磁共振物理基礎(chǔ)課件

磁共振物理基礎(chǔ)濮陽(yáng)市中醫(yī)院放射科王厚革1磁共振物理基礎(chǔ)定義2磁共振物理基礎(chǔ)磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）是利用射頻（radiofrequency，RF）電磁波對(duì)置于磁場(chǎng)中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（nuclearmagneticresonance，NMR），用感應(yīng)線圈采集磁共振信號(hào)，按一定數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理而建立的一種數(shù)字圖像。3磁共振物理基礎(chǔ)核——磁共振現(xiàn)象所涉及原子核磁——磁共振過(guò)程發(fā)生強(qiáng)大磁體內(nèi)，并用射頻場(chǎng)進(jìn)行激勵(lì)產(chǎn)生共振，用梯度場(chǎng)進(jìn)行空間定位并控制成像。共振——原子核間能量吸收和釋放可發(fā)生共振。4磁共振物理基礎(chǔ)ASimpleMRMachineNorthSouthtransmitreceiveLiWeihua磁共振物理基礎(chǔ)磁共振成像MRI是MagneticResonanceImaging的縮寫(xiě)。最早的時(shí)候曾稱為NMR（NuclearMagneticResonance),即核磁共振，也就是核磁一詞的來(lái)源。因?yàn)榕c核醫(yī)學(xué)的放射性同位素有本質(zhì)的區(qū)別，日本科學(xué)家提出其國(guó)家備受核武器傷害，為表示尊重，就把核字去掉了。6磁共振物理基礎(chǔ)7磁共振物理基礎(chǔ)8磁共振物理基礎(chǔ)磁共振成像的英文全稱正確的是

A．MagneticResonanceImage

B．MagneticResorbentImage

C．MagneticResonanceImaging

D．MagneticResorbentImaging

E．MagnestatResorbentImaging

9磁共振物理基礎(chǔ)

答案：C

10磁共振物理基礎(chǔ)歷史11磁共振物理基礎(chǔ)1946年——美國(guó)加州大學(xué)Bloch和麻省哈佛大學(xué)Purcell發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象，并用于化學(xué)分析。60年代—

人們用磁共振技術(shù)檢測(cè)了動(dòng)物體內(nèi)分布的氫，磷，氮的NMR信號(hào)，開(kāi)始了對(duì)生物組織的化學(xué)分析研究。1971年——美國(guó)紐約州立大學(xué)Damadian發(fā)現(xiàn)老鼠正常組織與癌變組織氫原子核弛豫時(shí)間不同，腫瘤的T1、T2時(shí)間延長(zhǎng)。1972年—紐約州立大學(xué)Lauterbur首先提出了利用磁場(chǎng)和射頻相結(jié)合的方法來(lái)獲得核磁共振圖像（兩個(gè)充水試管MR像）。12磁共振物理基礎(chǔ)布洛赫(FelixBloch)帕塞爾(EdwardPurcell)13磁共振物理基礎(chǔ)1973年——Lauterbur用反投影法完成MRI實(shí)驗(yàn)室成像的工作。1974年—Lauterbur做出活鼠MR像。1977年—英國(guó)阿伯丁大學(xué)的Hinshow和Bottomley取得了第一幅人手腕關(guān)節(jié)剖面MR像。

Damadian獲得胸部MR像。1978年——英國(guó)阿伯丁大學(xué)Mallard取得了人體頭部的磁共振圖像。1980年——完成了MRI全身掃描。14磁共振物理基礎(chǔ)1989年—

國(guó)產(chǎn)MR機(jī)商品化。1993年—

至今，MR機(jī)更新?lián)Q代發(fā)展迅速，目前已形成以下幾種形式：綜合型（0.3T—3.0T臨床）開(kāi)放式（OPEN以低場(chǎng)為主）專業(yè)型（神經(jīng)、心臟、骨關(guān)節(jié)、乳腺等）超高場(chǎng)機(jī)型（4.0T、7.0T、8.0T、9.4T、17.6T研究）超高速型（掃描成像速度極快、亞毫秒級(jí)，具有MR實(shí)時(shí)成像及多種功能）15磁共振物理基礎(chǔ)核磁共振空間定位方法開(kāi)拓者勞特伯

(PaulLauterbur)磁共振EPI序列發(fā)明者曼斯菲爾德

(PeterMansfield)16磁共振物理基礎(chǔ)17磁共振物理基礎(chǔ)18磁共振物理基礎(chǔ)第一幅頭部MR圖像是哪一年獲取的？A、1946年B、1952年C、1972年D、1977年E、1978年19磁共振物理基礎(chǔ)答案E20磁共振物理基礎(chǔ)原子21磁共振物理基礎(chǔ)一、原子的結(jié)構(gòu)：原子是由原子核及位于其周?chē)壍乐械碾娮訕?gòu)成的，電子帶有負(fù)電荷。原子核由中子和質(zhì)子構(gòu)成，中子不帶電荷，質(zhì)子帶有正電荷。22磁共振物理基礎(chǔ)質(zhì)子X(jué)ZA中子原子核核外電子

原子23磁共振物理基礎(chǔ)24磁共振物理基礎(chǔ)二、用于人體磁共振成像的原子核：用于人體磁共振成像的原子核為質(zhì)子（1H），選擇1H的理由有：（1）1H是人體中最多的原子核，約占人體中總原子核數(shù)的2/3以上；（2）1H的磁化率在人體磁性原子核中是最高的。1H是氫原子核，僅有一個(gè)質(zhì)子而沒(méi)有中子，由于人體MR圖像一般采用1H作為成像對(duì)象，因此除非特殊說(shuō)明，一般所指的MR圖像即為1H的共振圖像。

