磁共振成像的基本原理
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影像技术，能够提供人体内部高分辨率的图像，并利用不同组织对磁场的响应来获取详细的解剖和功能信息。
本文将介绍磁共振成像的原理和应用。
一、基本原理磁共振成像技术基于核磁共振现象，通过对人体内核自旋的激发和检测，构建出图像。
核磁共振现象是指在外加静磁场和射频场的作用下，原子核自旋状态发生变化。
1.1 磁矩预cession原子核具有一个磁矩，当置于外加静磁场中时，磁矩会进入磁场方向的低能态，即平行于外加磁场。
在平时状态下，磁矩呈现随机分布；然而，当外加射频场作用于系统时，磁矩会被扰动，进入一个高能态。
1.2 回到基态外加射频场撤去后，磁矩会重新回到基态，并释放出能量。
基于这个原理，MRI可以测量出放松时间，进而揭示组织的特性。
二、基本步骤2.1 建立静磁场在MRI扫描过程中，首先需要建立一个强大且稳定的静磁场，通常使用超导磁体产生静磁场。
静磁场方向对应MRI图像的头脚方向。
2.2 射频脉冲激发通过放置射频线圈产生的射频脉冲，对患者体内原子核进行激发。
射频线圈能够产生一个变化的射频场，使核磁矩从基态激发到高能态。
2.3 信号接收当射频场停止后，核磁矩会回到基态，并释放出能量。
这种能量的释放会产生一个弱的电磁信号，由接收线圈感应并转化为电信号。
2.4 信号处理与图像重建经过放大和滤波等处理，电信号被转化为数字信号并进行处理。
最后，通过数学算法重建出高分辨率的MRI图像。
三、优点和应用3.1 优点3.1.1 非侵入性与传统的X射线成像相比，MRI无需使用任何放射线，对人体无害。
3.1.2 高对比度MRI图像能够提供不同组织之间的高分辨率对比度，对于疾病的早期诊断和定量评估有很大帮助。
3.1.3 多参数测量除了提供解剖结构信息外，MRI还可以提供多种参数的测量，如T1和T2弛豫时间、扩散张量成像等，这些参数可用于脑功能活动的研究和疾病的定量评估。
核磁共振成像技术原理
核磁共振成像（MRI，磁共振影像）是一种利用原子核在外磁场中的行为来生成高分辨率影像的医学成像技术。
以下是核磁共振成像技术的基本原理：
1. 核磁共振基础：
-原子核中的带电粒子，例如氢原子核（质子），具有自旋。
当这些原子核置于外部磁场中时，它们会产生磁矩，即一个磁场。
在医学成像中，常用的是质子的核磁共振。
2. 激发：
-当磁共振体（通常是人体组织中的水分子）置于强大的外部磁场中时，核磁矩会在外部磁场的作用下产生预cession运动，这是一种旋转运动。
通过应用额外的无线电频率（射频脉冲）来激发这些核磁共振体，使其离开平衡态。
3. 驰豫：
-一旦停止射频激发，核磁矩将重新恢复到平衡态。
这个过程称为核磁共振驰豫。
在这个过程中，核磁矩会释放出能量，产生一个旋转磁场。
4. 信号检测：
-放射出的能量产生的旋转磁场可以被检测。
在MRI中，探测器
会测量这个信号并传递给计算机。
5. 空间编码：
-为了获得空间信息，外加一组梯度磁场。
这些梯度场使得不同位置的核磁体经历不同的共振频率。
通过测量这些频率差异，可以获取关于空间位置的信息。
6. 图像重建：
-计算机将从探测器接收到的信号转换为二维或三维图像。
这涉及到使用数学算法对信号进行处理和图像重建。
总体而言，核磁共振成像技术利用核磁共振现象，通过对核磁体的激发、驰豫和信号检测，结合梯度磁场和计算机处理，实现对人体组织的高分辨率成像。
MRI对软组织有很好的分辨率，而且不涉及使用放射线。
核磁共振 成像原理
核磁共振成像原理
核磁共振成像（MRI）是一种医学影像技术，它利用人体组织中的原子核在外加磁场和射频场的作用下产生共振现象并进行成像。
