磁共振成像基本原理解读之四：关于射频脉冲的故事（中）
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。
第四章 核磁共振成像技术ppt课件
面，并与自旋角动量L的方向重 合。核磁矩μ与自旋角动量L成正
比，即： L （4-12）
为核的磁旋比，是核的特征常数，与
核的运动无关。
不同的原子核有不同的γ值，据推导，磁旋比以公式（4-13）
计算：
e 2mpc
gN
（4-13）
式中，e是质子电荷，数值与电子电荷相同；mP是质子 的质量；c是光速；gN是核的朗特因子。 原子核磁矩的绝对值：
原子的质量=原子核的质量+核外电子质量-电子结合能 原子的质量≈原子核的质量
通常用用符号
A Z
X
表示质量数为A，电荷数为Z的原子核。
同位素：具有相同质子数Z的核素。 例如：11H, 21H, 31H
同量异位素：具有相同质量数A的核素。 例如：1480Ar, 2430Ca
•同核异能素：Z、N都相同，但能量状态不同的核素。
图4－2 陀螺的进动
陀螺产生进动现象的原因：
陀螺产生进动现象是因其自转时角动量L始终受到 一个与L垂直的重力矩 Mrmg ，M g ，Mr ，因此M 作用下，dLL ，于是L的方向连续改变，L的矢端就绕 OZ为中心轴做圆周运动。也即OZ`轴绕OZ转动，即出 现了陀螺的进动现象。
它是自转角动量L受力矩M作用而产生的。L的矢端在水平
那P在胶片上的像点位
置就始终不变，同一剖
面另一像点R的位置始终 处于胶片左端1/5长度的 位置，但不在此剖面的Q
点，在胶片上的像点却 占据从胶片的右端到左
端的位置上，即Q的像点 比P像点模糊得多，这样 就可在胶片上获得PR剖
面的清晰断面影像
常规X线断层摄影原理图
原理（直线式）： 两支点在同一剖面上
磁共振成像基本原理及读片 ppt课件
技术： PET或PET-CT、MR、CT、光学成像（生物发光、荧光）
信息放射学系统（ radiology information system)
全新的医学影像学在医学领域的应用包括：
梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特 定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象
信号接收装置：各种线圈 计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等
磁共振成像的过程
人体内的H核子可看作
是自旋状态下的小星球。
自然状态下， H核进动 杂乱无章，磁性相互抵消
进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互 抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础
发射型计算断（体）层摄影（Emission computed Tomography， ECT ）
正电子发射型计算断（体）层摄影（PositronEmission computed Tomography, PET ） 单光子发射型计算断（体）层摄影 （ Singlephoton Emission computed Tomography, SPECT ）
tomography,ECT） 20 世 纪 90 年 代 正 电 子 发 射 体 层 成 像 （ positron emission
tomography,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
当今的医学影像学内容包括：
传统X线诊断学
透视 照相 （普通Ｘ摄影、体层摄影） 造影
核磁共振工作原理和成像过程
核磁共振工作原理和成像过程核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，通过利用核磁共振现象来获取人体内部的结构和功能信息。
