磁共振成像原理課件

1、磁共振成像原理 第四章第四章 磁共振成像磁共振成像 磁共振成像原理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 nMRl(magnetic resonance imaging)是利用射頻(radio frequency，RF)電磁波對置于磁場中的含有自旋不為零的原子核的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)，用感應(yīng)線圈檢測技術(shù)獲得組織弛豫信息和質(zhì)子密度信息(采集共振信號)，通過圖像重建(數(shù)學(xué)方法)，形成磁共振圖像的方法和技術(shù)。 磁共振成像原理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n1946年，美國哈佛大學(xué)的E.Purcell及斯坦福大學(xué)的F.Bloch領(lǐng)導(dǎo)的兩個研究小組各

2、自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象，Purcell和Bloch兩人共同獲得1952年的諾貝爾物理獎。核磁共振主要用于磁共振波譜，研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。n1971年美國紐約州立大學(xué)的R.damadian用MRS儀對鼠的正常組織和癌變組織樣品研究發(fā)現(xiàn)，癌變組織T1、T2弛豫時間值比正常組織長。 磁共振成像原理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n1973年美國紐約州立大學(xué)的Lauterbur利用梯度磁場進(jìn)行空間定位，用兩個充水試管獲得了第一幅核磁共振圖像。n1974年1980年MRI得到不斷發(fā)展，研究出梯度選層方法、相位編碼成像方法、自旋回波成像方法以及二維傅里葉變換的成像方法。n1978年在英國取得了第一幅人體頭部的磁

3、共振圖像。同一年，又取得了人體的第一幅胸、腹部圖像。n1980年磁共振機(jī)開始應(yīng)用于臨床。 磁共振成像原理磁共振成像原理(一) MRI的特點(diǎn) n1. 以射頻脈沖作為成像的能量源以射頻脈沖作為成像的能量源 不使用電離輻射(X線)，對人體安全、無創(chuàng)；n2.具有較高的組織對比度和分辯力具有較高的組織對比度和分辯力 能清楚地顯示腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)、肌肉、肌健、脂肪等軟組織以及軟骨結(jié)構(gòu)，解剖結(jié)構(gòu)和病變形態(tài)顯示清楚、 逼真；n3. 多方位成像多方位成像 能對被檢查部位進(jìn)行軸、冠、矢狀位以及任何傾斜方位的層面成像，且不必變動病人體位，便于再現(xiàn)體內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)和病變的空間位置和相互關(guān)系； 磁共振成像原理(一) MRI的

4、特點(diǎn)n4. 多參數(shù)成像、多序列成像多參數(shù)成像、多序列成像 通過分別獲取T1加權(quán)像加權(quán)像(T1 weighted image，TlWI)；T2加權(quán)像加權(quán)像(T2 weighted image，T2WI)、質(zhì)子密度加權(quán)像、質(zhì)子密度加權(quán)像(proton density weighted ， PDWI)以及T2*WI、重T1WI、重T2WI，在影像上取得組織之間、組織與病變之間在T1、T2、T2*和PD上的信號對比，對顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變敏感；n5. 能進(jìn)行形態(tài)學(xué)研究、進(jìn)行功能、組織化學(xué)和生物化學(xué)方面的研究。可以對腦脊液和血液的流動作定量分析，提供一組有關(guān)流動的非形態(tài)學(xué)信息。n 磁共振成像原理 (二二)

5、 主主 要要 用用 途途n特別適合于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、頭頸部、肌肉關(guān)節(jié)系統(tǒng)以及心臟大血管系統(tǒng)的檢查，也適于縱隔、腹腔、盆腔實(shí)質(zhì)器官及乳腺的檢查。n中樞神經(jīng)系統(tǒng)，MRI已成為顱頸交界區(qū)、顱底、后顱窩及椎管內(nèi)病變的最佳檢查方式。n對于腦瘤、腦血管病、感染疾病、腦變性疾病和腦白質(zhì)病、顱腦先天發(fā)育異常等均具有極高的敏感性，在發(fā)現(xiàn)病變方面優(yōu)于CT；n對于脊髓病變?nèi)缒[瘤、脫髓鞘疾病、脊髓空洞癥、外傷、先天畸形等，為首選方法。磁共振成像原理(二二) 主主 要要 用用 途途n頭頸部，MRI的應(yīng)用大大改善了眼、鼻竇、鼻咽腔以及頸部軟組織病變的檢出、定位、定量與定性。n磁 共 振 血 管 成 像磁 共 振 血 管 成

