核磁共振成像原理(熊国欣,李立本编)思维导图
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磁共振基本原理及读片_图文
增强检查：静脉内注射造影剂进行扫描，用
于鉴别诊断等。MR所用造影剂与CT的造影剂 不同，除不是碘剂不存在过敏之外，其作用的 原理也不同。
血管丰富程度
CT造影剂 血流灌注如何 （碘制剂） 血液内碘浓度高低
血脑屏障完整与否
直接提高 病变区X线衰减 值 （称直接增强）
MR造影剂 （顺磁性物质）是改变病变部位磁环境 ，缩短H质子的T1、T2弛豫 （但T2的缩短不如T1明显）
tomography,ECT） 20世纪90年代正电子发射体层成像（positron emission
tomography,PET)
20世纪70年代以后兴起介入放射学(interventional radiology) 21世纪初出现CT-PET
医学影像学各种技术涉及：
X线源 体外放射源（核素） 声能 磁场 微电子技术 计算机技术
内源性PWI称血氧水平依赖法（BOLD）简单原
理
神经元兴
兴奋区静脉血
去氧血红蛋
奋区兴奋
中氧和血红蛋
白相对
性
白相对
去氧血红蛋白
的顺磁作用，
可使T2*信号
神经元兴奋区 信号相对
由于去氧血 红蛋白的减 少
外源性灌注加权成像PWI：用超快速MR扫描技术， 进行造影剂跟踪，显示造影剂首次通过的组织血流灌 注情况并依需要作延迟增强（常用于脑、心肌的检查 ）
时间
1946 1971 1973 1974 1976 1977 1980 2003
磁共振发展史
发生事件
作者或公司
发现磁共振现象
Bloch Purcell
发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadian
磁共振成像原理课件
二、核磁共 Nhomakorabea的基本原理
进动
进动是磁共振成像中另一个非常重要的 概念，用它来表示质子在磁场中的磁化过程。 类似于重力作用下的自旋陀螺的进动，外磁 场与质子磁矩相互作用也会产生使之进动的 扭力，使自旋的质子绕磁场轴进动。
也称为拉莫(Larmor) 进动
21
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
二、核磁共振的基本原理
量子力学观点 无外磁场：质子随机指向； 施加外磁场：质子指南或指北，刚开始时， 指南指北数量相同，净磁化向量为零，随 时间推移，开始磁化过程，最终慢慢地趋 向于最大平衡值M0，变化过程可由自旋－ 晶格驰豫时间T1表示。
10
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、引言
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
“The Shameful Wrong that must be righted”
11
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、引言
而且，Damadian前瞻性地预言了核磁共 振作为临床诊断工具的可能性。
Damadian 的 工 作直接 启发了 Lauterbur 对 成 像 技 术 的 研 究 ， Lauterbur 在 认 识 到 这 一发现的医学价值的同时，也敏锐地意识到 如果不能进行空间上的定位，核磁共振在临 床应用的可能性微乎其微。于是便有了那篇 1972年发表在《自然》杂志上的著名文章。
进动
进动是磁共振成像中另一个非常重要的 概念，用它来表示质子在磁场中的磁化过程。 类似于重力作用下的自旋陀螺的进动，外磁 场与质子磁矩相互作用也会产生使之进动的 扭力，使自旋的质子绕磁场轴进动。
也称为拉莫(Larmor) 进动
21
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
二、核磁共振的基本原理
量子力学观点 无外磁场：质子随机指向； 施加外磁场：质子指南或指北，刚开始时， 指南指北数量相同，净磁化向量为零，随 时间推移，开始磁化过程，最终慢慢地趋 向于最大平衡值M0，变化过程可由自旋－ 晶格驰豫时间T1表示。
10
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、引言
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
“The Shameful Wrong that must be righted”