它的工作原理和成像过程是如何实现的呢？让我们来了解一下核磁共振的工作原理。
核磁共振是指通过外加磁场和射频脉冲，使样品中的原子核进入共振状态并发出特定的信号。
在MRI中，主要利用的是氢原子核的核磁共振。
当人体置于强大的静态磁场中时，人体组织中的氢原子核会被这个磁场对齐。
接下来，医生会向被测体内部发送一系列的射频脉冲。
这些脉冲的频率与磁场强度有关，以使得氢原子核进入共振状态。
当射频脉冲停止时，氢原子核会逐渐恢复到原来的状态，并发出特定的信号。
这些信号会被接收器捕获并转化为电信号。
然后，电信号会经过处理和分析，通过计算机算法转化为图像。
根据氢原子核的密度和旋转速率，我们可以得到不同组织的对比度。
例如，脂肪组织和肌肉组织在信号强度上有所不同，从而可以在图像中区分开来。
在成像过程中，患者需要躺在一个具有强大磁场的MRI机中。
由于MRI机的磁场强度非常高，所以患者在进入机器之前需要脱掉身上的金属物品，以免受到磁场的干扰。
当患者躺好后，MRI机会开始发出射频脉冲，并通过接收器捕获信号。
整个过程通常需要几分钟到几十分钟不等，具体时间取决于所需的图像数量和分辨率。
通过核磁共振成像，医生可以观察到人体内部的各种结构，如脑部、胸腔、腹腔、骨骼等，从而帮助诊断疾病或了解人体器官的功能情况。
与传统的X光检查相比，MRI具有无辐射、高分辨率和多方向成像等优势。
总结起来，核磁共振成像是一种基于核磁共振现象的医学影像技术，通过利用氢原子核的共振信号来获取人体内部结构和功能信息。
它的工作原理是通过外加磁场和射频脉冲使氢原子核进入共振状态，并通过接收器捕获和分析信号，最终生成图像。
这项技术在医学诊断中发挥着重要的作用，为医生提供了有关人体健康状况的重要信息。
第四章 磁共振成像
4、MRI应用于医学的优势
• 利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水 平提供诊断信息；
• 任意截面成像； • 软组织图象更出色； • 不受骨伪影的影响； • 无电离辐射,一定条件下可进行介入MRI治 疗
5、MRI的局限性
•成像速度慢（相对于X-CT而言） •对钙化灶和骨皮质灶不敏感
•图像易受多种伪影影响
电子的自旋运动
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核的自旋磁矩
自旋(spin)存在的起源是核内的核子 都具有固有的角动量和轨道运动角动量， 它们的矢量和就是核的自旋角动量(spin angular momentum)。按量子力学，核自 旋LI是量子化的，只能取一系列不连续 值。
核自旋量子数I只能取整数和半整数。LI大小取决 于I值，不同的核，I值不同。
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2003 Nobel Prize in Physiology or Medicine
Lauterbur, 1929
Mansfied 1933
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•1978年 英国取得了第一幅人体头部的磁共 振图像。 •1980年 第一幅人体胸腹部MR图像产生 ， 磁共振设备商品化。 •1982年底 全世界有2000名病例接受MRI检 查。
•禁忌症：心脏起搏器及铁磁性植入者等 •定量诊断困难
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6、MRI的发展目的、方向及热点
发展目的：
•缩短成像时间
•提高图像质量 •降低成像费用
•更舒适、人性化的受检环境
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发展方向：
•原理方面：开发研究新的成像参数，温 度、压强、导电率、粘滞度、弹性等。
•软件方面：开发新的脉冲序列。 •硬件方面：高温超导材料研究、高灵敏 线圈研发等。 •应用技术方面：血管造影技术、心脏电 影、介入MRI治疗、增强剂技术等 。