6、 像 (magne ti c re sonanc e angiography，MRA)技術(shù)對顯示頭頸部血管狹窄、閉塞、畸形以及顱內(nèi)動脈具有重要價值。n在肌肉關(guān)節(jié)系統(tǒng)，已成為肌肉、肌腱、韌帶、軟骨病變影像檢查的主要手段之一。n電影MRI技術(shù)還可進(jìn)行關(guān)節(jié)功能檢查。 磁共振成像原理n心血管系統(tǒng)，使用心電門控和呼吸門控技術(shù)可對大血管病變?nèi)缰鲃用}瘤、主動脈夾層、大動脈炎、肺動脈塞以及大血管發(fā)育等進(jìn)行診斷，也用于診斷心肌、心包、心腔等病變。n縱隔、腹腔、盆腔，MRI的流動效應(yīng)，能在靜脈不注射對比劑情況下，直接對縱隔內(nèi)、肺門區(qū)以及大血管周圍實(shí)質(zhì)性腫塊與血管做出鑒別。n對縱隔腫塊、腹腔及盆腔器官，如肝、胰、脾

7、、腎、腎上腺、前列腺病變發(fā)現(xiàn)、診斷與鑒別診斷具有價值。nMRI軟組織極佳的分辨率，成為診斷乳腺病變有價值的方法。(二二) 主主 要要 用用 途途磁共振成像原理(三三) 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 nMRI檢查技術(shù)分為影像顯示影像顯示和生化代謝分析生化代謝分析 n影像顯示技術(shù)主要由脈沖序列、流動現(xiàn)象的補(bǔ)償技術(shù)、偽影補(bǔ)償技術(shù)和一系列特殊成像技術(shù)組成。n主要的特殊成像技術(shù)：主要的特殊成像技術(shù)：n1.磁共振血管成像 (magnetic resonance angiography，MRA)n2. 磁共振水成像 (magnetic resonance hydrography)磁共振成像原理(三三) 主主 要要

8、 內(nèi)內(nèi) 容容n3. 磁共振腦功能成像 (functional magnetic resonance，fMRI)n4. 化學(xué)位移成像(chemical shift imaging) n5.生化代謝分析技術(shù)：磁共振波譜分析生化代謝分析技術(shù)：磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)，用于提供組織化學(xué)成分的數(shù)據(jù)信息。磁共振成像原理 (四四)磁共振成像的局限性磁共振成像的局限性 n空間分辯力較低； n對帶有心臟起搏器或體內(nèi)帶有鐵磁性物質(zhì)的病人不能進(jìn)行檢查；危重癥病人不能進(jìn)行檢查；n對鈣化的顯示遠(yuǎn)不如CT，難以對病理性鈣化為特征的病變作診斷；n常規(guī)掃描信號采

9、集時間較長，使胸、腹檢查受到限制；n對質(zhì)子密度低的結(jié)構(gòu)，如肺、皮質(zhì)骨顯示不佳；n設(shè)備昂貴。磁共振成像原理第二節(jié)第二節(jié) MR現(xiàn)象的物理學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)象的物理學(xué)基礎(chǔ) n一、產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象的基本條件一、產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象的基本條件 n靜磁場中物質(zhì)的原子核受到一定頻率的電磁波作用，它們的能級之間發(fā)生共振躍遷，就是磁共振現(xiàn)象。n物質(zhì)吸收電磁波能量而躍遷后，又會釋放電磁能量恢復(fù)到初始狀態(tài)，如果用特殊裝置接受這部分能量信號，就采集到MR信號。 磁共振成像原理第二節(jié)第二節(jié) MR現(xiàn)象的物理學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)象的物理學(xué)基礎(chǔ)n產(chǎn)生MR信號三個基本條件：n能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核；n恒定的靜磁場（外磁場、主磁場）；n產(chǎn)生一定頻率電磁

