最新(医学影像物理学)14磁化强度矢量
大学物理磁场磁感强度
• 引言 • 磁场与磁感强度的基本概念 • 磁感强度的性质 • 磁感强度的计算方法 • 磁感强度与物质相互作用 • 磁感强度在实际中的应用 • 总结与展望
01
引言
主题简介
磁感强度是描述磁场强弱和方向 的物理量，其大小表示单位长度 上磁场力的大小，方向与磁场力
方向相同。
磁感强度是矢量，具有大小和方 向两个分量，分别表示垂直分量
电磁感应
当磁场发生变化时，会在导体中产生 电动势，从而产生电流，这种现象称 为电磁感应。
磁场对磁体的作用
磁体间的相互作用
磁体之间会通过磁场相互作用，同极相斥、异极相吸。
磁体的磁化
当磁体被放置在磁场中时，磁体的磁矩会受到磁场的作用而发生排列，这种现 象称为磁化。
06
磁感强度在实际中的应用
电磁感应现象
磁共振成像技术基于原子核的磁矩在磁场中的共振现象。当外加磁场与原子核的磁矩平 行时，原子核的磁矩会吸收特定频率的射频脉冲，产生共振。通过测量共振信号的强度 和频率，可以重建生物组织的结构和功能图像。磁共振成像技术在医学诊断、科学研究
等领域具有广泛的应用价值。
07
总结与展望
总结
01
定义与性质
磁感强度是描述磁场强弱和方向的物理量，具有矢量属性。它的定义基
磁偶极子产生的磁场
总结词
磁偶极子产生的磁场是指一个小的磁铁在空间中产生 的磁场分布。
详细描述
磁偶极子产生的磁场是指一个小的磁铁在空间中产生的 磁场分布。磁偶极子的磁感强度B可由公式$mathbf{B} = frac{mu_0}{4pi} left( frac{mathbf{m} times mathbf{r}}{|mathbf{r}|^3} - frac{3(mathbf{m} cdot mathbf{r}) mathbf{r}}{|mathbf{r}|^5} right)$计算得 出，其中$mathbf{m}$是磁偶极子的磁矩， $mathbf{r}$是空间中某点到磁偶极子的向量。
15磁介质的磁化磁化强度矢量.ppt
fL
综上所述：不论电子的轨道磁矩方 向如何，附加磁场总与外场反向，
i
B0
同理，分子电流可等效成 磁介质表面的磁化电流 Is， Is产 生附加磁场。 ⊕ B0
等效
B
B pm
e
f核
B0
i
Is
B pm
7
v
e
fL
明确几点： ①.抗磁性是一切磁介质固有的特性，它不仅存在于 抗磁介质中，也存在于顺磁介质中； ②.对于顺磁介质分子磁矩 >电子附加磁矩，顺磁效应 P > 抗磁效应 P ； m m
B B B B 0 0如铝、锰、铬等。
②抗磁介质 与 B 抗磁介质中产生的附加磁场 B B0 方向相反，磁介质中的场 外场 要比外场 小。 B0
B B
B0
2
B B B B 0 0
如金属金、银、铜等。 ③铁磁介质 铁磁介质中产生的附加磁场 与 B B0 方向相同，但磁介质中的场 外场 B B0 大，是外场的几百倍 要远比外场 到几万倍。
5
磁化电流 Is 可产生附加磁场，但无热效应，因为无 宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可 引出，因此，磁化电流也称为束缚电流。 2.抗磁质的磁化机制 B0 对抗磁介质来说，无外磁场时， 各电子的磁矩矢量和为 0，分子磁 v P 0 矩 ,分子不显磁性。 m f核 fL 加外磁场后，电子受的向心力 e 为核力和洛仑兹力的叠加， i
B B
B0
B B B B 0 0
B B
B0
如金属钢、铁、钴、镍等。
2.磁介质的磁化机制 类似电介质的讨论，从物 质电结构来说明磁性的起源。
15-17磁介质的磁化磁化强度矢量
∑
抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用， ③.抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用，显抗磁性。 抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用 显抗磁性。 r r
∑P
m
= 0, ∆Pm ≠ 0
顺磁质 在外场中
抗磁质 在外场中
8
二、磁化强度
