核磁共振成像
核磁共振工作原理和成像过程
核磁共振工作原理和成像过程
核磁共振（NMR）是一种基于原子核在外加磁场作用下产生共振
现象的物理现象，它在医学影像学和化学分析等领域有着广泛的应用。
下面我将从工作原理和成像过程两个方面来详细解释。
首先是核磁共振的工作原理。
核磁共振利用原子核在外加静磁
场和射频脉冲作用下的共振吸收现象来获取样品的结构和成分信息。
当一个样品置于外加静磁场中时，样品中的原子核会产生磁偶极矩，并且这些原子核会在外加射频脉冲作用下发生共振吸收。
在共振吸
收时，原子核会吸收射频能量并发生磁共振，然后再释放出能量。
通过测量原子核吸收和释放能量的频率和强度，可以得到样品的结
构和成分信息。
其次是核磁共振的成像过程。
核磁共振成像（MRI）是一种利用
核磁共振原理来获取人体组织结构和功能信息的医学影像技术。
在MRI成像过程中，首先需要将患者放置在强大的静磁场中，然后通
过向患者施加梯度磁场和射频脉冲来激发原子核共振。
激发后，原
子核会释放出能量，接收线圈会捕获这些能量信号，并将其转换成
图像。
通过对这些信号进行处理，可以得到人体组织的高分辨率影像，从而实现对人体内部结构的非侵入式观测。
总的来说，核磁共振的工作原理是基于原子核在外加磁场和射频脉冲作用下的共振吸收现象，而核磁共振成像则是利用核磁共振原理来获取人体组织结构和功能信息的医学影像技术。
这种成像技术在临床诊断和科学研究中具有重要的应用价值。
什么是核磁共振成像(MRI)
什么是核磁共振成像（MRI）人们对核磁共振成像（MRI）在各种检查工作中发挥着重要作用了解甚少，但了解MRI技术能够帮助医生以更准确的方式诊断、评估、治疗疾病及监测进程却变得尤为重要。
下面就介绍MRI技术给公众带来的好处：一、MRI技术的基本原理MRI需要在剧烈的磁场中将磁极位置改变，以及一系列超声信号，来把像素从水分子中拆封出来，最后变成图像。
MRI与x光技术的区别在于，MRI的原理不是根据不同组织对x射线的吸收量，而是根据组织中水分子的信号再经过复杂的计算，找出不同组织的差异，产生图像的。
二、MRI的操作和检查流程在MRI检查之前，医疗工作者会要求患者穿上水洗棉袄，款款拔下饰品，以免被磁场影响。
之后，患者需要躺在治疗床上，经过磁场和超声30431组合操作，医护人员可以让患者舒适的躺着，然后拍下符合特定部位的拍照，几分钟的时间之后，整个操作就有了结果，原本是空白的画面，会显示出更加准确的结果。
三、MRI应用于医学MRI是一种无创性、安全的检查方式，可以更准确地诊断疾病，相对x 光技术，可以更精确地获取脑部组织状况，用于神经学诊断最大的优势在于能够清晰细腻的观察脑功能，可以跟踪患者在进行医学治疗后脑部功能是否有改善，从而指导患者做出合适的治疗。
此外，MRI也可以检测患者肿瘤的具体位置及大小，从而针对性的帮助患者进行治疗。
四、MRI的业务和安全性首先，在进行MRI检查之前，患者必须先进行完整的安全检查，包括检查胸片、心电图等。
假如患者的检查结果中出现异常，那么需要暂停检查程序，以免发生安全事故。
此外，在检查期间，电磁场发出的辐射是有可能对人体造成伤害，所以在检查过程中需要严格控制电磁辐射量。
五、MRI发展前景随着科技水平的尖端发展，以及计算机技术的不断强大，MRI未来将会朝着安全性更高、准确性更好以及精确性更强的方向发展，未来不久，它会成为影像检查的最佳选择。
对于重症患者，我们的医生拥有了一个可靠的工具，帮助他们明确诊断出更加准确的结果。
核磁共振成像
δ (ppm)
乙基苯的质子核共振谱线
MRS分析的应用
MRS 技术观测细胞代谢的医学基础
细胞中物质和能量的代谢变化
早于组织学结构改变 MRS出现异常早于MRI图像异常 对细胞能量代谢的观测 对疾病的早期诊断、鉴别性诊断、病理分期、判断 预后及治疗效果会有重大作用 目前较先进的MRI装置均附有MRS功能
各种情况发生的序列和决定图像对比度的因素
脑灰质、脑白质和脑脊液
加权图像
T1WI
T2WI
PDWI
脑白质 T1(ms)/WI T2(ms)/WI 515/白 74/灰
脑灰质 817/灰 87/灰白
脑脊液 1900/黑 250/白
核磁共振信号的有关概念 软脉冲和硬脉冲 90°脉冲和180°脉冲 FID信号 SE信号 感生电动势，核磁共振信号MR 化学位移和磁共振谱
ＭＺ
Ｍ０
ＭＸＹ
０
