI T1 是纵向弛豫时间， T2 是横向弛豫时间 不一样的物质，在 T1WI、T2WI、PdWI上的成像信号是不一样的（质 子密度（proton density ，PD）图像则主要反应组织的质子含量差异。）比方骨髓，在 T1、T2 都是白色的， PdWI 上是灰白的，水在 T1WI上 黑 T2WI 黑灰在 PdWI上表现为白 短 T1 组织是脂肪，蛋白质。中 T1 组织是脑，长 T1 组织是肌肉。椎管 内因为充满脑脊液，因此在 T1 加权像上体现低信号， T1 和 T2 是组织 在一准时间间隔内接受一系列脉冲后的物理变化特征，不一样组织有不 一样的 T1 和 T2，它取决于组织内氢质子对磁场施加的射频脉冲的 反响。 T1 加权像、 T2 加权像为磁共振检查中报告中常提到的术语，好多非 专业人士不理解是什么意思，要想认识何为T1 加权像、 T2 加权像， 请先认识几个基本观点： 1、磁共振 (mageticresonanceMR) ；在恒定磁场中的核子，在相应的 射频脉冲激发后，其电磁能量的汲取和开释，称为磁共振。 2、TR(repetitiontime)：又称重复时间。MRI的信号很弱，为提升M R的信噪比，要求重复使用同一种脉冲序列，这个重复激发的间隔时 间即称 TR。 3、TE(echedelaytime)：又称回波时间，即射频脉冲放射后到采集回 波信号之间的时间。
4、序列 (sequence) ：指检查中使用的脉冲程序 - 组合。常用的有自旋回波 (SE) ，快速自旋回波 (FSE) ，梯度回波 (GE)，翻转恢复序列 IR) ， 平面回波序列 (EP) 。 5、加权像 (weightimage ．WI)：为了评判被检测组织的各样参数，通 过调理重复时间TR。回波时间 TE，能够获得突出某种组织特色参数 的图像，此图像称为加权像。 6、流空效应 (flowingvoid effect)：心血管内的血液因为流动快速， 使发射 MR信号的氢质子走开接受范围，而测不到MR信号。 7、MR血管成像：有两种血管成像的模式，一是时间飞越法time Of flight 即 TOF法；二是相位对照法phase contrast即PC法。前者经过血流的质子群与静止组织之间的纵向矢量变化来成像，后者经过相位对照变化而差异四周静止组织，突出重修血管图像。当前以TOP 法临床应用较宽泛。 8、MR水成像：依据 TW2图像，能够克制其余的组织，只显示静止的 水份，这一技术可作脑室成像、胆道成像、尿路成像等。 9、弛豫：在射频脉冲的激发下，人体组织内氢质子汲取能量处于激 发状态。射频脉冲停止后，处于激发状态的氢质子恢复其原始状态， 这个过程称为弛豫。 认识了以上观点后，描绘磁共振成像过程大概以下： 人体组织中的原子核 ( 含基数质子或中子，一般指氢质子 ) 在强磁场中磁化，梯度场赐予空间定位后，射频脉冲激励特定进动频次的氢质子 产生共振，接受激励的氢质子驰豫过程中开释能量，即磁共振信号，
磁共振知识百科
磁共振知识百科 1、何谓磁共振？ 核磁共振现象，是指处于静磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波作用时，将在他们的磁能级间产生共振跃迁,是原子核与磁场发生的共振，所以称为核磁共振，因为“核”字涉嫌核辐射，所以业内将其改称为磁共振。 2、磁共振（MR）图像是怎样形成的? 如果给人体施加一个外来的静磁场，再给予一个短暂的、与质子共振相同频率的旋转磁场（即射频脉冲），之后采集电磁波信号，就可以获得人体的磁共振信号。