表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度的物理量。 表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度的物理量。 1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和。 定义： 定义 单位体积内分子磁矩的矢量和。 r
r r r r B = B0 + B′ > B0
r r r r f心 = f核 + f L > f 核
ω
B′ r
i
∆pm
r 产生反向电子附加磁矩 ∆pm
r B′
6
r r r r f心 = f核 + f L < f核
ω
i
r B0
ω
r r v f核
r 产生反向电子附加磁矩 ∆pm r B′
综上所述：不论电子的轨道磁矩方 综上所述： 向如何，附加磁场总与外场反向， 向如何，附加磁场总与外场反向， 同理，分子电流可等效成磁 同理， 介质表面的磁化电流 Is， Is产生 附加磁场。 附加磁场。 r r ⊕ B0 等效 Is
∑
4
有外磁场时 有外磁场时，这些分子固有磁 矩就要受到磁场的力矩作用， 矩就要受到磁场的力矩作用， 力矩的方向力图使分子磁矩的方 力矩的方向力图使分子磁矩的方 向沿外场转向。 向沿外场转向。各分子磁矩都在一定 程度上沿外磁场方向排列起来. 程度上沿外磁场方向排列起来 r 分子磁矩的矢量和: 分子磁矩的矢量和
，
µ0
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r r r r r r B = µ 0 ( H + M ) = µ 0 ( H + χ m H ) = µ 0 (1 + χ m ) H r = µ 0 µ r H µ r = 1 + χ m相对磁导率。 相对磁导率。 r r 电介质中 r µ = µ 0 µ r 为磁导率 = µH
磁学中的磁场强度与磁感应强度
磁学中的磁场强度与磁感应强度磁学是物理学中的一个重要分支，研究磁场及其相关现象。
在磁学中，磁场强度和磁感应强度是两个核心概念。
本文将对这两个概念进行阐述，并探讨它们之间的关系。
一、磁场强度磁场强度是一个描述磁场强弱的物理量。
简单来说，磁场强度代表了磁场对单位长度磁极的力的作用程度。
其单位为安培/米（A/m）。
在物理学中，通常用字母H表示磁场强度。
磁场强度的大小与导线中电流的大小有关。
根据安培定律，电流通过导线时，会在导线周围形成一个磁场。
磁场强度的大小与导线中的电流成正比，即磁场强度随着电流的增大而增大。
此外，磁场强度的大小还与距离导线的距离有关。
与电场不同，磁场在空间中呈现出“环绕”的特性，即无论离导线多远，都存在磁场。
但是，距离导线越近，磁场的强度越大。
二、磁感应强度磁感应强度是描述磁场对物质磁化程度的物理量。
简单来说，磁感应强度代表了磁场对单位面积的力的作用程度。
其单位为特斯拉（T）。
在物理学中，通常用字母B表示磁感应强度。
磁感应强度的大小与物质的磁化程度有关。
当物质被放置在磁场中时，会发生磁化现象，即物质内部的微观磁偶极子被调整，使得物质自身也产生一个磁场。
磁感应强度的大小与物质的磁化程度成正比，即磁感应强度随着物质磁化程度的增大而增大。
类似于磁场强度，磁感应强度的大小也与距离磁源的距离有关。
距离磁源越近，磁感应强度越大。
三、磁场强度与磁感应强度的关系磁场强度和磁感应强度是两个相关的概念，在某些情况下可以相互转化。
根据安培定律，磁场强度与导线中的电流成正比。
而根据法拉第电磁感应定律，磁感应强度与导线中的变化磁通量成正比。
通过这两个定律可以得出一个重要的结论：对于导线中的电流和变化磁通量相同的情况下，磁场强度和磁感应强度是相等的。
具体来说，当电流为1安培时，在导线周围的空间中的磁场强度和磁感应强度都为1特斯拉。
当电流增大到2安培时，磁场强度和磁感应强度都增大到2特斯拉。
需要注意的是，磁场强度和磁感应强度的方向一般不同。
医学影像物理学重点-2024鲜版
核磁共振成像设备结构组成及工作原理
设备结构组成
主要包括磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统以及患者 承载系统等部分。
2024/3/27
工作原理
通过强大的磁场和射频脉冲作用于人体组织，利用不同组织 间弛豫时间的差异形成对比度，从而得到人体内部结构的图 像。