25磁共振物理基礎(chǔ)具備磁共振研究的其他奇數(shù)質(zhì)子元素26磁共振物理基礎(chǔ)三、自旋和核磁的概念：1、自旋：任何原子核都有一個(gè)特性，就是總以一定的頻率繞著自己的軸進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，我們把原子核的這一特性稱為自旋。2、核磁：由于原子核帶有正電荷，原子核的自旋就形成電流環(huán)路，從而產(chǎn)生具有一定大小和方向的磁化矢量。我們把這種由帶有正電荷的原子核自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱為核磁。27磁共振物理基礎(chǔ)28磁共振物理基礎(chǔ)四、磁性和非磁性原子核：1、非磁性原子核：如果原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為偶數(shù)，則這種原子核的自旋并不產(chǎn)生核磁，我們稱這種原子核為非磁性原子核。2、磁性原子核：我們把自旋運(yùn)動(dòng)能夠產(chǎn)生核磁的原子核稱為磁性原子核。29磁共振物理基礎(chǔ)磁性原子核需要符合以下條件：（1）中子和質(zhì)子均為奇數(shù)；（2）中子為奇數(shù)，質(zhì)子為偶數(shù)；（3）中子為偶數(shù)，質(zhì)子為奇數(shù)。30磁共振物理基礎(chǔ)31磁共振物理基礎(chǔ)五、人體組織MRI信號(hào)的主要來(lái)源：人體內(nèi)的水分子可以分為自由水和結(jié)合水兩種。結(jié)合水是細(xì)胞中和其他物質(zhì)結(jié)合在一起的水，細(xì)胞中大部分的水以游離的形式存在，可以自由流動(dòng)，我們稱為自由水。兩者可以互相轉(zhuǎn)換，處于動(dòng)態(tài)平衡之中。32磁共振物理基礎(chǔ)需要指出，并非所有質(zhì)子都產(chǎn)生MRI信號(hào)，常規(guī)MRI信號(hào)主要源于水分子中的質(zhì)子，部分組織的信號(hào)也可來(lái)源于脂肪中的質(zhì)子。33磁共振物理基礎(chǔ)34磁共振物理基礎(chǔ)35磁共振物理基礎(chǔ)在一定條件下結(jié)合水和蛋白質(zhì)也可以影響自由水的弛豫而改變組織的信號(hào)強(qiáng)度。結(jié)合水較易接受自由水釋放的能量加快組織的縱向弛豫在t1wi，結(jié)合水越多，組織信號(hào)越高。36磁共振物理基礎(chǔ)37磁共振物理基礎(chǔ)靜磁場(chǎng)38磁共振物理基礎(chǔ)一、MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系按B0方向，MRI磁體分縱向磁場(chǎng)磁體和橫向磁場(chǎng)磁體，超導(dǎo)磁體都采用縱向磁場(chǎng)?？v向磁場(chǎng)系統(tǒng)，Z軸定義為磁體的軸向，Z軸與被檢者體軸平行。39磁共振物理基礎(chǔ)40磁共振物理基礎(chǔ)41磁共振物理基礎(chǔ)42磁共振物理基礎(chǔ)43磁共振物理基礎(chǔ)44磁共振物理基礎(chǔ)45磁共振物理基礎(chǔ)二、進(jìn)入主磁場(chǎng)前人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài)進(jìn)入主磁場(chǎng)前，小磁場(chǎng)的排列是隨機(jī)無(wú)序（即雜亂無(wú)章）的，使每個(gè)質(zhì)子產(chǎn)生的磁化矢量相互抵消。

46磁共振物理基礎(chǔ)47磁共振物理基礎(chǔ)三、進(jìn)入主磁場(chǎng)后人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài)進(jìn)入主磁場(chǎng)后，質(zhì)子產(chǎn)生的小磁場(chǎng)有兩種排列方式，1、與主磁場(chǎng)方向平行且方向相同——低能級(jí)。2、與主磁場(chǎng)平行但方向相反——高能級(jí)。3、處于平行同向的質(zhì)子略多于處于平行反向的質(zhì)子——宏觀縱向磁化矢量。48磁共振物理基礎(chǔ)49磁共振物理基礎(chǔ)處于高能級(jí)太費(fèi)勁，并非人人能做到50磁共振物理基礎(chǔ)四、進(jìn)動(dòng)和進(jìn)動(dòng)頻率：1、進(jìn)動(dòng)（precession）：處于主磁場(chǎng)的質(zhì)子，除了自旋運(yùn)動(dòng)外，還繞著主磁場(chǎng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，稱為進(jìn)動(dòng)。

51磁共振物理基礎(chǔ)52磁共振物理基礎(chǔ)進(jìn)動(dòng)是磁性原子核自旋產(chǎn)生的小磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，進(jìn)動(dòng)頻率明顯低于自旋頻率，但對(duì)于磁共振成像的來(lái)說(shuō)，進(jìn)動(dòng)頻率比自旋頻率重要得多。進(jìn)動(dòng)是在B0存在時(shí)出現(xiàn)的，所以進(jìn)動(dòng)與B0密切相關(guān)。外加磁場(chǎng)的大小決定著磁矩與B0軸的角度，磁場(chǎng)越強(qiáng)大，角度越小，B0方向上的磁矩值就會(huì)越大，因此可用來(lái)進(jìn)行磁共振的信號(hào)會(huì)越強(qiáng)，圖像結(jié)果會(huì)更好。53磁共振物理基礎(chǔ)2、進(jìn)動(dòng)頻率（precessionfrequency）：質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的頻率非?？?，每秒進(jìn)動(dòng)的次數(shù)稱“進(jìn)動(dòng)頻率”。54磁共振物理基礎(chǔ)55磁共振物理基礎(chǔ)56磁共振物理基礎(chǔ)五、靜磁場(chǎng)中的宏觀效應(yīng)：1、小磁場(chǎng)的矢量分解：由于進(jìn)動(dòng)的存在，質(zhì)子自旋產(chǎn)生小磁場(chǎng)又可以分解成兩個(gè)部分：一部分為方向恒定的縱向磁化分矢量，處于高能級(jí)者與主磁場(chǎng)方向相反，處于低能級(jí)者與主磁場(chǎng)的方向相同；另一部分為以主磁場(chǎng)方向（B0）即Z軸為軸心，在X、Y平面旋轉(zhuǎn)的橫向磁化分矢量。57磁共振物理基礎(chǔ)58磁共振物理基礎(chǔ)【附】向量—