磁共振的原理与结构
射频（RF）线圈
射频线圈的敏感容积越小，则信噪比越高； 线圈与人体检查部位的距离越近，则信号越 强，信噪比越高。这两者直接决定着图像的 质量，所以需根据人体各个部位的不同形状、 大小，制成不同尺寸和类型的线圈，以取得 最佳图像质量。 射频线圈主要有两类： 1、体积线圈：大容积，如头线圈、体线圈 2、表面线圈：小容积，如乳腺线圈等
(二)外磁场对原子核自旋的影响
在一定温度和磁场条件下，自旋质子 就产生了一个沿外磁场方向的宏观磁矩， 这样当原子核围绕自己的轴作自旋运动 时，外加磁场又会产生一个旋力臂作用 于自旋质子的磁矩上，使得质子旋进于 一个锥形的磁矩轴上，称为拉莫进动。Biblioteka (二)外磁场对原子核自旋的影响
质子进动的速度用 进动频率来衡量，也 就是质子每秒进动的 次数，进动频率与外 加磁场的强度成正比， 场强越高，进动频率 越高。
2、磁体类型
GE Signa CV/i 1.5T 超导型MR机
2、磁体类型
匀场线圈：
任何磁体都不会产生绝对均匀的磁 场，所以还要加上一组匀场线圈，一 般由铌钛合金制成，置于磁体中心， 梯度线圈外,在安装时由工程师设定调 整，可将磁场均匀性提高100倍以上。
MRI扫描机基本结构示意图
MRI扫描机
1、磁屏蔽 2、射频屏蔽 3、操作控制台 4、检查床 5、高压注射器
四、磁共振图像
腹主动脉MRA三维重建图像
四、磁共振图像
动静脉畸形（AVM）MRA三维重建图像
四、磁共振图像
磁共振脑功能成像
四、磁共振图像
磁共振脑功能成像
四、磁共振图像
冠状位心脏MR图像
四、磁共振图像
心脏MR图像
四、磁共振图像
（三〕电磁感应现象
磁共振基本原理及读片PPT
组织结构变化
观察组织结构的变化，如 肿瘤的浸润、扩散和转移 等。
血流动力学改变
分析血流动力学参数，如 血流速度、血流量和血管 通透性等，以判断病变的 性质和程度。
功能代谢变化
利用磁共振波谱分析等方 法，检测组织的功能代谢 变化，如能量代谢、氧化 还原状态等。
多模态影像融合分析
融合方法
将磁共振图像与其他影像学检查 （如CT、超声等）进行融合，以
共振信号
共振信号是磁共振成像的基础，当射频脉冲停止后，原子核 会释放出共振信号，通过接收这些信号，可以获得物体的内 部结构信息。
磁共振成像原理
磁共振成像
磁共振成像是一种基于磁共振现象的医学影像技术，通过外加磁场和射频脉冲使 人体内的氢原子核发生能级跃迁，然后接收这些原子核返回的共振信号并重建图 像。
磁共振检查技术
常规磁共振检查
01
02
03
原理
利用强磁场和射频脉冲使 人体组织中的氢原子核发 生共振，通过测量共振信 号来获取图像。
应用
主要用于检测病变、肿瘤 、炎症等。
优势
无电离辐射，对软组织分 辨率高。
功能磁共振成像
原理
利用磁场变化检测血流动力学反 应，反映器官或组织的生理功能
。
应用
主要用于脑功能研究、肿瘤诊断等 。
详细描述
磁共振成像技术能够清晰地显示人体解剖结构，包括脑组织、脊髓、肌肉、骨 骼等，为医生提供丰富的诊断信息。在读片过程中，医生需要熟悉各组织器官 的正常形态和位置，以便准确判断是否存在异常。
病理征象分析
总结词
病理征象是疾病在磁共振图像上的表现，通过分析这些征象可以推断病变的性质和程度 。
详细描述
扩散加权成像（DWI）有助于评估肿 瘤的恶性程度和预后。
磁共振成像原理ppt课件
间。4-5倍T2值时间完全消失。 • T2弛豫时间内氢质子将吸收的RF能量以电磁波形式的信
号释放出来（FID）。
横向弛豫
影响T2因素
• 主磁场T2弛豫时间比 T1 要短许多。人体组织中T2 值 的范围大约在 50-100 ms之间。（脑脊液较为特殊，具 有 2000 ms 的 T2 值）。 在含水多的组织中也有较长 的 T2 弛豫时间（如：炎症，水肿，恶性肿瘤等）。
Lauterbur Mansfield
• 1973年，纽约州立大学 Lauterbur 首先提出了利用磁共振成像技术。
