磁共振成像基本原理
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。
MR常用序列成像基本原理
3 重建算法
使用先进的重建算法抑制 或减少运动伪影的影响。
梯度磁场在空间中创建线性磁场梯度，用于定 位信号的来源位置。
磁共振信号识别原理
通过检测原子核释放的信号，得到组织的磁共 振信号。
原子核磁矩和自旋共振
原子核磁矩的作用
原子核磁矩对外磁场具有自旋力矩，使其与外磁场 相互作用。
自旋共振与磁共振
自旋共振是原子核磁矩在外磁场作用下产生共振现 象，而磁共振是检测这种共振现象并形成图像。
脉冲序列的构成
1
激发脉冲
发射短脉冲使原子核翻转。
梯度脉冲
2
在特定时间和特定梯度条件下，产生空
间编码。
3
回波信号
接收原子核释放信号。
快速成像技术
探测阵列
使用多通道同步采集技术， 提高图像的时间分辨率和空 间分辨率。
平行成像技术
以加速成像为目标，减少扫 描时间，提高成像效率。
并行成像技术
在多通道中同时激励和接收 信号，实现多条同时成像。
T1加权成像和T2加权成像
1 T1加权成像原理
T1加权成像利用不同组织 T1弛豫时间的差异产生对 比，从而揭示组织的解剖 信息。
2 T2加权成像原理
T2加权成像利用不同组织 T2弛豫时间的差异产生对 比，突出病变区域和水分 布。
3 T1加权与T2加权的区
别
T1加权成像在脑脊液中呈 现暗信号，而T2加权成像 中呈现亮信号。
平扫与增强扫描的原理
平扫成像
通过选择不同的脉冲序列参数，获取ຫໍສະໝຸດ 织的基本信 号信息。增强扫描
通过注射对比剂，改变组织信号强度，增强病变显 示。
MR成像图像的格式
1 矢状面（Sagittal） 2 冠状面（Coronal） 3 轴状面（Axial）
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。
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。
磁共振成像技术的基本原理及其应用
磁共振成像技术的基本原理及其应用磁共振成像技术是一种常用于医学诊断的无创检查方法，其基本原理是利用磁共振现象上的差异来观察人体内部器官和组织的构成和内部结构，从而获得有关人体疾病和异常情况的信息。
磁共振成像技术的广泛应用，已经大大提高了医学领域的诊断和治疗水平，为人类健康事业做出了重要贡献。
一、磁共振成像技术的基本原理磁共振成像技术利用强磁场和射频脉冲来观察人体内部器官和组织的构成和内部结构。
其基本原理是利用人体内原子核的磁共振现象，即在外磁场中，原子核会预先进入能量较低的状态，而外加射频场会引起原子核的能级变化，当射频场停止时，原子核通过释放能量恢复到预先进入的能量状态，释放出的能量被检测器捕捉并转化成图像。
不同类型的组织和器官原子核之间的信号强度和特殊性质不同，这种差异通过计算和处理后被显示在成像上。
二、磁共振成像技术的应用磁共振成像技术已经成为医学诊断的重要手段，广泛应用于神经学、心脏病学、肿瘤学、骨科、妇科等领域。
在神经学领域，磁共振成像能够对脑部和脊髓进行高分辨率成像，对中风、多发性硬化症、脑肿瘤等疾病的诊断和治疗起到关键作用。
在心脏病学领域，磁共振成像能够检测心肌缺血、心肌肥厚、心包炎等疾病，对于评估心脏功能和预测心血管疾病风险有重要作用。
在肿瘤学领域，磁共振成像能够检测出较小的肿瘤和癌细胞分布，对于肿瘤的评估和治疗起到至关重要的作用。
在骨科领域，磁共振成像能够检测出骨折、关节炎等骨骼系统的疾病，对于骨髓炎、软骨损伤和脊柱疾病的诊断和治疗也有一定的帮助。
在妇科领域，磁共振成像能够检测妇女的生殖系统和相关疾病，如卵巢囊肿、子宫肌瘤、宫颈癌等。
三、磁共振成像技术的优势与其他成像技术相比，磁共振成像技术具有很多优势。
首先，磁共振成像所用的是非离子辐射，与X射线相比，无辐射危害，不会对人体组织产生伤害。
其次，磁共振成像具有高灵敏度、高分辨率的特点，能够更明确地显示出人体内部组织和器官，对于复杂部位的成像有优势，如脑、脊柱等。
实用磁共振成像原理与技术解读
实用磁共振成像原理与技术解读随着医学技术的不断进步，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）作为一种无创、无辐射的医学影像学检查方法，已经在临床诊断中发挥着越来越重要的作用。
在本文中，我将从实用磁共振成像的原理和技术入手，深入探讨其在医学领域中的应用，帮助我们更加全面、深入地理解这一主题。
一、磁共振成像的基本原理1.1 核磁共振现象在磁共振成像中，利用的是核磁共振现象。
当人体组织置于较强的静磁场中时，原子核会发生共振吸收和发射电磁波的现象，这一现象被称为核磁共振。