对磁共振信号的采集过程给予一个形象的比喻，可以把质子比喻成卫星，我们从发射电台发送信号，卫星获得信号，再重新发射出来，地面的收音机就可以收听到节目了。通过对接受到的磁共振信号进行空间编码和图像重建等处理，即产生MR图像。 3、磁共振检查有何特点？ 1）磁共振没有X线、CT检查的辐射，对身体不产生辐射危害。 2）磁共振采用空间三维梯度场，在不移动患者和扫描床的情况下实现任何角度扫描和图像重建。 3）无骨质伪影。 4）软组织对比度良好。 5）对病变显示更加敏感，可使病灶显示更早更清楚。 6）磁共振的DWI(扩散加权成像)序列，是唯一能够无创检测活体组织内水分子扩散运动的成像方法。
7）磁共振的PWI（灌注加权成像）序列，能够显示脑组织血流动力学信息。 8）磁共振的MRS（波谱分析）序列，是唯一能够无创检测活体组织内化学物质、反应组织代谢的方法。 4、磁共振能够显示身体哪些部位的病变？ 磁共振是一种功能强大的医学影像技术，特别是在软组织检查上具有优良的组织对比度和空间分辨力，它可以多角度多序列多参数成像，除肺、胃肠道显示欠佳外，可以检查全身任何部位。 5、磁共振检查有核辐射吗？ 磁共振是利用人体生物磁自旋原理及磁共振现象成像，虽然其最初的名称为核磁共振（NMRI),但完全不存在核辐射现象及放射性物质，磁共振检查非常安全，对人体是没有辐射危害。 6、磁共振检查前需要注意什么？ 1）受检者不能将任何铁磁性物质带入磁体间，检查前需更换检查服。 2）安装心脏起搏器、神经刺激器、血管夹、支架、人工心瓣膜者禁做MR检查（冠脉支架植入术3月后可慎做MRI复查，须出具完整的病历、支架材料及其它相关证明，并由本人签署同意书）。 3）准备怀孕或者已经怀孕者，需事先告诉医护人，由医务人员综合考虑检查之必要性及安全性。 4）如果体内有人工关节、骨科固定物、补片、铁屑或植入的药物泵等，需告知检查人员。
磁共振成像原理
磁共振成像原理 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，通过利用原子核磁共振现象，产生清晰的人体内部结构图像。本文将介绍磁共振成像的原理及其在医学领域中的应用。 一、磁共振成像原理概述 磁共振成像原理是基于原子核的磁共振现象，该现象主要表现在原子核具有自旋（Spin）和磁矩（Magnetic Moment）。当原子核处于外加磁场中时，它们的自旋会朝向最低能级，产生一个宏观磁矩。当外加的磁场不再作用时，原子核磁矩会根据其特定旋转频率在射频场的作用下发生共振。 二、磁共振成像过程 1. 磁共振成像设备 磁共振成像设备由主磁场、梯度磁场和射频场等部分组成。主磁场是指静态磁场，它的方向对应于人体内的磁场方向，梯度磁场是为了获取不同位置信号的，而射频场则用于激发和探测信号。 2. 激发信号 激发信号是指通过射频场作用于人体，导致原子核产生能量吸收，从而进入共振状态。射频场的频率与原子核的共振频率非常接近，当它们在相同频率附近时，就会激发共振信号。 3. 探测信号
在激发信号的作用下，原子核进入共振状态后，会释放出一部分能量。这些能量通过射频场感应，转化为电信号传送到计算机中进行处理。计算机将这些信号整理并还原成人体内部的结构图像。 三、磁共振成像的医学应用 1. 诊断功能 磁共振成像技术在医学领域有着广泛的应用。它可以用于检测各种 疾病，如脑部肿瘤、心脏病、骨关节疾病等，帮助医生确定病变的范 围和性质。相比其他成像技术，MRI对软组织的分辨率更高，能够提 供更准确的诊断结果。 2. 研究作用 除了临床医学应用外，磁共振成像技术在医学研究中也发挥着重要 的作用。通过对神经系统、心脑血管等重要器官进行研究，人们可以 了解这些器官的结构与功能，进一步推动相关领域的科学发展。 3. 应用领域的拓展 随着技术的不断发展，磁共振成像的应用领域也在不断拓展。例如，磁共振成像技术已经开始用于研究人的情绪、记忆和认知功能等心理 学领域。此外，磁共振成像在运动医学、康复医学和个体化医疗等方 面的应用也逐渐展开。 四、磁共振成像技术的优势与局限 1. 优势