11
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一、引言
而且，Damadian前瞻性地预言了核磁共 振作为临床诊断工具的可能性。
Damadian 的 工 作直接 启发了 Lauterbur 对 成 像 技 术 的 研 究 ， Lauterbur 在 认 识 到 这 一发现的医学价值的同时，也敏锐地意识到 如果不能进行空间上的定位，核磁共振在临 床应用的可能性微乎其微。于是便有了那篇 1972年发表在《自然》杂志上的著名文章。
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
核磁共振成像原理ppt课件
•对磁共振而言,检测的生物体信息是磁共振信号
加快磁共振成像时间的途径
回波平面序列
•使成像时间由常规的扫描序列的秒级提高到了亚秒 级；30ms之内采集一幅完整的图像，使每秒获取的图 像达到20幅 ； •心脏电影 成为可能并进入临床； •从原理上讲，EPI应归属于GRE类序列，但现在已自 成体系了 ； •分为梯度回波EPI 和自旋回波EPI ； •梯度的转换速度要达到今天常规梯度的4倍，梯度的 幅值也需提出1倍。这样的梯度就是前面所说的振荡 梯度，而振荡梯度的代价是高昂的。
50
9.3
驰豫过程的综合表示（三种运动的综 合过程）
磁化矢量的进 动
纵向磁化的逐 渐增大过程
横向磁化的逐 渐减小过程
磁共振信号的获取与傅立叶变换
• 如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈， 会接收到什么信号？
FID
补充说明3点
•组织的弛豫时间是组织的一种固有属性，与 组织的密度类似，在场强和环境确定后其时 间是一个确定不变的值；
14N 1
3.08
99.63 10mM
19F 1/2 40.05
100
10mM
23Na 3/2 11.26
100
80mM
31P 1/2 39K 3/2
17.23 1.99
100
10mM
93.1 45mM
相對靈敏 度
1
3×10-3 2×10-7 9×10-5 1×10-3 4×10-5 1×10-4
• 如果此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到 原来状态，当然恢复有一个时间过程， 这个过程就叫弛豫过程。
横向弛豫过程t2弛豫过程用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间纵向磁化为零横向磁化最大b反平行质子释放能量跃迁回平衡态纵向磁化逐渐增大c最后回归原始状态纵向磁化恢复到最大用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间横向磁化达到最大进动相位一致bc内部小磁场的不均匀性使得进动相位分散横向磁化矢量逐渐减小用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感纵向恢复时间t1是由于被激发的反平行于静磁场的质子恢复到平行状态所以纵向磁化增大
加快磁共振成像时间的途径
回波平面序列
•使成像时间由常规的扫描序列的秒级提高到了亚秒 级；30ms之内采集一幅完整的图像，使每秒获取的图 像达到20幅 ； •心脏电影 成为可能并进入临床； •从原理上讲，EPI应归属于GRE类序列，但现在已自 成体系了 ； •分为梯度回波EPI 和自旋回波EPI ； •梯度的转换速度要达到今天常规梯度的4倍，梯度的 幅值也需提出1倍。这样的梯度就是前面所说的振荡 梯度，而振荡梯度的代价是高昂的。
50
9.3
驰豫过程的综合表示（三种运动的综 合过程）
磁化矢量的进 动
纵向磁化的逐 渐增大过程
横向磁化的逐 渐减小过程
磁共振信号的获取与傅立叶变换
• 如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈， 会接收到什么信号？
FID
补充说明3点
•组织的弛豫时间是组织的一种固有属性，与 组织的密度类似，在场强和环境确定后其时 间是一个确定不变的值；
14N 1
3.08
99.63 10mM
19F 1/2 40.05
100
10mM
23Na 3/2 11.26
100
80mM
31P 1/2 39K 3/2
17.23 1.99
100
10mM
93.1 45mM
相對靈敏 度
1
3×10-3 2×10-7 9×10-5 1×10-3 4×10-5 1×10-4