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不同类型核磁共振成像技术比较
自旋回波序列（SE）
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环境因素控制
保持室内恒定的照明、温度和湿度条件，减 少外部干扰。
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2024/3/27
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2024/3/27
谢谢聆听
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辅助治疗方案制定
通过对病灶的精确定位和定量分析，医学影像物理学有 助于医生制定个性化的治疗方案。
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促进医学研究与教育
医学影像物理学不仅为医学研究提供了重要的技术手段 ，同时也为医学教育提供了丰富的教学资源。
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相关学科交叉与融合
与医学影像学关系
医学影像物理学是医学影像学的基础 学科，为其提供理论和技术支持。
扩散加权成像（DWI）
通过测量水分子的扩散运动来反映组织微观结构的变化 ，常用于脑梗死等疾病的早期诊断。
磁共振血管成像（MRA）
利用流动血液与静止组织之间的信号差异来显示血管结 构，无需注射造影剂即可实现无创性血管检查。
磁共振水成像（MRH）
利用重T2加权技术使含水器官和组织呈现高信号，从 而清晰显示其形态和结构。
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超声成像技术
2024/3/27
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超声波产生及传播特性
超声波产生
利用压电效应或磁致伸缩效应，将电能转换为机械能，产生超声波。
超声波传播特性
核磁原理
核磁共振原理对于角动量I (或J )不等于零的粒子, 和它相联系的有共线取向的磁矩μ ,I γμ =, γ称为粒子的回磁比。
由这样的粒子构成的量子力学体系，在外磁场0B 中，能级将发生塞曼分裂，不同磁量子数m 所对应的状态，其磁矩μ 处的空间取向不同，与外磁场0B 之间有不同的夹角，并以角频率00B γω=绕外场0B 进动。
能级附加能量为0m B )I μ(E =，相邻能级1)m (Δ±=之间的能量差为0B I)μ(ΔE =。
若在垂直于0B 的平面上，加上一个角频率为ω的交变磁场，当其角频率满足ωΔE =，即ω与粒子绕外场0B 进动的角频率0ω相等时， 粒子在相邻塞曼能级之间将发生磁偶极跃迁，磁偶极跃迁的选择定则是1m ±=∆,这种现象称为磁共振。
当考虑的对象是原子核（如H 1,Li 7,F 10等）时，称为核磁共振（Naclear Magnefic Resonance 缩写为NMR ）；对于电子称为电子顺磁共振（或电子自旋共振）。
由于磁共振发生在射频(核磁共振)和微波(电子顺磁共振)范围，磁共振已成为波谱学的重要组成部分。
由磁共振时0B 和0ω之间的关系可精确测定粒子的回磁比γ，它是研究粒子内部结构的重要参数。
1946年，美国Stanford 大学的Bloch 和Hanson 与Harvard 大学的Purcell 和Pound 分别采用射频技术进行了核磁共振实验。
由于这一发现。
这几位科学家获得了1952年的诺贝尔奖金。
近年来，随着科学技术的发展，核磁共振技术在物理、化学、生物、医学等方面得到了广泛的应用。
它不但能用于测定核磁矩，研究核结构。
也可以用于分子结构的分析，另外，利用核磁共振对磁场进行测量和分析也是目前公认的标准方法。
如今，在研究物质的微观结构方面形成了一个科学分支——核磁共振波谱学。
核磁共振成像技术已成为检查人体病变方面有利的武器。
它的应用必将进一步发展。
一、 【实验目的】1、 通过调试观察核磁共振现象，了解和掌握稳态核磁共振现象的原理和实验方法。
wld医学影像物理简答