综合弛豫轨迹
90 脉冲后磁化强度矢量的弛豫
自由感应衰减信号 FID
Vt M 0 sin cos0t e
t / T2 *
自旋回波信号 Spin Echo
用于成像的信号是采集线圈中的感应电动势
B =0 M = BS
d dM 0 S dt dt
Raymond Damadian Paul Lauterbur
1973年 NMR成像突然出现在 人们面前
磁共振成像的成熟期
1973年到1978年
达马迪安、FONAR成像法和他 的Indomitable 坚定 执著 无所畏惧
磁共振成像的成熟期
1973年到1978年
1971年9月的一天 数周的实验弄清三个问题 长达几个月的研究 梯度场、劳特伯及其组合层析 成像法 1973年 《自然》发表 4mm的蛤蜊，活鼠 劳特伯首先创立了用一组投影得到NMR图像的方法
磁共振成像名词解释
磁共振成像名词解释
磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)是一种利用核磁共振现象来探测人体内部组织和器官的医学成像技术。
在MRI中,人体被放置在一个强磁场中,并接受一个无线电波的辐射,这个辐射会在体内产生核磁共振现象,使得人体中的原子核产生共振。
MRI仪器通过测量这些共振信号来重建人体结构的三维图像。
MRI技术具有许多优势,例如可以探测人体内部的深度,可以显示不同组织之间的相对大小和形状,以及可以显示人体内部的细微结构和纹理。
MRI通常用于诊断各种疾病,如心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤等。
核磁共振成像原理浅析
核磁共振成像原理浅析核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种无创的医学成像技术，通过利用核磁共振原理，能够在不损害组织结构的前提下，得到高分辨率的内部组织图像。
它在各类医学影像学检查中发挥着关键作用，包括脑部、脊柱、关节以及内脏器官的成像。
本文将对核磁共振成像的基本原理、设备构成、成像过程等进行详细分析。
核磁共振的基本原理核磁共振的物理基础是原子核内的自旋特性和外部磁场的相互作用。
多种具有自旋的原子核（如氢-1、碳-13等）在外部静态磁场中会产生不同程度的能级分裂。
氢原子核由于其丰度高（人体内约有70%是水分，水分中的氢原子数量极多），成为了MRI成像中的主要靶标。
自旋与能级分裂在外部磁场B0的作用下，自旋具有的能量状态可被描述为基态与激发态。
处于较低能级的氢原子核在加入射频脉冲（RF）的能量后，会跃迁到较高的能级。
当外部射频信号停止后，氢原子核会返回到基态，并在此过程中释放出能量，这一现象就是所谓的弛豫过程。
弛豫时间弛豫过程包括T1（纵向弛豫时间）和T2（横向弛豫时间）两个方面。
T1代表吸收能量后氢原子核回到基态所需要的时间，它反映了组织中氢质子的恢复速度，与组织的性质密切相关。
而T2则代表氢质子之间相互作用导致信号衰减所需的时间。
不同类型组织对这两种弛豫时间具有不同特征，使得MRI成像能够有效区分不同组织。
MRI设备构成MRI设备主要由以下几个部分组成：主机、梯度线圈、射频线圈和计算机工作站。
主机主机是MRI设备心脏部分，通常由高性能超导磁体构成，提供稳定且强大的静态磁场（B0）。
磁场强度单位是特斯拉（T），目前商业设备主要以1.5T和3.0T为主，更高强度的磁场用于某些特定医学研究。
梯度线圈梯度线圈位于主机内部，责任为在主静态磁场上叠加变化的梯度磁场。
这一组合使得不同位置上的氢质子能够响应不同频率的射频脉冲，从而实现空间编码。
通过精确控制梯度线圈，在投影过程中可以获得不同层面及截面的图像信息。
mri磁共振成像原理
mri磁共振成像原理
MRI成像是利用核磁共振现象的原理，通过对人体组织内的
水分子进行扫描和观察，得到高清晰度的图像。
具体原理如下：
1. 磁性原子核存在自旋，即核具有旋转的特性。
2. 在外加磁场的作用下，核会以不同的方式排列。
正常情况下，核自旋会沿着磁场方向对齐。
3. 在MRI中，通过在病人身上施加一个强大的磁场，使得人
体内的大部分水分子的核自旋方向与磁场方向一致。
4. 随后，施加一系列的辅助磁场，这些磁场的方向会短暂扰乱水分子自旋的排列。
5. 辅助磁场停止后，水分子的自旋会重新按照其能量状态重新排列。