核磁共振成像的原理主要涉及到以下几个方面：
1. 磁共振现象，在外加静磁场作用下，人体组织中的原子核会产生磁偶极矩，当施加射频脉冲时，原子核会吸收能量并进入激发态，随后释放能量回到基态。
这个过程中，原子核会发出特定频率的信号，即共振信号。
2. 空间编码，核磁共振成像利用梯度磁场对不同位置的原子核产生不同的共振频率，从而实现对空间位置的编码。
通过在不同方向施加梯度磁场，可以确定原子核共振信号的空间位置。
3. 信号检测，利用接收线圈来接收原子核产生的共振信号，并将信号转换成图像。
综合以上几点，核磁共振成像的原理可以简单概括为，利用外加静磁场和射频场使人体组织中的原子核产生共振现象，通过空间编码和信号检测实现对人体组织的成像。
这种成像技术能够提供高
对比度、高分辨率的解剖结构图像，对于诊断疾病和观察人体内部结构具有重要意义。
磁共振知识点总结
磁共振知识点总结一、磁共振成像（MRI）基本原理。
1. 原子核特性。
- 许多原子核都具有自旋特性，例如氢原子核（单个质子）。
当置于外磁场中时，这些自旋的原子核会发生能级分裂，产生两种不同的能量状态（平行和反平行于外磁场方向）。
- 两种状态的能量差与外磁场强度成正比，公式为Δ E = γℏ B_0，其中γ是旋磁比（不同原子核有不同的旋磁比），ℏ是约化普朗克常数，B_0是外磁场强度。
2. 射频脉冲（RF）的作用。
- 当施加一个频率与原子核进动频率相同（拉莫尔频率，ω_0=γ B_0）的射频脉冲时，原子核会吸收能量，从低能级跃迁到高能级，处于激发态。
- 射频脉冲停止后，原子核会释放能量回到低能级，这个过程产生磁共振信号。
3. 弛豫过程。
- 纵向弛豫（T1弛豫）- 也称为自旋 - 晶格弛豫。
是指处于激发态的原子核将能量传递给周围晶格（分子环境），恢复到纵向平衡状态的过程。
- T1值反映了组织纵向弛豫的快慢，不同组织的T1值不同。
例如，脂肪组织的T1值较短，水的T1值较长。
- 横向弛豫（T2弛豫）- 也称为自旋 - 自旋弛豫。
是指激发态的原子核之间相互作用，导致横向磁化矢量衰减的过程。
- T2值反映了组织横向弛豫的快慢，一般来说，纯水的T2值较长，固体组织的T2值较短。
二、MRI设备组成。
1. 磁体系统。
- 主磁体。
- 产生强大而均匀的外磁场B_0，是MRI设备的核心部件。
常见的磁体类型有永磁体、常导磁体和超导磁体。
- 永磁体：不需要电源，磁场强度相对较低（一般小于0.5T），维护成本低，但重量大。
- 常导磁体：通过电流产生磁场，磁场强度一般在0.2 - 0.5T，需要大量电力供应，产生热量多。
- 超导磁体：利用超导材料在超导状态下的零电阻特性，通过强大电流产生高磁场（1.5T、3.0T甚至更高），磁场均匀性好，但需要液氦冷却，设备成本和维护成本高。
- 梯度磁场系统。
- 由X、Y、Z三个方向的梯度线圈组成，用于在主磁场基础上产生线性变化的梯度磁场。
磁共振成像原理
磁共振成像原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种利用核磁共振现象获取人体内部组织结构和功能信息的医学成像技术。
它通过利用强磁场、射频脉冲以及梯度线圈的作用，产生影响生物体内原子核的局部磁场，并探测其信号来生成图像。
下面将详细介绍磁共振成像的原理。
一、原子核的核磁共振现象核磁共振现象是指当原子核处于强磁场中时，其核自旋会与外界磁场发生共振，进而产生一种特殊的电磁辐射现象。
核磁共振现象的产生基于原子核自旋角动量与外部磁场相互作用的量子力学效应。
在强磁场中，原子核自旋的辐射频率与外部磁场强度成正比。