代表一種數(shù)量值和方向。向量不僅用于物理學(xué)中的力，也表示磁場(chǎng)的大小和方向。向量可被分解為分向量。59磁共振物理基礎(chǔ)簡(jiǎn)單向量ZXMzMxMy60磁共振物理基礎(chǔ)2、靜磁場(chǎng)中的宏觀效應(yīng)：（1）縱向磁化矢量（longitudinalmagnetization

，MZ）：小磁場(chǎng)的縱向磁化分矢量，處于低能級(jí)的數(shù)目略多于處于高能級(jí)的那一小部份質(zhì)子，相互疊加產(chǎn)生一凈的宏觀磁化矢量。方向與B0相同，稱為縱向磁化矢量。61磁共振物理基礎(chǔ)62磁共振物理基礎(chǔ)（2）橫向磁化矢量（transversemagnetization

。MXY）：小磁場(chǎng)的橫向磁化分矢量繞Z軸旋轉(zhuǎn)，由于相位不同，磁化矢量相互抵消，因而沒(méi)有宏觀橫向磁化矢量產(chǎn)生。63磁共振物理基礎(chǔ)橫向磁化矢量相互抵消，數(shù)量為量64磁共振物理基礎(chǔ)因此，人體進(jìn)入主磁場(chǎng)后被磁化了，但沒(méi)有宏觀橫向磁化矢量產(chǎn)生，僅產(chǎn)生了宏觀的縱向磁化矢量，然而遺憾的是MRI儀的接收線圈并不能檢測(cè)到宏觀縱向磁化矢量，接受線圈能夠檢測(cè)到的是旋轉(zhuǎn)的宏觀橫向磁化矢量，因?yàn)樾D(zhuǎn)的宏觀橫向磁化矢量可以切割接收線圈產(chǎn)生電信號(hào)。宏觀橫向磁化矢量的產(chǎn)生靠射頻脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，這將在下面講到。65磁共振物理基礎(chǔ)磁共振探測(cè)不到縱向磁化矢量，但能檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量66磁共振物理基礎(chǔ)67磁共振物理基礎(chǔ)

射頻場(chǎng)

68磁共振物理基礎(chǔ)一、共振的概念和磁共振現(xiàn)象1、共振的概念（經(jīng)典力學(xué)）：物理學(xué)上，共振被定義為能量從一個(gè)振動(dòng)著的物體傳遞到另一個(gè)物體，而后者以前者相同的頻率振動(dòng)。從這個(gè)概念可以看出，共振的條件是相同的頻率，實(shí)質(zhì)是能量的傳遞。

69磁共振物理基礎(chǔ)70磁共振物理基礎(chǔ)2、磁共振現(xiàn)象（量子力學(xué)）：如果我們給處于主磁場(chǎng)中的人體組織一個(gè)射頻脈沖，這個(gè)射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率相同，射頻脈沖的能量將傳遞給處于低能級(jí)的質(zhì)子，處于低能級(jí)的質(zhì)子獲得能量后將躍遷到高能級(jí)，我們把這種現(xiàn)象稱為磁共振現(xiàn)象。71磁共振物理基礎(chǔ)從微觀角度來(lái)說(shuō)，磁共振現(xiàn)象是低能級(jí)的質(zhì)子獲得能量躍遷到高能級(jí)。從宏觀的角度來(lái)說(shuō)，磁共振現(xiàn)象的結(jié)果是使宏觀縱向磁化矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與射頻脈沖的能量有關(guān)，能量越大偏轉(zhuǎn)角度越大。72磁共振物理基礎(chǔ)共振現(xiàn)象的三個(gè)基本條件(1)必須有一個(gè)主動(dòng)振動(dòng)的頻率(2)主動(dòng)振動(dòng)頻率與被動(dòng)振動(dòng)的物體固有頻率必須相同(3)主動(dòng)振動(dòng)物體具有一定強(qiáng)度并與被振動(dòng)物體保持一定距離73磁共振物理基礎(chǔ)二、射頻脈沖的概念：1、電磁波：射頻脈沖是一種電磁波，在電子學(xué)理論中，電流流過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)形成交變的電磁場(chǎng)，稱為電磁波。74磁共振物理基礎(chǔ)75磁共振物理基礎(chǔ)2、射頻及脈沖：射頻：在電磁波頻率低于100khz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100khz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻；脈沖：在短持續(xù)時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈沖。76磁共振物理基礎(chǔ)77磁共振物理基礎(chǔ)3、磁共振中的射頻脈沖：MRI中的射頻脈沖必須具備條件：射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的旋進(jìn)頻率相同。已知B0及1H的γ值，可根據(jù)拉莫爾方程計(jì)算出使B0中的1H產(chǎn)生共振所需要的RF脈沖頻率。78磁共振物理基礎(chǔ)三、射頻場(chǎng)的作用1．RF脈沖作用

向B0內(nèi)的1H施加有拉莫爾頻率的RF脈沖，發(fā)生MR后產(chǎn)生兩個(gè)作用：（1）MZ變小：低能級(jí)質(zhì)子吸收RF脈沖能量后躍遷到高能級(jí)，使在B0中排列方向由同向變?yōu)榉聪?，抵消相同?shù)目低能級(jí)質(zhì)子的磁力，MZ變小。79磁共振物理基礎(chǔ)（2）形成橫向磁化矢量：受RF脈沖的磁化作用，旋進(jìn)質(zhì)子趨向于射頻磁場(chǎng)方向變?yōu)橥?、同速運(yùn)動(dòng)，即處于“同相”（inphase）。在XY平面上疊加起來(lái)，形成橫向磁化（transversemagnetization）矢量MXY，

MXY繼續(xù)繞Z軸旋進(jìn)。新的M0偏離了Z軸。80磁共振物理基礎(chǔ)81磁共振物理基礎(chǔ)82磁共振物理基礎(chǔ)2．共振信號(hào)的產(chǎn)生

獲得的MXY不與B0疊加在一起，

由于MXY的旋進(jìn)，相當(dāng)于線圈內(nèi)磁場(chǎng)大小和方向的變化。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，通過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。在線圈兩端會(huì)感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)即為線圈接收到的MR信號(hào)，該信號(hào)同樣具有旋進(jìn)頻率。