• 1977年，Mansfield提出了快速成像方法。（Lauterbur和Mansfield因上 述贡献分享了 2003 年度Nobel 生理医学奖）
• 1992年，BELL实验室的Ogawa提出了BOLD fMRI技术，开启了功能磁共振研 究领域
K空间和图像域关系
FFT
K-空间对图像的影响
K--空间特点：远离中心线的上下方为高空间频率，其决 定图像的空间分辨率；在中心线的低空间频率则决定图像 的对比度。
K空间中边心 缘部
决决定定图图像像的的对分比辨和率总和体细质节量！！
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/13
最流行成像方法磁共振优缺点优点?软组织对比度好?多参数成像?任意方位断层?时空分辨率较高?安全无辐射?不使用对比剂?全身成像?提供结构代谢信息缺点?运动敏感?对水的浓度要求高?有禁忌症多参数成像任意方位成像高对比成像详尽解剖信息全身成像多模态成像structureimagedtiboldfmrimrscerebrovascular产业状态?三大跨国公司gesiemensphilipus?国内公司上海联影苏州朗润??人才需求高校公司医院国家医疗器械检测单位出国磁共振历史?1946年美国加州斯坦福大学的bloch和麻省哈佛大学的purcell分别发现了物质的核磁共振现象
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磁共振成像基本原理解读之四：关于射频脉冲的故事（中）
序言
上一讲里我们谈及了有关射频脉冲的几个基本概念如射频脉冲的安全性问题包括电磁辐射与电离辐射的区分、SAR值问题以及射频脉冲的穿透问题。
今天我们换一个角度来了解有关射频脉冲的基本概念。
有关射频脉冲的故事（中）来自天师论道00:0001:56
射频脉冲的分类
根据射频脉冲在一个扫描序列中所发挥的作用我们可以把射频脉冲分类为：
1、射频激励脉冲
2、翻转脉冲
3、聚焦脉冲；
从射频脉冲的波形状来分可以分为：
1、矩形脉冲
2、SINC脉冲
3、SLR脉冲
4、可变脉冲；
从射频脉冲的频率选择属性又可分为频率相关脉冲如：
1、复合脉冲
2、磁化传递脉冲
3、频率选择脉冲；
从射频脉冲的空间选择属性又可分为：
1、多维脉冲
2、斜坡脉冲
3、空间饱和脉冲
4、空间频率脉冲；
考虑到射频脉冲的均匀性属性又区分为：
1、绝热脉冲
2、非绝热脉冲
这里面我们根据射频脉冲的临床性能又可衍生出:硬脉冲、软脉冲等等。
本分享中想从和我们日常磁共振成像最相关的几个方面简单分享几个重要的射频脉冲属性。
看了这些脉冲大家一定脑袋都大了。
我这里想从功能上帮大家提炼一下和咱们工作相关的有些概念。
有关激励脉冲
在磁共振成像过程中首先需要一种能量激发人体内氢质子共振，这个过程其实就是使原本顺磁场方向排列处于低能级的那部分质子吸收射频脉冲的能量转变为逆磁场方向排列处于高能级。
为了实现这个能量传递过程就需要发射激励脉冲且该激励脉冲的频率必须满足氢质子的进动频率。
在激励脉冲作用下，从微观上看就是处于低能级的氢质子跃迁高能级；而从相对宏观的效果看就是原本处于纵向的宏观磁化矢量以不同的角度向横向倾斜，这个倾斜的角度就是我们所说的翻转角。
根据翻转角的不同我们可以分为90°射频激励或小于90°的小角度射频激励。
尽管90°射频激励常用于自旋回波序列而小于90°的射频激励（小角度激发）常用于梯度回波序列，但是这个不是区分自旋回波和梯度回波的最重要因素。
有时候自旋回波也可以用小角度激发（如75°）；而梯度回波序列有时也可以用90°激发。
硬脉冲和软脉冲
根据激励脉冲的层面轮廓我们常常可以听到硬脉冲和软脉冲的说
法。
硬脉冲就是射频脉冲形状分类中的矩形脉冲，这种脉冲的持续时间短且激发过程中射频脉冲的幅度不变，所以其脉冲本身的包络（我觉得就是脉冲形状）呈矩形。
这种矩形脉冲的特点是激发范围大，层面选定不精准，因此被称为硬脉冲。