6. 在此过程中，水分子释放出的能量会被探测器捕捉并转换为电信号。
7. 根据这些电信号的不同，MRI系统可以重建出人体内不同
组织的图像。
此外，MRI还可以通过改变辅助磁场的频率和强度，来获取
不同组织的信号。
这样就可以得到不同的对比度，进一步分辨不同组织的结构和功能。
简述MRI成像原理
简述MRI成像原理
MRI全称为磁共振成像，是一种医学影像学的技术。
其原理基于核磁共振现象，利用强磁场和无线电波对人体进行扫描，产生高清晰度三维图像。
具体实现过程包括以下几个步骤：
1. 构建磁场：在MRI扫描过程中，需要产生非常强的磁场。
通常使用超导磁体，其内部绕有电流，可以产生非常强的磁场。
2. 激发磁共振：在强磁场中，人体内的原子核会对磁场进行反应。
使用无线电波来激发原子核的磁共振，使其发生共振吸收和发射。
3. 接收信号：激发原子核后，其会发出无线电信号。
使用接收线圈来捕获这些信号。
4. 信号处理：通过数学算法对接收到的信号进行处理，可以得到一幅高清晰度的三维图像。
MRI成像原理的优势在于它不会对人体造成辐射，适用于对柔软组织的成像，如脑部、胸部、骨骼等。
同时，MRI成像原理也被广泛应用于医学诊断、科学研究和生物医学工程领域。
- 1 -。
核磁共振成像
磁共振成像技术（核磁共振，MRI）是与CT几乎同步发展起来的医学成像技术。
MRI作为最先进的影像检查技术之一，在许多方面有其独到的优势，尤其是近年来高场磁共振超快速成像与功能成像的出现，使得MRI的优势更为明显。
但是，由于国情所限，MRI远没有CT普及，实际工作中，大量的病例本应首选MRI检查，却都进行了CT检查，因此造成的误诊及漏诊屡见不鲜。
除病人经济情况的原因之外，临床医生对MRI的了解不足也是一个重要原因。
目前关于磁共振成像的书籍虽很多，专业性均很强，信息量也非常大，临床医生很难有时间仔细翻阅，但临床医生又急需了解磁共振的相关知识。
鉴于此，我们编写了这本小册子，以期临床医生在阅读之后能够了解磁共振成像的临床应用价值、哪些情况下应当建议病人进行MRI检查、以及一些磁共振基本读片知识。
1 磁共振成像的特点一、无损伤性检查。
CT、X线、核医学等检查，病人都要受到电离辐射的危害，而MRI投入临床20多年来，已证实对人体没有明确损害。
孕妇可以进行MRI检查而不能进行CT检查。
二、多种图像类型。
CT、X线只有一种图像类型，即X线吸收率成像。
而MRI常用的图像类型就有几十种，且新的技术和序列不断更新，理论上有无限多种图像类型。
可根据组织特意性用不同的技术制造对比，制造影像，力求诊断疾病证据充分、客观、可靠。
有更丰富的细节和依据方便医师作出明确的诊断，对疾病的治疗前及愈后作出更详细、系统的评估。
三、图像对比度高。
磁共振图像的软组织对比度要明显高于CT。
磁共振的信号来源于氢原子核，人体各处都主要由水、脂肪、蛋白质三种成分构成，它们均含有丰富的氢原子核作为信号源，且三种成分的MRI 信号强度明显不同，使得MRI 图像的对比度非常高，正常组织与异常组织之间对比更显而易见。
CT的信号对比来源于X线吸收率，而软组织的X线吸收率都非常接近，所以MRI的软组织对比度要明显高于CT.四、任意方位断层。
由于我院MRI拥有 1.5T高场强主磁体及先进的三维梯度系统逐点获得容积数据，所以可以在任意设定的成像断面上获得图像。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Gz
Gy
Gx
MR
TE
y y
0
cos(0t ) cos(0t )
0
cos 0 t
cos(0t ) cos(0 t )
cos 0t 2cos 0t
2cos(0t )
0
2cos 0t
0
0
0
cos(0t )
2cos(0 t )
y
0
cos 0t cos 0 t
0
cos 0t
cos 0t
cos 0 t2cos t
0
0
cos 0t
2cos 0t
0
2cos 0 t
0
cos 0t
2cos 0t
0
cos 0t
x
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 四、相位编码
第八讲 脉冲序列