通過(guò)在XY平面設(shè)置接收線圈測(cè)定

可得組織的MR信號(hào)（

MXY

）。83磁共振物理基礎(chǔ)四、射頻脈沖的方式

射頻脈沖是一個(gè)在XY平面的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1，磁場(chǎng)方向垂直于Z軸，沿XY平面以拉莫爾頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。

在B1的作用下，M開(kāi)始繞B1軸旋進(jìn)，結(jié)果由Z軸逐漸向XY平面靠近；

在B0的作用下，M還要繞B0軸旋進(jìn)。

在B0和B1的雙重作用下，M運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線形，該運(yùn)動(dòng)方式稱為“章動(dòng)”。84磁共振物理基礎(chǔ)85磁共振物理基礎(chǔ)

RF脈沖發(fā)射結(jié)束時(shí)章動(dòng)后的M與Z軸之間有一個(gè)夾角α，α稱為翻轉(zhuǎn)角（flipangle）。

α的大小與RF脈沖的強(qiáng)度及其持續(xù)時(shí)間τ成正比。

使M翻轉(zhuǎn)到XY平面的RF脈沖稱90°脈沖；

使M翻轉(zhuǎn)到B0反方向上的RF脈沖稱180°脈沖。

使M偏離B0

α角的RF脈沖稱α角脈沖。86磁共振物理基礎(chǔ)87磁共振物理基礎(chǔ)五、90度射頻脈沖的微觀和宏觀效應(yīng)如前一節(jié)所述，接收線圈僅能接收旋轉(zhuǎn)的宏觀橫向磁化矢量，因此在MR成像中必須有宏觀橫向磁化矢量的產(chǎn)生。在各種角度的射頻脈沖中，90度射頻脈沖產(chǎn)生的橫向宏觀磁化矢量最大。90度脈沖是MRI序列中最常用的射頻脈沖之一，讓我們來(lái)看看90度脈沖激發(fā)后的微觀效應(yīng)。88磁共振物理基礎(chǔ)圖7所示為90度脈沖的微觀效應(yīng)。從微觀上講，90度脈沖的效應(yīng)可以分解成兩個(gè)部分來(lái)理解：（1）

90度脈沖使處于低能級(jí)多出處于高能級(jí)的那部分質(zhì)子，有一半獲得能量進(jìn)入高能級(jí)狀態(tài)，這就使處于低能級(jí)和高能級(jí)的質(zhì)子數(shù)目完全相同，兩個(gè)方向的縱向磁化分矢量相互抵消，因此宏觀縱向磁化矢量等于零。89磁共振物理基礎(chǔ)（2）90度脈沖前，質(zhì)子的橫向磁化分矢量相位不同，90度脈沖可使質(zhì)子的橫向磁化分矢量處于同一相位，因而產(chǎn)生了一個(gè)最大旋轉(zhuǎn)宏觀橫向磁化矢量。90磁共振物理基礎(chǔ)ZZZXXXYYY900脈沖后縱向磁化橫向磁化91磁共振物理基礎(chǔ)90脈沖激發(fā)后所產(chǎn)生的橫向宏觀磁化矢量的大小與脈沖激發(fā)前（即平衡狀態(tài)下）的宏觀縱向磁化矢量的大小有關(guān)。宏觀縱向磁化矢量越大，90脈沖激發(fā)后產(chǎn)生的宏觀橫向磁化矢量越大，MR信號(hào)就越強(qiáng)；宏觀縱向磁化矢量越小，90脈沖激發(fā)后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)宏觀橫向磁化矢量越小，MR信號(hào)就越弱。92磁共振物理基礎(chǔ)在本章第三節(jié)我們已經(jīng)提到，平衡狀態(tài)下宏觀縱向磁化矢量的大小與組織中的質(zhì)子含量（即質(zhì)子密度）有關(guān)，由于90脈沖能夠使宏觀縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)到X、Y平面，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的宏觀橫向磁化矢量，這樣MRI就能區(qū)分質(zhì)子密度不同的人體組織了。但是僅區(qū)分不同組織的質(zhì)子含量差別，對(duì)于臨床診斷來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我們一般不是在90脈沖后馬上采集MR信號(hào)，而是在90脈沖關(guān)閉后等待一定時(shí)間再進(jìn)行信號(hào)采集。即下面要談到的弛豫。93磁共振物理基礎(chǔ)梯度場(chǎng)

94磁共振物理基礎(chǔ)一、對(duì)梯度磁場(chǎng)的理解：梯度—指一個(gè)空間位置函數(shù)（物理量的變化率）。梯度磁場(chǎng)—沿直角坐標(biāo)系某坐標(biāo)方向呈線性變化的磁場(chǎng)。梯度磁場(chǎng)是一個(gè)很弱的磁場(chǎng)，其峰值一般在10～25mT/m（新型的高檔機(jī)要高些），梯度磁場(chǎng)是由置于磁體內(nèi)的額外的梯度線圈產(chǎn)生的。與高度均勻的B0不同的是，梯度磁場(chǎng)具有空間位置依賴性，即在一定方向上梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度隨空間位置的變化而不同。95磁共振物理基礎(chǔ)Z-GradientLiWeihua磁共振物理基礎(chǔ)xzyx-gradienty-gradientLiWeihua磁共振物理基礎(chǔ)98磁共振物理基礎(chǔ)二、梯度線圈的主要性能指標(biāo)：1、梯度場(chǎng)強(qiáng)：梯度場(chǎng)強(qiáng)是指單位長(zhǎng)度內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的差別，通常用每米長(zhǎng)度內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度差別的毫特斯拉量（mT/M）來(lái)表示。位于磁場(chǎng)內(nèi)的梯度線圈一般為成對(duì)線圈，每對(duì)線圈內(nèi)的電流大小相等，極性相反。一對(duì)線圈在一個(gè)方向上產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度呈線性變化的梯度磁場(chǎng)，一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使B0增加一定的強(qiáng)度，而另一個(gè)線圈則使B0減小同樣的程度。99磁共振物理基礎(chǔ)100磁共振物理基礎(chǔ)101磁共振物理基礎(chǔ)2、切換率：切換率（slewrate）是指單位時(shí)間及單位長(zhǎng)度內(nèi)的梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量，常用每秒每米長(zhǎng)度內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的毫特斯拉量（mT/M.S）來(lái)表示，切換率越高表明梯度磁場(chǎng)變化越快，也即梯度線圈通電后梯度磁場(chǎng)達(dá)到預(yù)設(shè)值所需要時(shí)間（爬升時(shí)間）越短。102磁共振物理基礎(chǔ)103磁共振物理基礎(chǔ)三、梯度線圈的作用：（1）進(jìn)行MRI信號(hào)的空間定位編碼；（2）產(chǎn)生MR回波（梯度回波）；（3）施加擴(kuò)散加權(quán)梯度場(chǎng)；（4）進(jìn)行流動(dòng)補(bǔ)償；（5）進(jìn)行流動(dòng)液體的流速相位編碼。梯度線圈由X、Y、Z軸三個(gè)線圈構(gòu)成（在MR成像技術(shù)中，把主磁場(chǎng)方向定義為Z軸方向，與Z軸方向垂直的平面為XY平面）。本節(jié)主要講解MRI信號(hào)的空間定位編碼104磁共振物理基礎(chǔ)在FT成像中使用三個(gè)正交方向的梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位：

