磁共振成像(MRI)的基本原理分享资料
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。
磁共振成像原理
磁共振成像原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种医学影像技术，通过利用原子核之间的相互作用和共振现象，产生高分辨率的内部结构图像。
本文将介绍MRI的原理和工作过程。
一、概述MRI是基于核磁共振现象的一种成像技术，通过在物体中引入强磁场和射频脉冲，观察磁共振响应而获得图像。
MRI具有无辐射、高分辨率、多平面观察等优点，被广泛应用于医学诊断和科学研究领域。
二、核磁共振现象核磁共振现象是指原子核在外加磁场中，吸收或发射能量的现象。
当被放置在磁场中的原子核与外加射频脉冲发生共振时，会吸收射频能量并发生能级跃迁。
这种能级跃迁的过程中，原子核会发出特定频率的电磁波，即磁共振信号。
利用这种信号，可以推测出原子核所在位置的信息。
三、磁场和射频波MRI的关键部分是强大的静态磁场和可控的射频脉冲。
静态磁场会对体内的原子核进行定向，使其呈现特定的能级分布。
射频脉冲则用于激发原子核发生能级跃迁，产生磁共振信号。
四、磁共振成像过程1. 准备阶段：患者进入机器前，需要清除金属物品，以免干扰磁场和射频波。
患者躺入机器中央，头部或身体部位需要进入磁共振扫描区域。
2. 信号激发：在静态磁场的作用下，使用射频脉冲激发体内的原子核，使其达到共振状态。
3. 信号接收：激发后的原子核会发出磁共振信号，感应线圈将这些信号捕获并转化为电信号。
4. 数据采集：电信号被传送到计算机中进行处理和分析。
计算机将信号转化为图像数据，并对其进行整合和重建，生成可视化的图像。
五、影像结果1. 结构图像：通过磁共振成像，我们可以获得人体内部的高分辨率结构图像。
这些图像可以用于检测和诊断疾病，如肿瘤、损伤和器官异常等。
2. 功能图像：除了结构图像，MRI还可以生成功能图像，用于研究人体组织的功能性变化。
例如，可以观察大脑在特定任务下的活动变化，探索神经系统的工作机制。
六、应用领域MRI在医学诊断中具有广泛的应用。
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。
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。
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。
MRI
磁共振成像（MRI）知识讲座引言我们将磁共振成像（MRI）的基本知识向大家略做介绍，希望能有所帮助。
第一章磁共振成像（MRI）基础知识一、磁共振成像（MRI）基本原理1、人体组织的化学特性人体内最多的分子是水，约占人体重量的65%，其次为脂肪成份。
此外，还有大量有机分子，如蛋白质、酶、磷酯等。
这些物质中都含有大量的氢原子。
因此，氢原子是人体中含量最多的原子。
2、磁共振成像（MRI）原理目前的磁共振成像是氢原子的成像，实际上是脂肪和水为主的软组组成像，或者说磁共振成像（MRI）是利用身体细胞中的氢原子在磁场内共振产生信号，通过精密的电脑系统重建而获得高清晰的影像，以达到诊断目的的一种技术。
二、磁共振成像（MRI）技术的发展概况1、1977年：初期MRI全身图像产生；2、1980年：首台商品磁共振成像系统问世；3、1981年：首台超导全身磁共振成像系统建立；4、1983年：获准进入市场；5、1989年：我国0.15T永磁型磁共振成像系统（ASM-015P）问世；6、1992年：我国0.60T超导型磁共振成像系统（ASM-060S）问世；7、1999年：我国0.35T永磁型磁共振成像系统（NOVUS系列）开发成功；8、2000年：我国1.5T超导型磁共振成像系统（NOVUS系列）开发成功；9、目前： 3.0T超导磁共振应用于临床；10、目前：7.0T、10.0T磁共振进入临床前研究；三、磁共振成像（MRI）的一些基本概念1. 什么是Tesla?Tesla（T）是一个磁场强度单位，中文译为特斯拉，一单位T等于10000Gause，Gause中文译为高斯，地球的自然磁场强度为0.3~0.7Gs，南北极有所不同。
2. 什么是共振？共振是一种自然界普遍存在的物理现象，物质是永恒运动着的，物体的运动在重力作用下将会有自身的运动频率。
当某一外力作用在某一物体上时，而且有固定的频率，如果这个频率恰好与物体自身运动频率相同，物体将不断吸收外力，转变为自身运动的能量，随时间的积累，能量不断被吸收，最终导致物体的颠覆而失去共振状态。