10、波的交變磁場。因產(chǎn)生MR的電磁波在電磁波譜中位于長波的射頻無線電波波段，這個交變磁場稱為射頻磁場。n“核磁共振” 的“核”是指共振躍遷的原子核，“磁”是指主磁場和射頻磁場，“共振”是指當(dāng)射頻磁場的頻率與原子核進(jìn)動的頻率一致時原子核吸收能量，發(fā)生能級間的共振躍遷。 磁共振成像原理二、原子核的特性二、原子核的特性 n（一）原子核自旋和磁矩（一）原子核自旋和磁矩 n1. 原子核和電子云原子核和電子云n物質(zhì)由分子組成的，分子由原子組成。 原子由一個原子核及數(shù)目不同的電子組成。原子核又由帶有正電荷的質(zhì)子（proton）和不顯電性的中子組成，其中質(zhì)子與MRI有關(guān)。 n構(gòu)成水、脂肪、肌肉等生命物質(zhì)的原子(氫

11、、鈉或磷等)，原子的外層為原子殼，由不停運(yùn)動著的許多電子構(gòu)成(電子云)。中央是原子核，核上有電荷，圍繞原子核的軸線轉(zhuǎn)動，稱為“自旋”（spin） 。 磁共振成像原理原子核自旋磁共振成像原理2. 原子核結(jié)構(gòu)和自旋質(zhì)子原子核結(jié)構(gòu)和自旋質(zhì)子(氫質(zhì)子氫質(zhì)子)n原子核是由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成，其大小與質(zhì)量都不相同，如氫的同位素氕(1H)、氘(2H)、氚(3H)。n它們的核都有一個質(zhì)子，不同的是氘還有一個中子，氚有兩個中子。 n因為氕的核只有一個質(zhì)子，將它稱為氫質(zhì)子或質(zhì)子，質(zhì)子帶正電，并不停的旋轉(zhuǎn)著，又稱自旋質(zhì)子，是目前MR成像應(yīng)用最廣泛的原子核。磁共振成像原理自旋動畫磁共振成像原理3. 帶電的自旋質(zhì)

12、子群帶電的自旋質(zhì)子群n一群自旋著的質(zhì)子，顯示每個核內(nèi)周邊的電荷形成一個環(huán)形電流。這些環(huán)形電流的方向是雜亂無章的，這是自然狀態(tài)下的自旋核質(zhì)子群。n每一個環(huán)形電流周圍將產(chǎn)生電磁效應(yīng)，就是磁場。一個環(huán)形電流就好似一個小磁棒。n理論上任何原子核所含質(zhì)子或中子的為奇數(shù)時，具有磁性。磁共振成像原理自旋動畫磁共振成像原理3. 帶電的自旋質(zhì)子群帶電的自旋質(zhì)子群n通電的環(huán)形線圈周圍都有磁場存在，相當(dāng)于一塊磁鐵。所以轉(zhuǎn)動的質(zhì)子也相當(dāng)于一個小磁體，具有自身的南、北極及磁力，質(zhì)子自身具有磁性，在其周圍產(chǎn)生磁場，并具有自身磁矩。磁矩是矢量，具有方向和大小，磁矩的方向可有環(huán)形電流的法拉第右手定則確定，與自旋軸一致。n環(huán)形

13、電流的磁矩：=IS 磁共振成像原理4. 磁場強(qiáng)度及方向磁場強(qiáng)度及方向 n磁場有力和能的性質(zhì)，力有強(qiáng)度和方向n靜磁場強(qiáng)度以字母B表示，單位是特斯拉(Tesla)或高斯(Gauss)n磁場的強(qiáng)弱在圖中用平行線的密疏來表示n密度大，場強(qiáng)大， 用箭頭的長短來表示，箭頭的方向就是磁場的方向。磁共振成像原理接動畫磁共振成像原理（二）原子核的自旋角動量（二）原子核的自旋角動量n原子核還具有自旋角動量P。P的方向與自旋軸重合，大小由下式?jīng)Q定：nP=hI(I+1)1/2 (4-1)nI為核自旋量子數(shù)。I值由質(zhì)子和中子數(shù)量決定。n核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是偶數(shù)時，自旋量子數(shù)I=0，即成對質(zhì)子、中子的自旋互相抵消，原子