当外部射频脉冲的频率与原子核自旋的共振频率相同时，原子核将吸收能量并处于激发态，随后通过释放能量回到基态。
这种吸收和释放能量的过程被称为共振现象，也是磁共振成像的基础。
二、强磁场的建立磁共振成像使用强磁场来激发和探测被成像物体内部原子核的信号。
强磁场的建立是磁共振成像的第一步。
在MRI设备中，使用超导磁体来产生一个稳定而均匀的强静态磁场。
超导磁体内部通入液氦使其冷却到超导状态，从而消除了电阻，使得磁场可以持续很长时间。
这样的超导磁体可以产生高达1.5特斯拉至3特斯拉的强磁场。
稳定的强磁场将所有原子核的自旋定向在同一个方向，并使其具有较大的自旋角动量，为之后的成像提供了条件。
三、射频脉冲的应用在磁共振成像中，射频脉冲用于激发原子核自旋，以实现信号的产生和增强。
使用射频线圈产生与特定谐振频率相匹配的射频脉冲，将其传输到成像区域。
当脉冲的频率与原子核自旋的共振频率相同时，能量被吸收，原子核进入激发态。
此时，通过改变射频脉冲的参数，比如脉冲强度和脉冲宽度，可以控制原子核的激发程度。
四、梯度线圈的作用梯度线圈在磁共振成像中起到了定位和空间编码的作用。
梯度线圈是位于主磁场中的一组线圈，产生额外的磁场，其方向和强度可以根据需要进行调节。
梯度线圈通过在不同时间点产生不同强度的磁场，使得成像区域内的原子核处于不同的共振频率状态。
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。
MRI技术的优点在于对人体没有明显的损伤和创伤，同时也不具有放射性；涉及到的磁场力度强，因此患者应该遵守特定的MRI安全规定才能进行检查，有一定的禁忌要求。
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。
MRI磁共振成像基本原理及读片
MRI磁共振成像基本原理及读片MRI（磁共振成像）是一种医学影像技术，利用磁共振原理来获得身体内部的高分辨率图像。
本文将详细介绍MRI的基本原理及读片过程。
一、MRI的基本原理1.磁共振现象：MRI利用磁共振现象来获得图像。
人体组织主要由氢原子构成，而氢原子含有一个质子，质子带有正电荷。
在强磁场的作用下，质子将朝向磁场的方向旋转。
质子的旋转频率与外部磁场的强度成正比。
2.弹性波：磁共振装置内的一套辅助磁场可以加入特定的辅助磁场，这些辅助磁场将会给氢原子的原子核一个脉冲的影响，并造成它们间接或直接在周围的分子上加入一个特定的力，这个力的效应可以用声音形容，并且它的效应在短时间之内会消失。
3.回弹：当辅助磁场停止作用时，氢原子的原子核会回到基本对齐的状态。
在这个过程中，它们会向周围发出信号，被称为MR信号或回声。
回声信号会被感应线圈捕获并送到计算机中进行处理和图像重建。
4.信号解析：计算机将回声信号解析为图像。
这里有几种常用的重建方法，包括傅立叶变换、快速傅立叶变换和回声信号积分。
二、MRI读片过程1.图像质量评估：在开始读片之前，需要对图像质量进行评估。
评估因素包括图像分辨率、对比度、噪声、伪影等。
图像质量好与否对于正确认识病灶和提供准确诊断至关重要。
2.解剖结构分析：先观察解剖结构，包括脑、脊髓、血管、骨骼等。
通过比较对称性、大小、形态等，可以初步判断是否存在异常。
3.病灶检测与定位：在观察解剖结构的基础上，进行病灶的检测与定位。
常见的病灶包括肿瘤、脑梗死、脑出血等。
通过对信号强度、位置、边界特征等进行分析，可以初步判断病灶的类型和范围。
4.强度与序列分析：MRI图像的信号强度与脉冲序列有关。
不同的脉冲序列可以提供不同的对比度和重建方式。
通过比较不同脉冲序列的信号强度变化，可以更好地分析病灶的性质，并提供更准确的诊断依据。