核磁共振成像原理简述
核磁共振成像原理简述
核磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，它利用核磁共振现象来生成人体内部的高分辨率图像。
MRI的原理可以简述如下：
1. 原子核的自旋：原子核具有自旋，就像地球自转一样。
这个自旋产生了一个磁矩，就像地球的自转产生了地球的磁场。
2. 磁共振：当原子核处于一个外加磁场中时，它的磁矩会与外磁场相互作用，使得原子核的自旋方向发生改变。
这种现象被称为磁共振。
3. 磁场梯度：MRI中使用了一个磁场梯度，这是一个沿着空间特定方向的磁场变化。
这个梯度可以使得处于不同位置的原子核具有不同的共振频率。
4. 信号检测：MRI中使用一个接收线圈来检测原子核的磁共振信号。
这个接收线圈可以检测到处于不同位置的原子核发出的不同频率的信号。
5. 图像重建：通过对接收到的信号进行处理和重建，可以生成一个高分辨率的图像，显示出人体内部的结构和组织。
总之，MRI利用原子核的自旋和磁共振现象来生成高分辨率的图像，它是一种非侵入性的成像技术，可以用于诊断和治疗许多疾病。
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N RF
S
3
T
射 频 强 度
:
射频频率 F
4
磁共振的应用
• 物理化学|：利用磁共振波谱测定物质的 化学结构。
• 医学影象：磁共振成像及化学物质含量 测定。
5
第一节：原子及其磁特性
• 原子的构成 • 自旋 • 自旋磁矩 • 净自旋
6
• 原子核
原子的构成
• 质子（＋） • 中子
• 核外电子
• 核外电子（－）
• 磁化 :磁场对样体作用的过程。 • 磁化强度m：样体经过磁化而产生的磁矩
的大小。 • 磁化率：单位磁场强度的磁化强度 X=
m/B。顺磁性物质的磁化率为正值，抗磁 性物质的磁化率为负值。 • 影响磁化率的因素： 1、外层电子；2、原子核结构。
19
N
M:
S
20
磁场对磁矩的作用
垂直于磁场的磁矩，磁场对其 以磁转矩形式产生作用，即以磁场 为轴垂直于磁场转动。
F
34
核磁共振的条件
• 激发磁场的频率与自旋系统的进动频率 相等。
• 自旋系统吸收激发磁场能量内能增加
35
射频
• 射频及磁特性 • 射频的空间效应 • 射频激发与核磁共振 • 章动与翻转角θ= rB1t • 90°、180°脉冲，α脉冲 • 射频对自旋磁矩的相位相干效应
36
Y BX=Bsina
B(RF) a
X BY=Bcosa
37
Z
M0
Y B1
X
射频磁场对磁矩的激发
38
39
横向磁化的相位相干进动
MXY
射频激发使自旋的横向磁矩相位一致
（相位相干），产生一个大的横向磁
化矢量MXY。相位是矢量与参照轴间
的夹角
40
横向磁矩的相位
X
MXY
m1
am2 m3
Y
41
M0
MXY Y
B1
X
横向磁化的检测
• 影响M的因素：静磁场强度、温度、自 旋密度（单位体积的自旋数）。
• 纵向磁化：平行于磁场方向的磁化矢量 • 横向磁化：垂直于磁场方向的磁统
Z
Y X
32
第四节 核磁共振现象
• 单摆共振 • 核磁共振
33
单摆共振的条件
• 系统与激发源的固有频率相同 • 系统吸收能量内能增加
7
原子核的运动特性
• 自旋：物体沿一定方向绕自身某一轴的 转动
• 自旋角动量 I：由于自旋运动的矢量性， 自旋具有一定的角动量，自旋角动量I通 常也称为自旋I。I为矢量。
8
9
自旋磁矩
• 自旋粒子的磁性：带电粒子的自旋都可 产生磁矩。
• 原子核运动的自旋磁矩：每一个自旋I对 应于一个磁动μ， μ=гhI：
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自旋弛豫
• 自旋弛豫：自旋系统由激发态恢复到其 平衡态的过程。可分为纵向弛豫和横向 弛豫两个过程。
• 纵向弛豫（自旋晶格弛豫、T1弛豫）： 纵向磁化逐渐恢复的过程。
• 横向弛豫（自旋自旋弛豫、T2弛豫）： 横向磁化逐渐消失的过程
43
44
纵向弛豫的机理
波动的晶格磁场是一个连续频率的 波动磁场，Lamor 频率的晶格磁场可以 吸收激发态自旋所释放的量子化能量， 恢复其平衡态。晶格磁场的频率越接近 Lamor 频率，纵向弛豫的速度越快。人 体各种不同类型组织的晶格磁场频率有 差异。纵向弛豫速度不同。
13
第二节：磁场
• 磁场的概念 • 均匀磁场 • 稳定磁场 • 交变磁场
14
磁场
• 物质场 • 对磁性物质的力效应 • 磁场的强度
15
均匀磁场
大小方向恒定不变的磁场.