1.2 磁共振成像的成像原理在静磁场的作用下，利用射频脉冲对人体组织进行激发，然后测量组织中核磁共振信号的强度和位置分布，从而获得人体组织的高清影像。
二、实用磁共振成像技术的发展2.1 高场磁共振成像技术随着超导技术的不断发展，高场磁共振成像技术已经成为当今磁共振成像领域的热点之一。
高场磁共振成像可以提高信噪比，提高成像分辨率，对于小病灶的检测有着更好的效果。
2.2 动态磁共振成像技术动态磁共振成像技术可以实时观察人体器官的生理活动和代谢过程，对于心脏、血管等的疾病诊断有着重要的临床意义。
在手术前后的评估中也发挥着重要作用。
三、磁共振成像在临床中的应用3.1 脑部疾病的诊断在脑部疾病的诊断中，磁共振成像能够清晰展现脑部结构和病变，对于脑梗死、脑肿瘤等的早期发现和定位有着重要作用。
3.2 心脏病的检测磁共振成像技术可以观察到心脏的运动情况、心脏壁运动的异常和心肌灌注情况，对于心脏病的诊断和治疗提供了重要的依据。
四、个人理解与观点磁共振成像作为一种无创、无辐射的医学影像学检查方法，其在临床诊断以及研究中的应用前景不可限量。
随着技术的不断发展和进步，磁共振成像技术将会变得更加精准、高效，为医学领域的发展带来更大的助力。
总结通过了解磁共振成像的原理和技术，我们可以更好地理解其在临床中的应用，意识到其对于医学领域的重要意义。
磁共振成像的基本原理
hB0
平行状态原子核：
E2
1 2
hB0
能量差为 ：
E E2 E1
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。
BoNltz1manen能(E量1 分E2 布) /k原T 理 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。
平均化，从而降低T2弛豫效应。 T2变长。
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。
í晶格状态(固体、液体)，固体T1长(晶格振动频率高
1012~1013Hz)
í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)
í主磁场强度(B0越大，T1越大)
í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。 T2纵向弛豫时间：
磁共振成像基本原理
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”。
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• 磁共振现象
磁共振现象的物质基础
原子结构：
原子由原子核和绕核运动的电子组成，原子核由质子 和中子组成。电子带负电荷，质子带正电荷，中子不带电。
质子和中子如果不成对，将使质子在旋转中产生 角动量，磁共振就是要利用这个角动量的物理特 性来实现激发、信号采集和成像的。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
进动频率也称Larmor 频率，其计算公式为： ω＝γ·B
式中ω为Larmor 频率，γ为磁旋比（γ对于某一种磁性原子核来说是 个常数，质子的γ约为42.5 mHz/T ），B 为主磁场的场强，单位为特斯 拉（T）。从式中可以看出，质子的进动频率与主磁场场强成正比。
射频系统
• 组成：主要由射频脉冲发射单元和射频脉冲接收单元两部分 组成，其中包括射频发射器、射频功率放大器、射频发射线 圈、射频接收线圈、以及低噪声射频信号放大器等关键部件。 • 作用：负责实施射频（Radio Frequency，RF）激励并接收 和处理射频信号，即MR信号。
计算机系统
计算机系统控制着MRI 仪的脉冲激发、信 号采集以及实现图像处理、显示、传输、存 储 等功能。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
二、进入主磁场后质子核磁状态
进入主磁场后，人体内的质子产生的小磁场不再是杂乱无章， 呈有规律排列。一种是与主磁场方向平行且方向相同，另一 种是与主磁场平行但方向相反，处于平行同向的质子略多于 处于平行反向的质子。 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，因此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，人体内产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向 磁化矢量。
磁共振现象的物质基础
自旋：质子以一定的频率绕轴高速旋转。