14、核的總自旋為零；n質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是奇數(shù)，兩者的和為偶數(shù)時， I取整數(shù)值；n質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的和為奇數(shù)，I取半整數(shù)。磁共振成像原理（二）原子核的自旋角動量（二）原子核的自旋角動量n只有具備奇數(shù)質(zhì)子和奇數(shù)中子的原子核及和為奇數(shù)的原子核，其總自旋不為零，才能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，這樣的原子包括1H、13C、19F、23Na、31P等百余種元素。n生物組織中，1H占原子數(shù)量的2/3，且1H為磁化最高的原子核，目前生物組織的MRI主要是1H成像。氫原子核內(nèi)只有一個質(zhì)子，不含有中子，氫原子核也稱為氫質(zhì)子，1H的磁共振圖像也稱為質(zhì)子像。 磁共振成像原理 n組織質(zhì)子群總凈磁向量組織質(zhì)子群總凈磁向量M等于零：等于零

15、：在一個小范圍體積元(Voxel)的生物組織內(nèi)，有許多質(zhì)子自旋核，每個核都有一個小磁場，相當(dāng)一群小磁鐵，以磁矩來表示這些微觀磁體的磁場大小和方向。n自然狀態(tài)下，核磁矩的方向各自東西，雜亂無章，其結(jié)果是互相抵消。整體上組織總的凈磁向量M是零，因為M是各方向磁矩正、負(fù)值相加。（二）原子核的自旋角動量（二）原子核的自旋角動量磁共振成像原理接動畫磁共振成像原理小結(jié)小結(jié) n（1）自旋氫質(zhì)子的原子核相當(dāng)一個環(huán)形電流，在環(huán)形電流周圍有一個小磁場；n（2）自然狀態(tài)下，人體存在大量帶電、有磁性的自旋核，但它們的磁矩互相抵消，組織并未顯示出磁性。磁共振成像原理三、靜磁場的作用三、靜磁場的作用n（一）外加靜磁場中（

16、一）外加靜磁場中的磁化的磁化 nMRI中外加靜磁場的強(qiáng)度B0是恒定的。用X、Y、Z坐標(biāo)系來描述磁場的位置，Z代表B0方向，即磁力線方向，X-Y平面代表垂直于磁場方向的平面。 磁共振成像原理（一）外加靜磁場中的磁化（一）外加靜磁場中的磁化n垂直座標(biāo)系垂直座標(biāo)系n Z軸是B0方向，通常與體軸一致nXY平面垂直于體軸，叫橫斷面nX軸是水平軸，Y軸是垂直軸，三個軸互相垂直接動畫磁共振成像原理三、靜磁場的作用三、靜磁場的作用 n（一）外加靜磁場中的磁化（一）外加靜磁場中的磁化 將一個小磁矩放在外磁場B0中，兩磁場方向的夾角為，小磁矩發(fā)生轉(zhuǎn)動，停在順B0方向(減小到零)。這時的小磁矩處于穩(wěn)定狀態(tài)，能級最低

17、，是磁場B0的扭力效應(yīng)。若等于180，即磁矩與B0方向相反，磁矩最不穩(wěn)定，勢能最大。n磁矩在B0中有順B0或反B0兩個方向，一群磁矩動態(tài)平衡的結(jié)果是順B0的磁矩多于逆B0的磁矩，剩余的是平行B0的低能態(tài)質(zhì)子，因此，凈磁向量M與B0同方向。磁共振成像原理接動畫磁共振成像原理三、靜磁場的作用三、靜磁場的作用磁共振成像原理（二）靜磁場中的能級分裂（二）靜磁場中的能級分裂 n原子核磁矩進(jìn)入B0后，空間取向發(fā)生量子化，只能取一些確定的方向。自旋量子數(shù)為I，則只能2I+1個不同方向。n在B0方向的投影是一些不連續(xù)的數(shù)值。 的不同取向，形成它與B0相互作用能的不同。與B0的相互作用能稱為位能。在B0中的位能