①一個(gè)方向的梯度用于RF脈沖選擇性的激

發(fā)一個(gè)層面內(nèi)質(zhì)子的自旋；

②第二個(gè)梯度對(duì)沿層面內(nèi)一個(gè)方向的MR

信號(hào)進(jìn)行頻率空間編碼；

③第三個(gè)梯度對(duì)沿層面內(nèi)另一個(gè)方向的MR信號(hào)進(jìn)行相位空間編碼。105磁共振物理基礎(chǔ)一般層面選擇方向?yàn)閆，頻率編碼方向?yàn)閄，相位編碼方向?yàn)閅。對(duì)于不同方向的層面，X、Y、Z的取向是不同的。1）層面選擇梯度Gz；（橫軸位）2）頻率編碼梯度Gx；（矢狀位）3）相位編碼梯度Gy；（冠狀位）106磁共振物理基礎(chǔ)四、層面選擇梯度層面選擇（sliceselection）是通過(guò)三個(gè)梯度的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果在使用平面選擇梯度G的同時(shí)發(fā)射特定頻率的RF脈沖，則只有對(duì)應(yīng)于那個(gè)頻率的平面內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振。被激發(fā)的質(zhì)子的位置依賴于RF脈沖的頻率，通過(guò)增加或減少RF脈沖的頻率可以移動(dòng)被激發(fā)平面的位置。短時(shí)發(fā)射的RF脈沖是由一定范圍的頻率構(gòu)成的，這個(gè)頻率范圍稱作脈沖的帶寬。107磁共振物理基礎(chǔ)

如使用42.68MHz的射頻脈沖，雖然整個(gè)頭部受到激發(fā)，僅能使一個(gè)橫斷層面相應(yīng)位置的質(zhì)子受到激發(fā)。108磁共振物理基礎(chǔ)在檢查部位與層面選擇梯度線圈的相對(duì)位置保持不變的情況下，層面和層厚受梯度場(chǎng)和射頻脈沖影響的規(guī)律如下：（1）梯度場(chǎng)不變，射頻脈沖的頻率增加，則層面的位置向梯度場(chǎng)高的一側(cè)移動(dòng)；（2）梯度場(chǎng)不變，射頻脈沖的帶寬加寬，層厚增厚；（3）射頻脈沖的帶寬不變，梯度場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)增加，層厚變薄。109磁共振物理基礎(chǔ)梯度場(chǎng)不變，射頻脈沖的頻率增加，則層面的位置向梯度場(chǎng)高的一側(cè)移動(dòng)；110磁共振物理基礎(chǔ)梯度場(chǎng)不變，射頻脈沖的帶寬加寬，層厚增厚111磁共振物理基礎(chǔ)射頻脈沖的帶寬不變，梯度場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)增加，層厚變薄。112磁共振物理基礎(chǔ)如欲行矢狀位斷層，施加的梯度磁場(chǎng)是：A．GxB．GyC．GzD．Gx+GyE．Gy+Gz113磁共振物理基礎(chǔ)

答案A

114磁共振物理基礎(chǔ)五、頻率編碼：在完成了層面選擇后我們還必須進(jìn)行層面內(nèi)的空間定位編碼。層面內(nèi)的空間定位編碼包括頻率編碼和相位編碼。我們先介紹頻率編碼。

115磁共振物理基礎(chǔ)1、三棱鏡：三棱鏡能從無(wú)色的太陽(yáng)光中分辨出七種有色的光線，因?yàn)闊o(wú)色的太陽(yáng)光中本身就帶有這七種頻率的光線，只是各種頻率的光線混雜在一起無(wú)法分辨而已。116磁共振物理基礎(chǔ)117磁共振物理基礎(chǔ)2、傅里葉變換：與三棱鏡原理相似，首先讓來(lái)自不同位置的MR信號(hào)包含有不同的頻率，采集到混雜有不同頻率的MR信號(hào)后，通過(guò)傅里葉變換就能解碼出不同頻率的MR信號(hào)，而不同的頻率代表不同的位置。

118磁共振物理基礎(chǔ)119磁共振物理基礎(chǔ)六、相位編碼

在前后方向上施加了頻率編碼梯度場(chǎng)后，經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換的MR信號(hào)僅完成了前后方向的空間信息編碼，而左右方向上的空間定位編碼并未能實(shí)現(xiàn)。我們必須對(duì)左右方向的空間信息進(jìn)行相位編碼，才能完成層面內(nèi)的二維定位。

