MRI基本原理PPT课件

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纵向弛豫
• 也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场 的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到 平衡状态的过程，纵向磁化矢量恢复到原能量2/3 时所需时间即T1弛豫时间。在纵向弛豫过程中高 能态的质子将其能量扩散到周围环境，所以又称 为自旋晶格弛豫。
怎样才能使低能氢质子获得能量，进入高能状态，产生 共振？由射频线圈发射射频脉冲即可。
90度脉冲由射 频线圈产生
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低能的氢质子有一半获得能量进入高能状态，高能和低能质子数相等 ，纵向磁化矢量相互抵消而等于零，质子的微观横向磁化矢量相加， 产生宏观横向磁化矢量。
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度 脉 冲 激 发 后 产 生 的 宏 观 和 微 观 效 应
一、MRI仪器的基本硬件构成：
1、主磁体：产生磁场的装置，根据主磁体产生磁场的不同分
为永磁型和电磁型。电磁型主磁体分为常导磁体及超导磁体；根据 磁场的高低分为低场（<0.5T）、中场（0.5-1.0T）、高场 （1.02.0T）及超高场（＞2.0T）。 主磁场的场强可采用高斯（Gauss， G）或特斯拉（Tesla，T）来表示，特斯拉是目前磁场强度的国际 单位。
高场强MRI仪的主要优势表现为：1、具有高质子磁化率和图
像信噪比；2、在保证足够信噪比的前提下，可缩短MRI的信号采 集时间；3、磁共振频谱（MRS）对代谢产物的分辨能力提高；4、 更容易实现脂肪饱和技术；5、增强磁敏感效应，使基于血氧饱和 度水平依赖（BOLD）效应增加，脑功能成像的信号变化更为明显。
2、梯度系统：由梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控
制器、梯度冷却装置等构成，梯度线圈安装于主磁体内。
梯度系统主要作用：1、进行MRI信号的空间定位编码；2、产生
MR回波（梯度回波）；3、施加扩散加权梯度场；4、进行流动
补偿；5、进行流动液体的流速相位编码。
3、射频系统：由射频发生器、射频放大器和射频线圈构成。
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通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的 磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，
人体并不表现出宏观磁化矢量。
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二、进入主磁场后人体内质子的核磁状态 当人体位于主磁场中时，体内质子产生的小
磁场呈有规律排列，主要有两种排列方式：一 是与主磁场方向平行，另一种是与主磁场方向 相反。从量子物理学的角度而言，二者代表质 子的能量差别。与主磁场平行同向的质子处于 低能级，其磁化矢量方向与主磁场一致；平行 反向的质子处于高能级，其磁化矢量与主磁场 相反。由于低能级质子略多，使人体产生一个 与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。
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四、用于人体磁共振成像的原子
通常所指的MRI为氢质子的MR图像。
•原因有：1、1H的磁化率很高；
2、1H占人体原子的绝大多数。
•决定MRI图像的参数是：
• －质子密度
－横向(T2)弛豫时间
－纵向(T1)弛豫时间
这是MRI显示解剖结构和. 病变的基础。
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五、人体组织MRI信号的主要来源 需要指出：并非所有质子都产生MRI信号，常 规MRI信号主要来源于水分子的质子（简称水 质子），部分组织的信号也可来源于脂肪中的 质子（简称脂质子）。 人体内的水分子可以分为自由水和结合水两种。 前者指蛋白质大分子周围水化层中的水分子， 这些水分子黏附于蛋白质大分子的部分基团 上，与蛋白质大分子不同程度的结合在一起， 其运动受限。后者是指未与蛋白质结合，能自 由活动的水分子。
射频线圈有发射线圈和接收线圈之分。
4、 计算机系统：控制着MRI仪的脉冲激发、信号采集、数据运
算和图像显示。
5、其它辅助设备：检查床、液氮及水冷却系统、空调、图像存
储和打印等。
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磁共振成像的物质基础
一、原子的结构 原子是由原子核和位于其周围轨道中的电 子构成，电子带有负电荷，原子核由中子 和质子构成，中子不带电荷，质子带有正 电荷。
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把人体放进大磁场
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组进 织入 质主 子磁 的场 核前 磁后 状人 态体
进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏观磁化矢 量，磁共振接收线圈不能检测出纵向磁化矢量，但接收 线圈能检测到旋转的横向磁化矢量。即此时主磁场内氢 质子仍处于低能状态。
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给低能的氢质子能量，氢质子获得能量进入高能状态， 释放能量的过程停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩 小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称
为核磁弛豫。
• 核磁弛豫又可分解为两个部分：
• 横向弛豫
• 纵向弛豫
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横向弛豫
90度脉冲
• 也称为T2弛豫，简单 地说，T2弛豫就是横 向磁化矢量减少的过 程，能量衰减2/3所需 要的时间即T2弛豫时 间。横向弛豫过程使 质子群由相位一致变 为互异，所以又称自 旋-自旋弛豫。
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但MRI仪场强增高也带来以下问题：设备成本增加 ，价格提
高；2、噪声水平增加，虽然可采用静音技术降低噪声，但反过
来又增加了成本；3、因为射频的特殊吸收率（SAR）与主磁场
场强的平方成正比，高场强下射频脉冲的能量在人体内累积明显
增大， SAR值问题在3.0T超高场强机上表现得尤为突出；4、运
动、化学位移和磁化率伪影更为明显。
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二、自旋和核磁的概念 任何磁性原子核都具有以一定频率绕自身轴进 行高速旋转的特性，该特性称为自旋。 由于原子核带有正电荷，磁性原子核的自旋就 形成电流环路，产生具有一定大小和方向的磁 化矢量。我们把这种由带正电荷原子核自旋产 生的磁场称为核磁。
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三、磁性和非磁性原子核 并非所有原子核都有自旋，如果原子核内的质 子和中子数均为偶数，则该种原子核无自旋和 核磁，被称之为非磁性原子核。反之，有自旋 和核磁的原子核称为磁性原子核。磁性原子核 需要符合以下条件：（1）中子和质子均为奇 数；（2）中子为奇数，质子为偶数；（3）中 子为偶数，质子为奇数。
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地球自转产生磁场
氢质子总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋 ( Spin )，氢质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁， 因而以前把磁共振成像称为核磁共振成像（NMRI）。
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进入主磁场前后人体内质子核磁 状态的改变
一、进入主磁场前人体内质子的核磁状态 人体所含质子不计其数，每个质子自旋均 能产生一个小磁场，由于这种小磁场的排 列处于杂乱无章的状态，使每个质子产生 的磁化矢量相互抵消，因此人体在自然状 态下并无磁性，即没有宏观磁化矢量的产 生。