核磁原理
核磁共振原理 对于角动量I (或J )不等于零的粒子, 和它相联系的有共线取向的磁矩μ ,I γμ =, γ称为粒子的回磁比。由这样的粒子构成的量子力学体系，在外磁场0B 中，能级将发生塞曼分裂，不同磁量子数m 所对应的状态，其磁矩μ 处的空间取向不同，与外磁场0B 之间有不同的夹角，并以角频率00B γω=绕外场0B 进动。能级附加能量为0m B )I μ(E =，相邻能级1)m (Δ±=之间的能量差为0B I)μ(ΔE =。若在垂直于0B 的平面上，加上一个角频率为ω的交变磁场，当其角频率满足ωΔE =，即ω与粒子绕外场0B 进动的角频率0ω相等 时， 粒子在相邻塞曼能级之间将发生磁偶极跃迁，磁偶极跃迁的选择定则是1m ±=∆,这种现象称为磁共振。当考虑的对象是原子核（如H 1,Li 7,F 10等）时，称为核磁共振（Naclear Magnefic Resonance 缩写为NMR ）；对于电子称为电子顺磁共振（或电子自旋共振）。由于磁共振发生在射频(核磁共振)和微波(电子顺磁共振)范围，磁共振已成为波谱学的重要组成部分。由磁共振时0B 和0ω之间的关系可精确测定粒子的回磁比γ，它是研究粒子内部结构的重要参数。 1946年，美国Stanford 大学的Bloch 和Hanson 与Harvard 大学的Purcell 和Pound 分别采用射频技术进行了核磁共振实验。由于这一发现。这几位科学家获得了1952年的诺贝尔奖金。 近年来，随着科学技术的发展，核磁共振技术在物理、化学、生物、医学等方面得到了广泛的应用。它不但能用于测定核磁矩，研究核结构。也可以用于分子结构的分析，另外，利用核磁共振对磁场进行测量和分析也是目前公认的标准方法。如今，在研究物质的微观结构方面形成了一个科学分支——核磁共振波谱学。核磁共振成像技术已成为检查人体病变方面有利的武器。它的应用必将进一步发展。 一、 【实验目的】 1、 通过调试观察核磁共振现象，了解和掌握稳态核磁共振现象的原理和实验方法。 2、 掌握测定物质的旋磁比，g 因子及其磁矩的方法。 二、 【实验原理】 在凝聚态中，热平衡时，相邻能级上粒子遵从玻尔兹曼分布，即 KT)E Δex p(N N 2010-= 式中角标“1”表示上能级。角标“2”表示下能级。角标“0”表示热平衡时值。T 为晶核温度。在通常磁场下，由于核磁矩很小，室温时，K T ΔE <<，10N 略小于20N ，大约相差百万分之几，核磁共振时。因为受激发射与受激吸收的几率相等，吸收信号的强弱与上，下能级粒子数之差)N (N 12-有关。对于凝聚态，尽管单位体积中粒子数很多，吸收信号的强弱还与核自旋系统的驰豫过程有关。所谓驰豫过程，就是表征系统由非平衡状态趋向平衡状态的过程，该过程所经历的时间称为驰豫时间。热平衡时，由于每个粒子的磁矩都绕外场0B 进动，系统的总磁矩0M 与外场0B 的方向相同，0M 的大小可由不同能级上粒子磁矩的大小按玻尔兹曼分布求和得到。假设通过某种途径使系统偏离热平衡态。宏观上表现为系统总磁矩M 在实验室坐标系的三个方向上的分量为M x M y M z 。这时自旋系统 恢复到热平衡态。一是通过与晶格交换能量使由上、下能级粒子数分布根据下式 )KT E Δex p(N N s 12-=