1-2 影响X 射线管有效焦点大小的因素有哪些？答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。
1-6 影响X 射线能谱的因素有哪些？答：电子轰击阳极靶产生的X 射线能谱的形状（归一化后）主要由管电压、靶倾角和固有滤过决定。
当然，通过附加滤过也可改变X 射线能谱的形状。
1-13 X 射线在物质中的衰减规律xe I I μ-=0的适用条件是什么？答：x e I I μ-=0的适用条件是：单能、窄束、均匀物质。
1-14 为什么选钨作为靶材料？答：（1）钨的原子序数较高，使其产生X 射线的效率高和产生高能射线；（2）钨的热传导性几乎和铜完全相同，是一种有效的散热金属；（3）钨具有很高的熔点3000多度。
能承受较大的电流。
2-7 客观对比度、图像对比度与成像系统的对比度分辨力三者之间存在怎样的关系？答：对比度就是有差异的程度。
客体对比度即物体本身的物理对比度，有构成被检者组织器官的密度，原子序数和厚度差异形成。
图像对比度是在可见图像中出现的对比度。
在一幅图像中，对比度的形成可以表现为不同灰度梯度，光密度或颜色，对比度是图像的基本特征。
人体内的某一组织要形成可见的图像，至少它与周围组织相比要有足够的客体对比度。
某一些组织要形成可见图像，它对客体对比度的需求取决于成像方法和成像系统的特征。
2-18 普通X 射线摄影像与X-CT 图像最大不同之处是什么?答：普通X 射线摄影像是重叠的模拟像，而X-CT 图像是数字化的断层图像。
2-19 何谓体层或断层? 何谓体素和像素? 在重建中二者有什么关系?答：体层或断层是指在人体上欲重建CT 像的薄层。
体素是人体中欲重建CT 像断层上的小体积元，是人为划分的，是采集（或获取）成像参数（衰减系数值）的最小体积元（实际中是扫描野进行划分）；像素是构成图像的最小单元，是人为在重建平面上划分的，其数值是构成CT 图像数据的最小单元。
要注意的是CT 图像的像素和工业上的像素不是同一个概念。
医学影像技术学名词解释
X线片的密度：胶片中的感光乳剂在光作用下致黑的程度称为照片密度。
密度分辨率（CT）：低对比度的情况下，图像对两种组织间最小密度差别的分辨能力。
空间分辨率：高对比度的情况下，密度分辨率大于10%时图像对组织结构空间大小的鉴别能力。
康普顿效应：入射光子与原子外层轨道电子相互作用，光子将部分能量传递给电子，电子获得能量后摆脱原子核的束缚，从原子中射出，而入射光子损失一部分能量后改变了频率和方向后散射了出去，这种过程称为康普顿效应。
X线强度：单位时间内，垂直于X线传播方向的单位面积上通过的光子数目和能量总和。
IP板：是CR关键元件，是信息记录，实现模数转换的载体，代替传统的屏-片系统。
滤线栅的栅比：铅条高度和铅条之间间隔的比值，值越大，吸收散射线越好。
静脉肾盂造影（IVP）：静脉注射造影剂，经过肾脏排泄至尿路使其显影，病人痛苦小，适合结石，结核，肿瘤，先天性畸形等。
mask像（DSA）：不含对比剂的，在打入对比剂之前的摄片。
重复时间（TR）：从第一个RF激励脉冲出现到下一个周期同样激励脉冲出现经历的时间。
回波时间（TE）：从第一个RF激励脉冲开始到采集回拨信号之间的时间。
反转时间（TI）：指施加180度反转脉冲使磁化矢量反转到负Z轴方向到施加90度激励脉冲中间的时间段。
减影：通过计算机把血管影像上的骨与软组织影像消除而凸出血管的技术。
注射流率：单位时间内经导管注入对比剂的量。
T1加权像： SE序列中，通过采用短TR短TE的办法得到的重在反映组织T1特征的图像。
T2加权像： SE序列中，通过采用长TR长TE的办法得到的重在反映组织T2特征的图像。
质子密度加权像： SE序列中，通过采用长TR短TE的办法得到的重在反应组织质子密度特征的图像。
纵向弛豫：高能态自旋将能量传到周围环境中的过程。
横向弛豫：自旋质子自身产生的磁场相互干扰导致的彼此相位一致性丧失。
静态显像：显像剂在脏器组织和病灶达到分布平衡时的显像。
动态显像：显像剂引入人体后，以一定的速度连续或间断地多幅成像，用以显示显像剂随血流流经或灌注的脏器，并被组织不断摄取与排泄在器官内反复充盈和射出的过程所造成的脏器内放射性在数量或位置上随时间发生的变化的显像。
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called nutation(章动).