• 如果此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到 原来状态，当然恢复有一个时间过程， 这个过程就叫弛豫过程。
横向弛豫过程t2弛豫过程用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间纵向磁化为零横向磁化最大b反平行质子释放能量跃迁回平衡态纵向磁化逐渐增大c最后回归原始状态纵向磁化恢复到最大用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间横向磁化达到最大进动相位一致bc内部小磁场的不均匀性使得进动相位分散横向磁化矢量逐渐减小用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感纵向恢复时间t1是由于被激发的反平行于静磁场的质子恢复到平行状态所以纵向磁化增大
MRI成像基本原理课件PPT
从量子物理学的角度来说，这两种核磁状态代表质子的 能量差别。平行同向的质子处于低能级，因此受主磁场 的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；平行 反向的质子处于高能级，能够对抗主磁场的作用，其磁 化矢量尽管与主磁场平行但方向相反
由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此 进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏 观纵向磁化矢量（Mo）
➢目前生物组织的MRI成像主要是1H成像 ➢氢原子核也称为氢质子 ➢1H的磁共振图像也称为质子像
2021/3/10
15
条件二：静磁场
把 人 体 放 进 大 磁 场
2021/3/10
16
静磁场是由磁共振仪器的主磁体产生
其强度与方向不变，强度单位B0 主磁体类型：超导、常导、永磁
静磁场强度（B0）：0.15-3.0T 目前临床上最常用的是超导MRI系统
磁共振成像基本原理
池州市人民医院影像科 钱彬
2021/3/10
1
难以理解 但很重要 影像人对磁共振原理的理解……
2021/3/10
2
与MRI原理有关的知识
电学 磁学 量子力学 高等数学
初高中数学 初高中物理 加减乘除 平方开方
2021/3/10
3
一、磁共振成像技术概述
磁共振实际上应称核磁共振（NMR） 核指NMR主要涉及到原子核 为了与使用放射性元素的核医学相区别，突
2021/3/10
17
主磁体外形
开放式
2021/3/10
封闭式
18
➢ 垂直坐标系
用X、Y、Z坐标系来 描述磁场的位置
Z代表BO方向，即磁 力线方向，常与体轴 一致
X-Y平面代表垂直于磁 场方向的平面，三个 轴相互垂直
由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此 进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏 观纵向磁化矢量（Mo）
➢目前生物组织的MRI成像主要是1H成像 ➢氢原子核也称为氢质子 ➢1H的磁共振图像也称为质子像
2021/3/10
15
条件二：静磁场
把 人 体 放 进 大 磁 场
2021/3/10
16
静磁场是由磁共振仪器的主磁体产生
其强度与方向不变，强度单位B0 主磁体类型：超导、常导、永磁
静磁场强度（B0）：0.15-3.0T 目前临床上最常用的是超导MRI系统
磁共振成像基本原理
池州市人民医院影像科 钱彬
2021/3/10
1
难以理解 但很重要 影像人对磁共振原理的理解……
2021/3/10
2
与MRI原理有关的知识
电学 磁学 量子力学 高等数学
初高中数学 初高中物理 加减乘除 平方开方
2021/3/10
3
一、磁共振成像技术概述
磁共振实际上应称核磁共振（NMR） 核指NMR主要涉及到原子核 为了与使用放射性元素的核医学相区别，突
2021/3/10
17
主磁体外形
开放式
2021/3/10
封闭式
18
➢ 垂直坐标系
用X、Y、Z坐标系来 描述磁场的位置
Z代表BO方向，即磁 力线方向，常与体轴 一致
X-Y平面代表垂直于磁 场方向的平面，三个 轴相互垂直
磁共振成像原理全套课件
根据磁体外形不同，可分为三类： 1、开放式 2、封闭式 3、特殊外形磁体
开放式MRI 封闭式MRI
特殊外形MRI
MRI设备结构示意图
MRI系统： 磁体系统、 谱仪系统、 计算机系统
MRI成像系统方框图
MRI 系 统 结 构