16
交变磁场
大小或方向呈规律性变化的磁场
17
Y BX=Bsina
B(RF) a
X BY=Bcosa
18
第三节：磁场对样体的作用
49
50
T1图像 T1 Image
• 每一个像素的亮度表示其所对应的构成 体素的组织的T1值,这种图像称为T1图像。
21
M1
M2
22
Z
M0 B1 X
Y
23
24
自旋在磁场中的运动
• 进动（旋进）：自旋轴绕磁场方 向的圆周运动。遵循 lamor 定理， w=rB0
• 影响进动频率的因素：磁场强度。 • 进动的方向：上旋态与下旋态。
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26
27
量子化与平衡态
• 量子化概念：在磁场的作用下，自旋只能 处于两种能级状态，低能态（上旋态）与 高能态（下旋态）自旋只有吸收或释放一 个特定能量值（ E）时才相互转化。
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影响纵向弛豫的因素
• 组织特异性：中等大小分子快，小分子 及大分子慢
• 晶格的物理状态：液态快、固态慢。 • 晶格的温度：低快，高慢。 • 周围大分子结构：加快。 • 磁场强度：低场快，高强慢
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纵向弛豫特征时间常数T1
• T1：射频激发停止后，纵向磁化弛豫至 其平衡态值的63%时所经历的时间。
• 量子化遵循波兹定律E(1/2)/E(1/2)=exp(rhI/kT)
• 平衡态：在磁场和温度的作用下，样体达 到稳定磁化的状态。是一种动态平衡。
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29
剩余自旋与净磁化
• 剩余自旋：平衡态时，上旋态与下态自 旋差。
• 净磁化M（宏观磁化）：自旋系统在磁 场作用下产生的磁化总量。是所有自旋 磁矩的矢量和 。M=ΔB0·N/T
10
3
11
净自旋
• 原子核的运动:自旋 • 净自旋：具有自旋磁动量的自旋。 • 零自旋/非零自旋：净自旋为零/净自旋不
为零 • 净自旋产生的条件:奇数质子和/或奇数中
子 • 净自旋的意义：是磁共振信号来源的基
础。 • 自旋系统：磁场中所有自旋的集合。
12
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。
• MZ = M0(1－e-t/T1) • T1的物理学意义：弛豫周期。
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纵向磁化对比
由于各种组织的T1不同，在纵向弛 豫过程中，不同时刻各种组织在纵 向磁化中的比例不同，因而产生了 不同组织间的纵向磁化对比。也称 为T1对比。
48
T1加权图像
T1 weighted image 图像的对比主要依赖T1对比称 为T1加权（权重）图像。
磁共振成像(MRI)的基本原理 Magnetic Resonance Imaging
同济医科大学附属协和医院MR室 刘定西
1
磁共振现象的发现及发展
1924年pauli在进行电在子波谱 试验中发现了许多原子核象带电的 自旋粒子一样具有角动量和磁动量。
1946年美国物理学家Block和 Purcell分别测出了在均匀物质中磁 共振的能量吸收，进一步证实了核 自旋的存在，并为此获得了1952年 诺贝尔物理学奖。