5.影像报告编写：根据对图像的分析和判断，编写MRI影像报告。
报告通常包括病人基本信息、病灶的位置、大小、特征、诊断意见等。
- 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)。
Fundamental Principal of MRI
原子核在外磁场中的运动
原子核在磁场中运动
像“陀螺”，除了自身
的旋转外，还绕外磁场
作旋转“进动”。
原子核的磁性
具有磁性的原子核，必须满足以下的条件：
Z 偶 奇 奇/偶 N 偶 奇 偶/奇 A 偶 偶 奇 I 零 整数(1, 2, 3, 4, 5, 6,7,) 半整数(1/2, 3/2, 5/2, 7/2, 9/2)
1.0T 240 730 680 810 2500
1.5T 860 780 920 3000
影响T1的因素
组织分子大小(中等分子运动频率与共振频率相近，
可产生有效的能量转移，T1小；大分子和小分子运动
频率与共振频率相差甚远，T1大)
影响T1的因素
影响T1的因素
组织特异性的时间常数；与组织生理状态有关 晶格状态(固体、液体)，固体T1长(晶格振动频率
磁 共 振 形 成 过 程
自旋弛豫(Relaxation)
质子系统在静磁场中逐渐被磁化，并在外加磁场 方向上形成磁化矢量M0，M0在射频脉冲激发下产生 磁共振现象，平衡状态被破坏，产生横向磁化Mxy， 系统平衡被破坏，系统处于激发态。 纵向磁化矢量Mz变小; 横向磁化矢量Mxy增大。
当射频脉冲关闭后，系统从激发态返回平衡态，
常见组织横向弛豫时间
单位：ms
组织类型 脂肪 肌肉 白质 灰质 脑脊液
T2 值 85 45 90 100 1400
组织特异性；
影响T2的因素
与组织生理状态有关；
与主磁场强度无关，但与主磁场均匀度有关；
组织分子大小及物理状态：大分子及固体有固定
的分子晶格，分子间的自旋-自旋作用持久，T2短。 小分子及液体分子由于快速平动而趋向于磁场不均匀 性平均化，从而降低T2弛豫效应。 T2变长。
核的质子数或中子数为奇数，如：
1
H
31 15
Байду номын сангаас
P
23 11
Na
而无磁性核如：
16 8
O
12 6
C
原子核的磁矩
磁矩就是指磁性，用 表示。并非所有的核都具 有磁性。
=h/2
为旋磁比，1H的
=42.58 MHz/T
原子核在外磁场中磁化
B=0 B 0
无外磁场时，原子核排列是无序的，总体并 不显示磁性。若存在外磁场时，原子核(H)只能按 两个方向进行定向排列，总体体现磁性。
射频脉冲激励
在主磁场作用的基础上，在XOY平面内的OX轴 射出一个射频场B1，为了使核系统能吸收射频场发 出的能量，射频场的能量 E必须与质子系统的能级 差ΔE完全相等，E =ΔE
拉莫(Lamor)公式
r B0 0
是磁共振基本公式，称拉莫(Lamor)公式，要求系
统达到共振时，激励射频场的频率ωr 必须与质子系统 的共振频率ω0 相同(ω0与共振核和磁场强度有关)。 B0为主磁场强度，单位Telsa 1 Telsa= 10,000 Gauss 约为地球磁场20,000倍
磁化矢量强度M
由于检测的是一定体积范围 内所有质子在磁场中的表现，所 以测量总的磁矩： M μ M 称为磁化矢量强度。 M0 称为稳定状态时的磁化矢量 强度。M0 与B0 方向一致。 M与组织质子密度、B0和绝对温
度有关。
静止与旋转坐标系
90脉冲作用于M
180脉冲作用于M
任意脉冲作用于M
E1 1 2 hB0 E2 1 2 hB0
E E2 E1
能量差为 ：
所以 B0 越大，质子之间能量差也越大，MRI图像
信噪比也就越好。