高速旋转
带正电荷的质子
电流环路
核磁
并非所有原子核的自旋运动都能产生核磁根据原子核内中子 和质子的数目不同，不同的原子核产生不同的核磁效应。 非磁性原子核：质子数和中子数均为偶数 磁性原子核：中子数和质子数至少一个为奇数
磁共振现象的物质基础
进入主磁场前后质子核磁状态对比
图a 为进入主磁场前，尽管每 个质子自旋都产生一个小磁场， 但排列杂乱无章，磁化矢量相 互抵消，因此没有宏观磁化矢 量产生。
图b 示进入主磁场后，质子自旋 产生的小磁场与主磁场平行排列， 平行同向者略多于平行反向者， 最后产生一个与主磁场方向一致 的宏观纵向磁化矢量。
MRI发展历史
• 1930年代，物理学家伊西多•拉比发现在磁场中的原子核会 沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之 后，原子核的自旋方向发生翻转。
• 1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个 核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特 定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象， 这就是人们最初对磁共振现象的认识。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
三、进动和进动频率
进入主磁场后，无论是处于高能级还是处于低能级的质子， 其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是与主磁场 有一定的角度。 质子除了自旋运动外，还绕着主磁场轴进行旋转摆动，我 们把质子的这种旋转摆动称为进动。进动是磁性原子核自 旋产生的小磁场与主磁场相互作用的结果。
• 梯度系统是指与梯度磁场相关的电路单元和相关系统，由梯度线圈、 梯度控制器、数模转换器（DAC）、梯度放大器（梯度电源）和梯度 冷却系统等部分组成。 • 梯度系统主要作用包括： （1）对MRI 信号进行空间编 码，以确定成像层面的位置和厚度 ； （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。
• 用于人体磁共振成像的原子核为质（H1），选择（H1） 的理由有：
（H1）是人体中最多的原子核，约占人体中总原 子核数的2/3 以上； （H1）的磁化率在人体磁性原子核中是最高的。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
一、进入主磁场前质子核磁状态
人体的质子不计其数，产生无数个小磁场，尽管每个 质子均能产生一个小磁场，这种小磁场的排列是随机无序 （即杂乱 无章）的，使每个质子产生的磁化矢量相互抵 消。因此，人体自然状态下并无磁性，即没有宏观磁化矢 量的产生。
屏蔽系统
干扰 磁屏蔽
磁屏蔽不仅可防止外部铁磁性物质对磁体内部磁场均匀性
的影响，还能大大削减磁体外部杂散磁场的空间分布范围。
有源屏蔽：外线圈通以反向电流 无源屏蔽：铁磁性屏蔽体
其他辅助系统
检查床 液氦及水冷却系统 空调系统 胶片处理系统
三、磁共振现象的基本原理
• 磁共振成像的物质基础
• 1946年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫宣布， 他们发现了磁共振NMR。两人因此获得了1952年诺贝尔奖。
MRI发展历史
• 1973年Lauterbur研究出MRI所需要的空间定位方法，也 就是利用梯度场。他的研究结果是获得水的模型的图像。 • 在以后的10年中，人们进行了大量的研究工作来制造磁共 振扫描机，并产生出人体各部位的高质量图像，先后通过 MR扫描，获得手、胸、头和腹部的图像。 • 1980年商品化MRI装置问世。
磁共振成像基本原理
徐文鹏 2015-08-04
MRI设备
一、MRI发展历史
• 磁共振成像概述
一种生物磁自旋成像技术，利用原子核（氢核）自旋 运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号， 用探测器（接收线圈）检测并输入计算机，经过处理转换 在屏幕上显示图像。 英文简称MRI(magnetic resonance imaging )
二、MRI主要硬件 主磁体
• 主磁体是MRI 仪最基本的构件，是产生磁场的装 置，主要作用是产生稳定均匀的静磁场使组织产 生磁化。根据磁场产生的方式可将主磁体分为永 磁型和电磁型，根据导线材料不同又可将电磁型 主磁体分为常导磁体和超导磁体。 （一）常导型磁体 （二）永磁型磁体 （三）超导型磁体
梯度系统