18、為：n n為原子核的磁旋比（gyromagnetic-ratio） 2/IBhBEZ00磁共振成像原理（二）靜磁場中的能級分裂（二）靜磁場中的能級分裂n是與核角動量之比，是一個原子核固有的特征值，不同的原子核具有不同的值，每種原子核的是一常數(shù)，氫質(zhì)子的值為42.5MHz/T； n在B0的作用下使原來簡并的能級分裂成2I+1個能級，稱為塞曼分裂，這些能級稱為塞曼能級。塞曼能級是等間距的，相鄰兩個能級之能量差為：n 2/BhE0磁共振成像原理（二）靜磁場中的能級分裂（二）靜磁場中的能級分裂n1H自旋量子數(shù)I=1/2，同樣IZ =1/2，所以在B0中1H分裂為兩個能級。n具有較高能量(處于高能級)的

19、質(zhì)子沿與B0反平行方向排列，其位能為E=hB0/4；具有較低能量(處于低能級)的質(zhì)子沿與B0平行方向排列，E=-hB0/4。n處于低能級(與B0平行方向排列)的質(zhì)子數(shù)目比處于高能級者略多，如常溫下可多10-6。 磁共振成像原理 （三）自旋核的進(jìn)動（三）自旋核的進(jìn)動 nB0中質(zhì)子磁矩并不是完全按B0方向排列，其自旋軸與外磁場軸有一個小的夾角。磁矩不是固定不動的，它的磁矩軸在不停地旋進(jìn)著。n這種進(jìn)動運(yùn)動就像一個垂直旋轉(zhuǎn)著的陀螺，用小錘對著它的頂端撞擊一下，陀螺出現(xiàn)了傾斜，也就是它的自旋軸偏離了重力方向，與重力線形成一個夾角，并繞重力線回轉(zhuǎn)，這種運(yùn)動方式稱為旋進(jìn)旋進(jìn)(進(jìn)動進(jìn)動) （precessio

20、n） 。磁共振成像原理接動畫磁共振成像原理（三）自旋核的進(jìn)動（三）自旋核的進(jìn)動n質(zhì)子進(jìn)動的頻率非常快，每秒進(jìn)動的次數(shù)稱“進(jìn)動頻率”（precession frequency）。進(jìn)動頻率不是一個常數(shù)，而是與所在B0的場強(qiáng)相關(guān)，B0越強(qiáng)，進(jìn)動頻率越快，用拉莫（Larmor）方程表示：n （4-4）n0代表進(jìn)動頻率，稱為拉莫爾頻率；為旋磁比；B0為外磁場場強(qiáng)。n在1.0T場強(qiáng)中， 1H的進(jìn)動頻率為42.5MHz。 00B磁共振成像原理 （三）自旋核的進(jìn)動（三）自旋核的進(jìn)動n旋進(jìn)的特征：旋進(jìn)的特征：n（1）旋進(jìn)角：自旋軸與重力線有夾角n（2）自旋軸不仃地回旋，因此在垂直于重力線的平面上存在著一個變化的

21、矢量n（3）回轉(zhuǎn)速度為旋進(jìn)頻率 0=B0 ，當(dāng)固定時， 0 隨B 0線性變化磁共振成像原理（三）自旋核的進(jìn)動（三）自旋核的進(jìn)動n一個氫質(zhì)子處在B0中如陀螺樣旋進(jìn)，它的磁矩軸傾斜，且繞B0方向回轉(zhuǎn)，與B0間有一個夾角，為旋進(jìn)角。磁共振成像原理（四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)（四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng) n一個質(zhì)子磁矩軸在坐標(biāo)系上自旋和旋進(jìn)的軌跡： n平衡時，它的磁矩軸不停地繞Z軸旋進(jìn)著，旋進(jìn)的軌跡是一個圓錐體。n磁矩軸是稍稍偏離Z軸的，每個磁矩的效果，在物理學(xué)上可按平行四邊形法分解為在Z軸和XY平面上兩個分磁力。 磁共振成像原理（四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)（四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)磁共振成像原理接