Boltzmann能量分布原理 N1 ( E1 E2 ) / kT e N2
其中 k 玻尔兹曼常数，T为绝对温度。 在常温稳定情况下，处于低能量的粒子数多于处 于高能量的粒子数。 当场强为1.5T时，低能级的数目只比高能级多 8/2,000,000个，两个方向的净自旋产生的磁场称为 净磁化，或磁化矢量，所以磁化矢量是十分微弱。
T2*弛豫(表观或有效T2)
由于主磁场的不均匀性，引起质子自旋频率就不 同，因而加速了横向弛豫的过程导致横向磁化弛豫的 加快，T2的下降。T2*加权像称磁敏感对比。
磁共振信号接收
接收线圈位于XOY平面内，随着M的旋转，Mxy每
旋转一次，就会在线圈内形成一个感应电流，感应电
流的大小随时间逐渐减小，形成自由衰减信号FID。
B=0
B 0
沿着磁场方向排列的原子核称：平行状态原子核
逆着磁场方向排列的原子核称：反平行状态原子核
顺磁场排列原子的能量比逆磁场排列原子能量小。
原子核在外磁场中量化
质子处于主磁场B0中，氢核的磁矩就与主磁场发
生相互作用，而处一个稳定的状态，氢核不能随意
取向，它的能量是量化的：
平行状态原子核：
平行状态原子核：
高1012~1013Hz)
大分子的存在(亲水基因与自由水结合形成水化层，
降低水分子运动速率，T1下降)
主磁场强度(B0越大，T1越大)
温度：温度上升，热运动加快有效弛豫频带分子
数减小， T1下降
横向弛豫过程
又称：自旋-自旋弛豫。指90 脉冲终止后，Mxy
由于磁相互作用，导致逐渐衰减过程。
这过程就是弛豫。
纵向磁化矢量Mz恢复; 横向磁化矢量Mxy衰减。
纵向弛豫过程
纵向磁化弛豫
横向磁化弛豫
纵向弛豫过程
Mz M0 (1- e
-t/T 1
)
又称：自旋-晶格弛豫。指90脉冲终止后，纵向磁
化矢量Mz逐渐恢复至平衡态M0的过程。 T1纵向弛豫时间：为纵向弛豫时间常数。在数值上 等于纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的63%所
跃迁至低能态。
T1对比
T1 是一个具有组织特异性的时间常数，即不同
组织释放所吸收的射频能量的速度各不相同。成
像中由于不同组织的T1不同而形成的磁化不同，称
为“纵向磁化对比”。
T1加权图像就是利
用组织纵向弛豫时间
的不同来进行成像。
常见组织纵向弛豫时间
单位：ms
0.2T 脂肪 肌肉 白质 灰质 脑脊液 370 390 490 1400
磁共振信号处理
信号接收后，就可以进行傅里叶分析FFT。
MRI图像对比
MR成像的高敏感性是基于健康组织与病
理组织弛豫时间常数 Tl 及 T2 的不同，并受质
子密度、脉冲序列参数(TR、TE)的影响。 通过调节TR和TE可以得到不同加权的图像，
也可以通过外界因素(造影剂)来改变组织的 Tl
及 T2，以增强图像对比度。
需要的时间，是纵向磁化矢量恢复快慢的一个指标。
纵向弛豫的机理
处于激发态的自旋核将能量释放至周围环境(晶格，
其它种类原子核)，恢复其平衡态的过程。
共振核周围有许多与之相似的磁矩，这些磁矩都
具有局部磁场，对质子产生影响。晶格磁场是由一
个无数频率组成的随机波动磁场。当晶格磁场为拉
莫频率时，共振核将能量释放至晶格，并从高能态
T2纵向弛豫时间：
等于Mz衰减过程中，衰减至最大值的37%所需要
的时间。
是横向磁化矢量恢
复快慢的一个指标。
横向弛豫机理
各自旋核的磁场
相互作用，使彼此
间的进动频率变化， 导致自旋间的相位 相干逐渐消失。使 Mxy逐渐衰减过程.
T2对比
T2 是一个组织特异性的时间常数，不同组织释放 所吸收的射频能量的速度各不相同，所以T2也不同， 从而形成的组织的磁化也不同，称为“横向磁化对 比”。