通过频率编码，我们可以知道各列产生磁共振信号的大小。但是，仍然不 能区分每个体素产生的磁共振信号，这就需要相位编码来解决。 在射频脉冲作用后和接收信号前这段时间内，沿y轴施加一线性梯度场 Gy, 使各行体素所产生MR信号具有不同的相位，这一过程称为相位编 码。 Gy称相位编码梯度，y轴也称为相位轴。
核磁共振成像技术
第八讲 脉冲序列
特点：1、成像时间较长，适合做质子密度加权图像和T2加权图像； 2 、为了节省成像时间可采用多回波技术、多层面回波技术。
多回波技术(MSE)
TR
RF
Gz
Gy
Gx
MR
重聚焦脉冲在两个回波
TE2 40ms TE1 20ms 30ms 10ms
中间时刻使用。
河南科技大学物理工程学院
N×TR×NEX
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术
第八讲 脉冲序列
第八讲 脉冲序列基础
射频脉冲和磁场剃度的特征和持续时间组合称为脉冲序列，它提供了我们 在MRI过程中所进行事件的时间顺序。脉冲序列通过图解说明MRI过程中 事件发生的顺序，它是显示射频脉冲、磁场剃度和接收的信号的时间图。
TR TR
TR
RF
Gz
Gy
Gx
MR
TE
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 一、自旋回波脉冲序列
TR
第八讲 脉冲序列
自旋回波脉冲序列 成像时间为：
RF
TR ( N p 1) NEX
Gz
Gy
Gx
MR
TE
由于使用了重聚焦脉冲，得到回波信号，所以称为自选回波脉冲序列。 在自旋回波脉冲序列中使用的射频脉冲为90°脉冲，同时使用了重聚焦脉 冲。
核磁共振成像技术
第八讲 脉冲序列
通过前面介绍我们知道：如果在发射射频脉冲期间施加层面选择梯度，就 会使特定层面产生核磁共振，而其它层面不会产生核磁共振，我们就会知 道接收的信号来自那一层。
RF
Gz
Gx
射频脉冲的频 率范围决定层 面；射频脉冲 强度与作用时 间决定翻转角。
考虑如图所示的33层面： ( cos 0 t) (3cos 0 t) (2cos 0 t) 接收的信号=来自整个层面=4cos0t
y
0
cos 0t cos 0t
0
cos 0t 2cos 0t
2cos 0t
0
cos 0t
x
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 四、相位编码
0
cos 0t cos 0t
0
第八讲 脉冲序列
0
cos(0t ) cos(0t )
cos 0t 2cos 0t
2cos 0t
核磁共振成像技术
多层面采集技术
有效时间
第八讲 脉冲序列
无效时间
TR
RF
Gz
Gy
Gx
MR
第一层面 第二层面 第三层面
TE1 20ms
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 二、梯度回波脉冲序列
θ角脉冲
TR
第八讲 脉冲序列
θ角脉冲 成像时间
RF
Gz
Gy
Gx
MR
TR ( N p 1) NEX 梯度回波与自旋回波的区别： ①射频脉冲不同； ②回波不同； ③TR不同； ④不能获得T2图像。
cos(0 t )
x
x
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 四、相位编码
第八讲 脉冲序列
用层面选择梯度选定层面后，进行一次相位编码和频率编码，从理论 上我们可以通过傅里叶变换获得各个体素的MR， 就可以用此信号进 行成像，但实际上不行。为了能进行二维快速傅里叶变换，在对一个 层面成像时，需要进行多次相位编码！究竟进行多少次相位编码呢？ 每次使用的相位编码梯度都相同吗？ 进行相位编码的次数取决于层面的行数。层面的行数称为相位编码数。 例如：对于256256的层面来说，第一个256表示层面的列数，也就是 频率编码数，第二256是层面的行数，即相位编码数，也就是要进行 256次相位编码，且每次相位编码所用梯度磁场的强度是不同的。 例如：9 9层面矩阵来说，要进行9次强度不同的相位编码，且必须有 一次相位编码梯度为零。
z
B0
y
x
y
x
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 四、相位编码
第八讲 脉冲序列
如图给出了射频脉冲、层面选择梯度、频率编码梯度、相位编码 梯度和接收信号之间的时间顺序。
RF
Gz
Gy Gx