围绕旋转磁场旋进造成的能量变化,由M偏转的角度体现.
偏转角/翻转角
影响偏转角度的因素:
• RF脉冲功率的大小 • RF脉冲的作用时间.
• 射频脉冲与旋转磁场/施加方向 • 在静止磁场与旋转磁场共同作用下的
章动 • 围绕旋转磁场旋进造成的能量变化
射频脉冲与旋转磁场
• 射频脉冲与旋转磁场的等效 • 旋转坐标系与其中的B1场
在静止磁场与旋转磁场共同作用 下的章动
Rf pulse bring a revolving magnetic field B1, M will rotate following B1 also.
Transverse relaxation
• Longitudinal relaxation The nuclei in parallel state become more and more with the release of energy. So in this direction the macro magnetic momentum recover gradually.
90ºPulse and 180ºPulse
• If the rf pulse make macro magnetic moment deflect 90º, we call this rf pulse 90ºpulse.
• If the rf pulse make macro magnetic moment deflect 180º, we call this rf pulse 180ºpulse.
(医学影像物理学)14磁化强度矢 量
磁化强度矢量
• 单位体积内的磁矩矢量之和
M0 : Number of parallel nuclei >Number of antiparallel nuclei
M0 i
M0, Macro magnetic moment µ, nuclear magnetic moment
Mz M0
Mxy 0
Radio Frequency Pulse
• Rf pulse is generated by an current pulse in the coil near the sample.
• The function of rf pulse correspond to the periodic force
• The frequency of rf pulse must equate to the frequency of procession of nuclei.
Resonance Absorption/激励
The electric magnetic wave will induces the nuclear magnetic moment from their lower energy to their higher energy state when get energy from outside in form of radio frequency. This process is called resonance absorption.
• Transverse relaxation When there is a B1, µlean to it, but B1 disappear, this tendency disappear too. The component of µin XY plate are dispersed in different directions.
• 关于翻转角的说明
resonance emission
When resonance absorption is ceased, Nuclear magnetic moments will come to their lower energy state from their higher energy. The energy gotten from outside will be released and returned to outside in form of electric –magnetic wave. This process is called resonance emission.
Relaxation Process
• After excitation by the rf pulse, the process that NMR recover to thermal equilibrium is called relaxation.
• Relaxation process is characterized by two time constants designated T1 and T2.
Condition of rf pulse
EgNB0
Ehv
vE/h gNB 0/h 2gN/h
2 πv2 πgNB 0/h B
• The energy absorption of nuclei is in form of quantum, just like photo-electron effect.
吸收RF能量达到不稳定状态的过程.
饱和现象
• 低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁 到高能级，如高能态核无法返回到低能 态，那末随着跃迁的不断进行，处于低 能态的1H核数目与处于高能态1H核数目 相等。上述这种现象称为饱和。
相干饱和与非相干饱励过程经典解释
• Macro magnetic moment M0 can be divided into vertical component and horizontal component, in these two direction, they are independent process.
Longitudinal relaxation and