磁体系统
主磁体：电磁体（或阻抗磁体） 、永磁体、 超导磁体
梯度系统：三组线圈，产生x、y、z三 个 方向的梯度场
核磁共振成像原理
Nuclear Magnetic Resonance Imaging, NMRI
教材：
《核磁共振成像原理》 熊国欣 科学出版社
2007年第一版
辅导材料：
1、《MRI基础》
尹建中译 天津科技翻译出版公司
2、《MRI原2004年 2012年
第一章 导 言
什么是核磁共振成像？
二、梯度系统
1、系统组成： 梯度线圈、梯度控制器及数模转换器、梯度放大器
2、梯度场的性能： 均匀容积、梯度场强度、梯度场的线性、梯度场的
切换率和上升时间
MR仪的三套梯度线圈
第三节 核磁共振仪的谱仪系统
谱仪系统：也称射频系统。是MRI中实施射频激励 并接收和处理RF信号的功能单元。包括 射频发生器与射频接收器两部分。
代谢情况观察相对合。 （5）无电离辐射，对人体没有损伤。
以核磁共振成像与CT成像的比较为例来比较 说明MRI的特点：
核磁共振成像在医学影像中的应用举例
（1）多参数成像
T1观察解剖结构较好
T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms
T2显示组织病变较好
T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms
开放式MRI 封闭式MRI
特殊外形MRI
MRI设备结构示意图
MRI系统： 磁体系统、 谱仪系统、 计算机系统
MRI成像系统方框图
MRI 系 统 结 构
磁体系统
主磁体：电磁体（或阻抗磁体） 、永磁体、 超导磁体
梯度系统：三组线圈，产生x、y、z三 个 方向的梯度场
核磁共振成像原理
Nuclear Magnetic Resonance Imaging, NMRI
教材：
《核磁共振成像原理》 熊国欣 科学出版社
2007年第一版
辅导材料：
1、《MRI基础》
尹建中译 天津科技翻译出版公司
2、《MRI原2004年 2012年
第一章 导 言
什么是核磁共振成像？
二、梯度系统
1、系统组成： 梯度线圈、梯度控制器及数模转换器、梯度放大器
2、梯度场的性能： 均匀容积、梯度场强度、梯度场的线性、梯度场的
切换率和上升时间
MR仪的三套梯度线圈
第三节 核磁共振仪的谱仪系统
谱仪系统：也称射频系统。是MRI中实施射频激励 并接收和处理RF信号的功能单元。包括 射频发生器与射频接收器两部分。
代谢情况观察相对合。 （5）无电离辐射，对人体没有损伤。
以核磁共振成像与CT成像的比较为例来比较 说明MRI的特点：
核磁共振成像在医学影像中的应用举例
（1）多参数成像
T1观察解剖结构较好
T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms
T2显示组织病变较好
T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms
医学-核磁共振成像的弛豫机理
❖ 假设质子A的自旋磁矩与外磁场B0平行，而质 子B的自旋磁矩与外磁场B0反平行。这样A质 子受到磁场是B0减去质子B所产生的小磁场 ΔB。由拉莫尔方程可知，A的进动角频率降 低；反之，A的进动角频率上升
质子自旋-自旋相互作用
❖ 从物理学的观点看，横向弛豫过程是质子间交换能 量的过程，故又称为自旋-自旋弛豫过程。
纵向磁化强度矢量M0的章动
❖ 向人体发射脉冲的频率等于质子绕外磁场进动拉莫
尔角频率，质子吸收能量跃迁到高能级，产生核磁
共振
纵
向
磁
化
强
θ
度
变
化
平
面
翻
转
图
纵向磁化强度矢量M0的章动
❖ 质子在受到磁场作用后 会绕外磁场以角速度 ω0进动，由于射频脉 冲的作用，质子同时还 要绕x轴以角速度ω1进 动，导致磁化强度M0绕 z轴按螺旋形向x0y平面 运动，这种螺旋形运动 形式称为章动
纵向磁化强度分量Mz向平衡状态的恢复的速度与它们离开平 衡位置的程度成正比，因此有
dMz Mz M0
dt
T1
负号表示恢复，T1具有时间的量纲。
Pi/2脉冲作用后，可以解得纵向磁化强度分量Mz恢复表达 式为
M z(t)M 0(1 e t/T 1)
纵向弛豫时间
❖ 上式中的T1称为纵向弛豫时间， Mz是时间的指数增长函数， t从射频脉冲停止的时刻开始。
❖ 通常用Mz由零恢复到M0的63%时所需要的时间来确定T1的 大小，T1恢复曲Mz 线如下：
M0 0.63M0
0 T1
t/s
纵向弛豫时间常数影响因素
1. 取决于热激发跃迁几率
2. 受多种机制作用
3.