120磁共振物理基礎(chǔ)和頻率編碼一樣，相位編碼也使用梯度場(chǎng)，但與頻率編碼梯度場(chǎng)不同的是：（1）梯度場(chǎng)施加方向不同，應(yīng)該施加在頻率編碼的垂直方向上。（2）施加的時(shí)刻不同，頻率編碼必須在MR信號(hào)采集的同時(shí)施加，而相位編碼梯度場(chǎng)必須在信號(hào)采集前施加。121磁共振物理基礎(chǔ)（3）傅里葉轉(zhuǎn)換區(qū)分不同頻率的MR信號(hào)能力很強(qiáng)，區(qū)分MR信號(hào)相位差別的能力較差，只能區(qū)分相位相差180度的MR信號(hào)。所以MR信號(hào)的相位編碼需要多次重復(fù)進(jìn)行，不同的相位編碼梯度場(chǎng)得到的MR信號(hào)也稱相位編碼線，填充在K空間相位編碼方向上的不同位置上，經(jīng)過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換，才能重建出空間分辨力合乎要求的圖像。122磁共振物理基礎(chǔ)123磁共振物理基礎(chǔ)相位編碼將導(dǎo)致Y軸上的像素（）

A、相位不同，頻率相同

B、相位相同，頻率相同

C、相位不同，頻率不同

D、相位相同，頻率不同

E、與頻率和相位無(wú)關(guān)124磁共振物理基礎(chǔ)答案B125磁共振物理基礎(chǔ)七、三維采集的空間編碼：三維MRI的空間定位與二維MRI有所不同。三維MRI的激發(fā)和采集不是針對(duì)層面，而是針對(duì)整個(gè)成像容積進(jìn)行的。由于脈沖的激發(fā)和采集是針對(duì)整個(gè)容積范圍進(jìn)行的，為了獲得薄層的圖像，必須在層面方向上進(jìn)行空間定位編碼。

126磁共振物理基礎(chǔ)三維采集技術(shù)的層面方向空間編碼也采用相位編碼，一個(gè)容積需要分為幾層，就必需進(jìn)行幾個(gè)步級(jí)的相位編碼。如圖像的矩陣為128×128，容積內(nèi)分為20層，則層面內(nèi)的相位編碼步級(jí)為128級(jí)，每一級(jí)又需要進(jìn)行20個(gè)步級(jí)的層面方向的相位編碼，實(shí)際上總的相位編碼步級(jí)為2560（128×20）。127磁共振物理基礎(chǔ)

弛豫128磁共振物理基礎(chǔ)一、弛豫的概念

1、

平衡態(tài)：人體進(jìn)入B0后形成并保持穩(wěn)定的MZ的狀態(tài)。但是一種動(dòng)態(tài)平衡，處于高、低兩種能級(jí)的質(zhì)子之間不斷地交換。2、

激發(fā)態(tài)：系統(tǒng)吸收射頻能量后的不穩(wěn)定狀態(tài)。3、“弛豫”（relaxation）：系統(tǒng)由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至平衡狀態(tài)的過(guò)程。129磁共振物理基礎(chǔ)弛豫過(guò)程中同步發(fā)生：

縱向弛豫（longitudinalrelaxation）：縱向磁化矢量MZ逐步恢復(fù)的過(guò)程；

橫向弛豫（transverserelaxation）：橫向磁化矢量MXY逐步消失的過(guò)程。130磁共振物理基礎(chǔ)下列有關(guān)弛豫的表述，正確的是?

A、RF脈沖關(guān)閉后，宏觀MXY指數(shù)式衰減被稱為橫向馳豫?

B、橫向馳豫的原因是同相進(jìn)動(dòng)的質(zhì)子失相位?

C、同一組織的縱向馳豫速度快于橫向弛豫?

D、縱向弛豫越快的組織T1值越長(zhǎng)?

E、T2值越長(zhǎng)說(shuō)明組織橫向弛豫越快131磁共振物理基礎(chǔ)答案：A132磁共振物理基礎(chǔ)二、自由感應(yīng)衰減（freeinductiondecay，F(xiàn)ID）：

1、概念：90o脈沖后弛豫過(guò)程中，由于T2弛豫的影響，MXY隨時(shí)間衰減，磁共振信號(hào)呈指數(shù)曲線形式衰減的這個(gè)信號(hào)稱為自由感應(yīng)衰減（freeinductiondecay，F(xiàn)ID），也稱T2*弛豫。。133磁共振物理基礎(chǔ)2、原因：（1）質(zhì)子周?chē)怒h(huán)境隨機(jī)波動(dòng)：每個(gè)質(zhì)子都暴露在周?chē)鸁o(wú)數(shù)個(gè)其他原子核和電子的磁環(huán)境中，而周?chē)@些帶電粒子一直處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣質(zhì)子感受到的磁場(chǎng)就會(huì)有輕微波動(dòng)，且這種波動(dòng)是隨機(jī)的，由于質(zhì)子周?chē)怒h(huán)境的這種隨機(jī)的輕微波動(dòng)，各個(gè)質(zhì)子所感受到的磁場(chǎng)就會(huì)有差別，也就造成了質(zhì)子之間的進(jìn)動(dòng)頻率出現(xiàn)差別，其結(jié)果引起質(zhì)子逐漸的失相位，宏觀橫向磁化矢量逐漸衰減；134磁共振物理基礎(chǔ)（2）主磁場(chǎng)的不均勻：盡管我們追求主磁場(chǎng)的絕對(duì)均勻，但實(shí)際上這是不可能，主磁場(chǎng)總是一定程度的不均勻，這種不均勻性一般認(rèn)為是較為恒定的，也就是說(shuō)某處一直輕微偏高，而另一處則一直輕微偏低，主磁場(chǎng)的這種不均勻同樣會(huì)造成質(zhì)子失相位，引起宏觀磁化矢量的衰減。B0不均勻的影響要比組織本身小磁矩產(chǎn)生的影響大，由于B0不均勻引起的MXY衰減的速度要比單純由于組織內(nèi)部磁場(chǎng)不均勻引起的橫向磁化衰減速度快得多。這種情況下測(cè)得的橫向磁化弛豫時(shí)間叫做T2*

，比T2短得多。135磁共振物理基礎(chǔ)abc136磁共振物理基礎(chǔ)137磁共振物理基礎(chǔ)三、橫向弛豫：1、概念：前面講到，由于B0不均勻引起的MXY衰減的速度要比單純由于組織內(nèi)部磁場(chǎng)不均勻引起的橫向磁化衰減速度快得多。只有剔除了主磁場(chǎng)不均勻的影響（利用180復(fù)相脈沖，詳見(jiàn)SE序列），質(zhì)子周?chē)渌判栽雍说碾S機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的宏觀橫向磁化矢量的衰減才是真正的橫向弛豫，即T2弛豫，也稱自旋－自旋弛豫（spin-spinrelaxation

）。

橫向弛豫過(guò)程沒(méi)有能量交換，是不同質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)失去同步、同速，即失去相位一致性。138磁共振物理基礎(chǔ)2、橫向弛豫時(shí)間T2?