22、動畫磁共振成像原理 （四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)（四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)nB0中質(zhì)子群受到扭力進(jìn)行有序化排列，結(jié)果是略多數(shù)的磁矩順Z軸方向，略少數(shù)的磁矩反Z軸方向。正反抵消后，剩下順Z軸的磁矩A和B。nA、B的軸偏離Z軸進(jìn)動，A、B分解為XY平面的分量A、B和Z軸上的分量，它們在XY平面上的磁分量方向雜亂，互相抵消。在Z軸上所有的磁分量方向完全一致，疊加而成為平行B0縱軸的縱向磁化Mz（longitudinal magnetization） 。磁共振成像原理磁共振成像原理磁共振成像原理 （四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)（四）外加靜磁場中的宏觀效應(yīng)n體積元內(nèi)宏觀磁化向量：n M=Mz+Mxy，n

23、由于Mxy=0，平衡態(tài)時M=Mzn平衡態(tài)時在B0中的質(zhì)子群：n Mxy=0n M=Mz 磁共振成像原理靜磁場中人體組織獲得磁化靜磁場中人體組織獲得磁化 n人體進(jìn)入靜磁場后，經(jīng)過質(zhì)子有序化排列，組織宏觀上產(chǎn)生了一個縱向磁化矢量Mz ，組織有了磁性。n縱向磁化矢量Mz不是振蕩磁場，無法測定。n振蕩磁場是一種隨時間而變化的磁場，它的磁場變化可在天線內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電壓，用電流表可以測定。n縱向磁化Mz不移動也不旋轉(zhuǎn)，因此無法記錄。 磁共振成像原理磁共振成像原理四、射頻磁場的作用四、射頻磁場的作用nMZ不是振蕩磁場，無法單獨(dú)檢測出來，不能直接用于成像。n如果要檢測質(zhì)子的自旋、收集信號，只有在垂直于靜磁場B0

24、方向的橫向平面有凈磁化矢量。為了設(shè)法檢測到特定質(zhì)子群的凈磁化矢量，并用于成像，需使凈磁化矢量偏離B0方向。為了達(dá)到這個目的，在MRI中采用了射頻（radiofrequency，RF）脈沖作為激發(fā)源。 磁共振成像原理n1. 同頻率音叉發(fā)生共振同頻率音叉發(fā)生共振n排列起一組音叉，當(dāng)令該組以外的一個音叉振動發(fā)音時，組內(nèi)的與之音調(diào)相同的音叉就會吸收能量，振動發(fā)音，這個過程叫做“共振”。 n照此原理，將電磁波的能量發(fā)射到質(zhì)子群上，一旦M加大偏轉(zhuǎn)角并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，即可達(dá)到產(chǎn)生振蕩磁場的目的。四、射頻磁場的作用四、射頻磁場的作用 磁共振成像原理磁共振成像原理2. 磁共振頻率條件磁共振頻率條件 nMRI中的射頻脈

25、沖必須具備的條件中的射頻脈沖必須具備的條件是：射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)動是：射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)動頻率相同，發(fā)生頻率相同，發(fā)生MR時，射頻電磁時，射頻電磁波的角頻率波的角頻率RF等于核進(jìn)動的角頻等于核進(jìn)動的角頻率：率：nMRI中RF脈沖把能量傳遞給低能級質(zhì)子的過程也稱“共振”。 NRF磁共振成像原理3. 射頻電磁波對樣品的激勵射頻電磁波對樣品的激勵nMR的信號檢測是在XY平面內(nèi)進(jìn)行，必須設(shè)法將磁場B0 中樣品的M0 轉(zhuǎn)到XY平面上。一旦磁化矢量從M M0 偏離方向(非熱平衡態(tài))，就會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)動力矩B0 M， M在此力矩作用下產(chǎn)生繞B0的旋進(jìn)。 n磁矩I 在磁場中會得到附加能量，獲得的能量