硬脉冲简单理解就是缺乏精确层面或块选择的激励脉冲，该脉冲的最大特点是脉冲持续时间短，通常用于3D容积激发。
因为激发范围大，所以通常会导致层面间卷褶伪影，一般重建过程中会删除两侧的具有卷褶伪影的层面。
与硬脉冲相对应的就是软脉冲。
软脉冲从波形上看属于SINC脉冲或SLR脉冲，具有这种波形的脉冲经过傅里叶变换后具有更精确的层面轮廓。
在我们日常磁共振成像过程中理论上2D扫描应该采用SINC脉冲这一类的软脉冲。
SINC脉冲理论上是在一个主叶两旁有无数个细小旁叶，两侧的旁叶越多经过傅里叶变换后层面轮廓越接近矩形。
但实际工作中不可能采用无限个旁小叶，因为这要求RF激励脉冲的持续时间无限长。
通常的做法是我们在主叶旁仅保留几个旁小叶，保留的小叶越多层面轮廓越精准；而保留的小叶越少则层面轮廓越不精准。
了解这个事实后大家就可以想象一下：假定我们在扫描界面上设定的扫描层厚是5个毫米，但是因为射频脉冲的精度没有那么高，实际上激发的层厚可能会到6个毫米，所以如果我们假设不在两层之间给个间隔就会导致部分组织被重复激励而导致层面信噪比下降。
了解硬脉冲和软脉冲的概念对我们实际的临床工作还是非常有必要的，至少它能帮助我们理解很多现象的背后本质是什么？
大家知道在3.0T磁共振上水脂化学位移成像第一个反相位时间是1.1ms,第一个同相位时间是2.2ms。
这给2D化学位移双回波成像带来很大困难，因为如果要保证具有更精准的层面轮廓就需要采用更长的RF脉冲激发时间（或者说保留更多的旁小叶），这样很可能就抓不到第一个反相位时间。
如果为了能够抓到第一个反相位时间，我们可以以牺牲层面轮廓精准度为代价通过减少旁小叶而实现更短的RF激发时
间。
据笔者了解，有些公司2D的化学位移双回波成像的实际层厚与标称层厚就有很大误差。
磁化传递脉冲
在射频激励过程中只有那部分被激励的氢质子才能参与磁共振成像。
前面我们反复提及只有射频脉冲的频率符合氢质子的进动频率即拉莫尔频率才能实现能量传递并发生共振。
在人体组织内氢质子可以有两种存在状态：一种是可以理解为“可移动的、自由的、液态池”中的氢质子；而另一种可以理解为“运动受限的、半固态的、大分子池”中的氢质子。
所谓大分子池中的氢质子比较常见的就是存在于蛋白质等大分子中的那些氢质子。
有个有趣的现象希望大家记住：一种物质的T2越短，其共振频率谱范围就越宽；而一种物质的运动度越大则其共振频率谱就越窄，这种现象被称之为“运动缩频”。
磁化传递脉冲其实就是利用的这个现象。
因为蛋白质等大分子池中氢质子的具有极短T2，因此其共振频率谱远远大于可以自由移动的那部分氢质子。
我们人为施加一个远离拉莫尔频率的射频脉冲，这样对于液态池中的氢质子影响几乎为零，但对于大分子池中的氢质子所受影响就很大，其中一部分氢质子因为频率匹配而吸收了射频脉冲的能量而饱和。
我们把这种远离中心频率的偏离共振频率的脉冲称之为磁化传递脉冲。
这种被磁化传递脉冲饱和的大分子池中氢质子和那些未受磁化传
递效应影响的液态池中的氢质子，随着时间推移发生能量交换（这种现象称为磁化交换），但不是所有的液态池中的氢质子都会和大分子池中氢质子发生磁化交换比如：血液、脑脊液、皮下脂肪中的质子几乎不发生磁化交换，而其他组织如脑白质、软骨、肌肉以及肝实质表现出比较明显的磁化交换，因此这些组织可以表现出比较明显的磁化传递效应影响。
在实际工作中用到磁化传递效应的最常用的检查就是头部的3D TOF成像，通过施加磁化传递脉冲可以实现更彻底的背景抑制而提高小血管的显示能力。
磁化传递脉冲因为可以导致背景信号抑制，所以在三叉神经扫描过程中建议不采用磁化传递脉冲，否则不利于显示神经结构。
有关磁化传递脉冲请大家记住这个关系：一种组织的共振频率谱的半高全宽正比与组织的T2成反比，T2越短，FWHM越宽。
小结一下：今天重点和大家分享了硬脉冲、软脉冲及磁化传递脉冲等基本概念。
我们在日常工作中学习射频脉冲这些概念还是要紧密结合临床工作，在抽象中有具体，在具体中有抽象，这样会让我们的原理学习更加落地而且实用。
好，有关射频脉冲今天先聊到这里。