核-电子弛豫、四级作用弛豫、自旋转动弛豫、
质子自旋-自旋相互作用
❖ 从物理学的观点看，横向弛豫过程是质子间交换能 量的过程，故又称为自旋-自旋弛豫过程。
纵向磁化强度矢量M0的章动
❖ 向人体发射脉冲的频率等于质子绕外磁场进动拉莫
尔角频率，质子吸收能量跃迁到高能级，产生核磁
共振
纵
向
磁
化
强
θ
度
变
化
平
面
翻
转
图
纵向磁化强度矢量M0的章动
❖ 质子在受到磁场作用后 会绕外磁场以角速度 ω0进动，由于射频脉 冲的作用，质子同时还 要绕x轴以角速度ω1进 动，导致磁化强度M0绕 z轴按螺旋形向x0y平面 运动，这种螺旋形运动 形式称为章动
纵向磁化强度分量Mz向平衡状态的恢复的速度与它们离开平 衡位置的程度成正比，因此有
dMz Mz M0
dt
T1
负号表示恢复，T1具有时间的量纲。
Pi/2脉冲作用后，可以解得纵向磁化强度分量Mz恢复表达 式为
M z(t)M 0(1 e t/T 1)
纵向弛豫时间
❖ 上式中的T1称为纵向弛豫时间， Mz是时间的指数增长函数， t从射频脉冲停止的时刻开始。
❖ 通常用Mz由零恢复到M0的63%时所需要的时间来确定T1的 大小，T1恢复曲Mz 线如下：
M0 0.63M0
0 T1
t/s
纵向弛豫时间常数影响因素
1. 取决于热激发跃迁几率
2. 受多种机制作用
3.
核-电子弛豫、四级作用弛豫、自旋转动弛豫、
磁共振成像的基本原理ppt课件
4
•磁场中的原子核：如图 平行方向（低能级） 反平行方向（高能级）
磁共振成像的基本原理
5
• 1H的原子核结构及特性
• 1H原子核仅有一个质子，无中子 • 其磁化敏感度高，在人体的自然 丰富度很
高，是很好的磁共振靶核
磁共振成像的基本原理
6
• 拉摩进动： f(进动频率)=R（磁旋比）B`（主磁场矢量）
62
磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
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磁共振成像的基本原理
70
磁共振成像的基本原理
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二 .颅脑肿瘤 (一 ). 颅脑肿瘤MRI诊断要点: . 肿瘤的部位,数目. . 肿瘤的信号特点. . 肿瘤的边缘. . 肿瘤的血供. . 肿瘤的水肿情况. . 肿瘤的增强情况
2级：成星形细胞瘤，系偏良性。在1级的 基础上向周围组织浸润，界限不清肿 瘤生长较快。
磁共振成像的基本原理
74
3、4级：为多形性胶质母细胞瘤，恶性度 高。病灶位置较深，易越过中线 白质联合到对侧。肿瘤一般较大 边界尚清，但无包膜。
磁共振成像的基本原理
72
一、胶质瘤
• 胶质瘤起源于脑神经胶质细胞，习惯上将 其分为星形细胞瘤、少突神经胶质瘤和室 管膜瘤。
• （一）、星形细胞瘤：是中枢神经最常见 的肿瘤，占胶质瘤 40%。
• 病理：起源于星形神经胶质细胞，分为四 级。
磁共振成像的基本原理
73
1级：纤维性星形细胞瘤及原浆性星形细胞 瘤，为良性。病灶多较表浅，只侵犯 大脑皮层和皮质下脑白质很少累及大 脑深部，通常局限于半球一侧。