MR
y
TE
0
cos 0t cos 0t
0
cos 0t 2cos 0t
2cos 0t
0
cos 0t
0
cos 0t 2cos 0t
2cos(0t )
相邻两行体素 之间产生的相 位差
3600 / n
0
cos 0t
0
cos(0t )
y
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 四、相位编码
RF
第八讲 脉冲序列
当相位编码剃度作用就是当其关闭后各行之间出现了永久性的相位差异。
x
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 四、相位编码
第八讲 脉冲序列
当相位编码剃度作用就是当其关闭后各行之间出现了永久性的相位差异。 最上面一行旋转频率加快，中间一行保持不变，最下面一行旋转角频 率变慢。由于相位编码梯度作用时间很短，此时我们并没有接收信号， 相位编码梯度作用完毕后，各行体素又处在相同的均匀外磁场中，因 此对接收信号频率无影响。
核磁共振成像技术 四、相位编码
进行相位编码时需要注意： ①相位编码不需要进行反向磁场补偿。
第八讲 脉冲序列
②在整个成像过程中，层面选择梯度、频率编码梯度都是保持不变， 而相位编码梯度在每个TR内都不相同。
③在进行相位编码时，施加的顺序是任意的。可以从梯度为零开始， 也可以从正向最大开始。
④每个层面成像时间就是相位编码所需时间。不考虑预备脉冲，对于 33层面，成像时间为
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 一、自旋回波脉冲序列
第八讲 脉冲序列
自选回波脉冲序列组织对比： 在自选回波脉冲序列中，组织的对比是通过调整TR和TE来完成的。 当TR》T1，TE《T2，回波信号主要取决于质子的密度，用此 信号重建的图像就是质子密度加权图像；在实际操作中获得质 子密度加权图像的典型数据为TE≤30ms，TR≥1500ms。 当TR≤T1，TE《T2，回波信号主要取决于组织的纵向弛豫时 间T1，用此信号重建的图像反映了组织T1的差异，即纵向弛豫 时间T1加权图像；在实际操作中获得纵向弛豫时间T1加权图像 的典型数据为TR≤300ms，TE≤30ms。
RF
Gz
Gy
Gx
MR
TE
TE
t1
t2
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术
第八讲 脉冲序列
第八讲 脉冲序列基础
射频脉冲和磁场剃度的特征和持续时间组合称为脉冲序列，它提供了我们 在MRI过程中所进行事件的时间顺序。脉冲序列通过图解说明MRI过程中 事件发生的顺序，它是显示射频脉冲、磁场剃度和接收的信号的时间图。
当TR》T1，TE≥T2，回波信号主要取决于组织的横向弛豫时 间T2，用此信号重建的图像反映了组织T2的差异，即横向弛豫 时间T2加权图像；在实际操作中获得横向弛豫时间T2加权图像 的典型数据为TR≥1500ms，TE≥60ms。
自选回波脉冲序列的缺陷是TR太长，导致成像时间过长。
河南科技大学物理工程学院
-2cosωt
0
-2cosω-t
0
-2cos (ω t-120°)
-
-2cos (ω t-240°)
-
完成相位编码后，就可以用相位编码所采集的信号进行成像。
河南科技大学物理工程学院
核磁共振成像技术 五、成像时间（采集时间）
第八讲 脉冲序列
前面我们以 3 3 矩阵为例介绍了相位编码的过程，需要进行3次相位编码， 而每次相位编码都是在激励脉冲后进行的，同时还要进行频率编码，得到 3个MR信号。其相位编码数为3，频率编码数也是3。对于的 n n 层面矩阵 来说，要进行 n 次相位编码，每次相位编码后要进行一次频率编码。因此 ，对于 n n 矩阵来说，频率编码数为 n ，相位编码数也为 n ，共接收个 n MR信号。对于非对称层面矩阵，如 n m 来说，它有 n 列 m行，需要对它 进行 m 次相位编码，每次相位编码进行一次频率编码，接收个 m MR信号. 设要成像层面有N行，则需要进行N个强度不同相位编码，需要时间为 完成相位编码需要时间= N×TR 有时，为了提高信噪比，需要对层面在进行完相位编码后，又要重复 所有的相位编码过程，我们把对层面进行完所有相位编码称为一次采 集。重复次数用NEX表示。则成像时间为