26、的大小，與磁矩同磁場的夾角有關(guān)，當(dāng)夾角增大時，磁矩能量增加。 磁共振成像原理#3. 射頻電磁波對樣品的激勵射頻電磁波對樣品的激勵n我們沿X軸方向加入一磁場Br。由于初始狀態(tài)的MZM與B0 平行，所以初始狀態(tài)B0 對M的作用力矩為零；n但初始狀態(tài)的Br與M互相垂直，Br 與M相互作角產(chǎn)生一力矩，此力矩使M 以B0 為初始磁化矢量繞Br 進(jìn)動，進(jìn)動的結(jié)果使M偏離B0 的方向，與B0 方向的夾角不斷增加。 磁共振成像原理3. 射頻電磁波對樣品的激勵射頻電磁波對樣品的激勵n欲要M繞Br 的旋進(jìn)能穩(wěn)定進(jìn)行，則要求M 與Br 的相對位置關(guān)系不變。但偏離了B0 方向的M在以N 繞B0旋進(jìn)，所以加入的Br必須

27、也是以同角速度N 繞B0 方向旋轉(zhuǎn)，這樣，才能保證M在不斷偏離B0 方向、與 B0方向夾角逐漸增大的過程中與Br 的相對位置關(guān)系保持不變，才能使M在繞B0旋進(jìn)同時又能穩(wěn)定地繞Br旋進(jìn)，兩個穩(wěn)定旋進(jìn)同時進(jìn)行。 磁共振成像原理 4. 如何獲得這樣的旋轉(zhuǎn)磁場如何獲得這樣的旋轉(zhuǎn)磁場 n加入的旋轉(zhuǎn)磁場的大小Br 比B0小得多，所以M 繞Br 進(jìn)動的角速度r = Br 比M繞B0 進(jìn)動的角速度N= B0 小得多。在M和Br 的同時作用下，其矢端運(yùn)動軌跡為從球面頂點(diǎn)開始的逐漸展開的球面螺旋線；nM與B0 之間的夾角 Br t，其中，t為旋轉(zhuǎn)磁場Br 作用時間。此時在XY面上量Mxy=Msin，Mxy的形成可

28、看作是由原先相位均勻分布的核磁矩向某一方向集中，而使矢量加強(qiáng)的結(jié)果。 磁共振成像原理4. 如何獲得這樣的旋轉(zhuǎn)磁場如何獲得這樣的旋轉(zhuǎn)磁場n向樣品射入一頻率與M繞B0 旋進(jìn)頻率相同的電磁波，就提供了一個恰到好處的旋轉(zhuǎn)磁場。為保證旋轉(zhuǎn)磁場與B0的方向有垂直關(guān)系，此電磁波沿X或XY平面某方向入射均可(在XY平面入射電磁波) 。這個電磁波就是RF電磁波。nRF電磁波對樣品起激勵作用。磁共振成像原理磁共振成像原理 5. 質(zhì)子群共振后生成橫向磁化質(zhì)子群共振后生成橫向磁化Mxyn平衡態(tài)時微觀磁矩的排列狀態(tài)：n正反兩方向的磁矩中，正方向略多于反Z軸方向，宏觀上凈磁化向量M表現(xiàn)為Mz。向質(zhì)子群施加射頻脈沖的電磁波

29、，它的頻率與質(zhì)子的共振頻率相同，結(jié)果質(zhì)子進(jìn)動角開始加大，逐個轉(zhuǎn)到逆B0方向，Mz逐漸減小。當(dāng)正反方向磁矩相等時，Mz=0。磁共振成像原理磁共振成像原理 5. 質(zhì)子群共振后生成橫向磁化質(zhì)子群共振后生成橫向磁化Mxyn頻脈沖的另一個重要作用：n受射頻脈沖磁場的磁化作用，進(jìn)動的質(zhì)子趨向于射頻磁場方向而變?yōu)橥?、同速運(yùn)動，即處于“同相”(inphase)。這樣，在XY平面上疊加起來，形成了一個新的宏觀磁化量，即橫向磁化（transverse magnetization）矢量，用 代表，繼續(xù)繞Z軸進(jìn)動。凈磁化矢量 偏離了Z軸。 XYMXYM磁共振成像原理5. 質(zhì)子群共振后生成橫向磁化質(zhì)子群共振后生成橫向磁化Mxyn新獲得的Mxy已不再與B0疊加在一起，通過測定Mxy可得知生物組織的MR信號。