T2=橫向磁化矢量減少到最大值的37%的時(shí)間。?

T2過(guò)程公式：

(4-6)?

t為弛豫時(shí)間。?

t=T2時(shí)，

，即MXY衰減至最大值的37%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間等于T2值。4-5倍T2時(shí)間橫向磁化矢量完全消失。139磁共振物理基礎(chǔ)3、影響T2因素（1）組織的成份和結(jié)構(gòu)：μ大小不同，自旋-自旋作用的強(qiáng)度和時(shí)間不同，T2弛豫的速度也不同。小分子（如純水）的分子運(yùn)動(dòng)很快，質(zhì)子維持處于同相的狀態(tài)的時(shí)間可較長(zhǎng)，T2值較長(zhǎng)；大分子物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)較慢，質(zhì)子處于同相狀態(tài)維持時(shí)間較短，T2值即較短。（2）即便是同一組織，在不同的主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)下，T2值也會(huì)發(fā)生改變，一般場(chǎng)強(qiáng)越高，組織的T2值越短。但組織的T2值受主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的影響不如T1值受后者的影響大。140磁共振物理基礎(chǔ)141磁共振物理基礎(chǔ)142磁共振物理基礎(chǔ)四、縱向弛豫：1、概念：射頻脈沖的作用是使低能級(jí)的質(zhì)子獲能躍遷到高能級(jí)，即發(fā)生核磁共振現(xiàn)象?？v向弛豫為其反過(guò)程，即獲能后處于高能級(jí)的質(zhì)子釋放出能量回到低能級(jí)。我們反RF脈沖停止后，MZ由最小恢復(fù)到原來(lái)大小的過(guò)程稱縱向弛豫。磁共振物理學(xué)中，常把質(zhì)子周?chē)姆肿臃Q為晶格，因此縱向弛豫也稱自旋-晶格弛豫（spin-latticerelaxation）或T1弛豫。143磁共振物理基礎(chǔ)

2、縱向弛豫時(shí)間：

縱向弛豫時(shí)間T1

：T1=縱向磁化矢量從最小值恢復(fù)到平衡態(tài)磁化矢量63%的時(shí)間

。

縱向弛豫過(guò)程：

(4-5)

MZ為t時(shí)刻的縱向磁化矢量值，M0為平衡態(tài)的縱向磁化矢量值，t為弛豫時(shí)間。

當(dāng)t=T1時(shí)，MZ=M0(1－e-1)=

M0

63%

。4-5倍T1時(shí)間橫向磁化矢量完全消失。144磁共振物理基礎(chǔ)3、影響T1因素（1）縱向弛豫時(shí)間T1具有場(chǎng)強(qiáng)依賴性。

在較強(qiáng)磁場(chǎng)中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率較快，同種組織，B0的場(chǎng)強(qiáng)越高，

T1就越長(zhǎng)；反之則短。（2）

T1與組織分子的大小有關(guān)。

中等大小的分子（脂肪分子）弛豫較快，T1較短；大分子（蛋白質(zhì)）的熱運(yùn)動(dòng)頻率較慢，水和蛋白的弛豫較慢，T1較長(zhǎng)。

145磁共振物理基礎(chǔ)（3）T1與與其周?chē)肿拥淖杂蛇\(yùn)動(dòng)頻率有關(guān)。高能級(jí)的質(zhì)子釋放能量的速度與其周?chē)肿拥淖杂蛇\(yùn)動(dòng)頻率有關(guān)，周?chē)肿拥淖杂蛇\(yùn)動(dòng)頻率與質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率越接近，能量的釋放越快，組織的縱向弛豫就越快。周?chē)肿拥淖杂蛇\(yùn)動(dòng)頻率明顯高于或低于質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，則這種能量釋放很慢，組織的縱向弛豫所需時(shí)間就很長(zhǎng)。146磁共振物理基礎(chǔ)4、“飽和”的概念射頻脈沖激發(fā)后，縱向磁化矢量MZ被翻轉(zhuǎn)，然后MZ會(huì)慢慢恢復(fù)，但如果射頻脈沖之間的時(shí)間

t

間隔過(guò)短，則MZ僅有部分恢復(fù)，稱作部分飽和，組織信號(hào)有所降低；若縱向磁化MZ沒(méi)有恢復(fù)，稱作完全飽和，組織信號(hào)為零。147磁共振物理基礎(chǔ)148磁共振物理基礎(chǔ)五、T1值和T2值比較縱向弛豫和橫向弛豫是同時(shí)發(fā)生的，T2值比T1值短，短多少依賴于組織的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)。純水中，T2值接近于T1值；在多數(shù)組織中，

T2值比T1值短得多。149磁共振物理基礎(chǔ)T2弛豫比T1弛豫快得多150磁共振物理基礎(chǔ)151磁共振物理基礎(chǔ)152磁共振物理基礎(chǔ)關(guān)于縱向弛豫的描述，不正確的是：A．又稱自旋——晶格弛豫B．縱向磁化矢量由零恢復(fù)到最大值C．橫向磁化矢量由最大值降到零D．與T2弛豫時(shí)間有關(guān)E．與T1弛豫時(shí)間有關(guān)153磁共振物理基礎(chǔ)

答案B

154磁共振物理基礎(chǔ)加權(quán)155磁共振物理基礎(chǔ)前面幾節(jié)我們已經(jīng)知道，不同的組織存在質(zhì)子含量（質(zhì)子密度）的差別、T1值差別及T2值的差別，這正是常規(guī)MRI能夠顯示正常解剖結(jié)構(gòu)及病變的基礎(chǔ)。下面我們看看如果利用不同組織間的這些差別來(lái)顯示解剖和病變。

156磁共振物理基礎(chǔ)一、“加權(quán)”的含義：所謂加權(quán)即“突出重點(diǎn)”的意思，也即重點(diǎn)突出某方面特性。之所以要加權(quán)是因?yàn)樵谝话愕某上襁^(guò)程中，組織的各方面特性（例如：質(zhì)子密度、T1值、T2值）均對(duì)MR信號(hào)有貢獻(xiàn)，幾乎不可能得到僅純粹反映組織一個(gè)特性的MR圖像，我們可以利用成像參數(shù)的調(diào)整，使圖像主要反映組織某方面特性，而盡量抑制組織其他特性對(duì)MR信號(hào)的影響，這就是“加權(quán)”。157磁共振物理基礎(chǔ)T1T2T1T2無(wú)加權(quán)T1加權(quán)時(shí)加權(quán)的概念LiWeihua磁共振物理基礎(chǔ)T1加權(quán)成像（T1-weightedimaging，T1WI）是指這種成像方法重點(diǎn)突出組織縱向弛豫差別，而盡量減少組織其他特性如橫向弛豫等對(duì)圖像的影響；T2加權(quán)成像（T2-weightedimaging，T2WI）重點(diǎn)突出組織的橫向弛豫差別；質(zhì)子密度（protondensity，PD）圖像則主要反映組織的質(zhì)子含量差別。

159磁共振物理基礎(chǔ)二、質(zhì)子密度加權(quán)成像：質(zhì)子密度圖主要反映不同組織間質(zhì)子含量的差別。質(zhì)子密度圖很容易實(shí)現(xiàn)，以甲、乙兩種組織為例，甲組織質(zhì)子含量高于乙質(zhì)子，進(jìn)入主磁場(chǎng)后，質(zhì)子含量高的甲組織產(chǎn)生的宏觀縱向磁化矢量大于乙組織（圖12a）；90脈沖后甲組織產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)宏觀橫向磁化矢量就大于乙組織（圖12b），這時(shí)馬上檢測(cè)MR信號(hào)，甲組織產(chǎn)生的MR信號(hào)將高于乙組織（圖12c）。即質(zhì)子密度越高，MR信號(hào)強(qiáng)度越大，這就是質(zhì)子密度加權(quán)成像。160磁共振物理基礎(chǔ)abc161磁共振物理基礎(chǔ)三、T2加權(quán)成像：T2WI主要反映組織橫向弛豫的差別。以甲、乙兩種組織為例，假設(shè)這兩種組織質(zhì)子密度相同，但甲組織的橫向弛豫比乙組織慢（即甲組織的T2值長(zhǎng)于乙組織），進(jìn)入主磁場(chǎng)后由于質(zhì)子密度一樣，甲乙兩種組織產(chǎn)生的宏觀縱向磁化矢量大小相同（圖13a），90脈沖后產(chǎn)生的宏觀橫向磁化矢量的大小也相同（圖13b），

162磁共振物理基礎(chǔ)我們不馬上檢測(cè)MR信號(hào)；甲乙兩種組織的質(zhì)子將發(fā)生橫向弛豫，由于甲組織橫向弛豫比乙組織慢，到一定時(shí)刻，甲組織衰減掉的宏觀橫向磁化矢量少于乙組織，其殘留的宏觀橫向磁化矢量將大于乙組織（圖13c），這時(shí)檢測(cè)MR信號(hào)，甲組織的MR信號(hào)強(qiáng)度將高于乙組織（圖13d），這樣就實(shí)現(xiàn)了T2WI。在T2WI上，組織的T2值越大，其MR信號(hào)強(qiáng)度越大。

163磁共振物理基礎(chǔ)abcd164磁共振物理基礎(chǔ)四、T1加權(quán)成像：T1WI主要反映組織縱向弛豫的差別。我們還是以甲、乙兩種組織為例，假設(shè)這兩種組織質(zhì)子密度相同，但甲組織的縱向弛豫比乙組織快（即甲組織的T1值短于乙組織）。進(jìn)入主磁場(chǎng)后由于質(zhì)子密度一樣，甲乙兩種組織產(chǎn)生的縱向磁化矢量大小相同（圖14a），90脈沖后產(chǎn)生的宏觀橫向磁化矢量的大小也相同，我們先不去理會(huì)這種橫向磁化矢量，也不馬上檢測(cè)MR信號(hào)。165磁共振物理基礎(chǔ)射頻脈沖關(guān)閉后，甲乙兩種組織將發(fā)生縱向弛豫，由于甲組織的縱向弛豫比乙組織快，過(guò)一定時(shí)間以后，甲組織已經(jīng)恢復(fù)的宏觀縱向磁化矢量將大于乙組織（圖14b）。由于接收線圈不能檢測(cè)到這種縱向磁化矢量的差別，必須使用第二個(gè)90脈沖。166磁共振物理基礎(chǔ)第二個(gè)90脈沖后，甲、乙兩組織的宏觀縱向磁化矢量將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量，因?yàn)檫@時(shí)甲組織的縱向磁化矢量大于乙組織，其產(chǎn)生的橫向磁化矢量將大于乙組織（圖14c），這時(shí)馬上檢測(cè)MR信號(hào)，甲組織產(chǎn)生的MR信號(hào)將高于乙組織（圖14d），這樣就實(shí)現(xiàn)了T1WI。在T1WI上，組織的T1值越小，其MR信號(hào)強(qiáng)度越大。167磁共振物理基礎(chǔ)abcd168磁共振物理基礎(chǔ)K空間169磁共振物理基礎(chǔ)K空間實(shí)際上是個(gè)數(shù)學(xué)概念，比較復(fù)雜。對(duì)于放射科醫(yī)師來(lái)說(shuō)，只需要了解一些K空間的基本概念和重要特征。K空間的概念對(duì)于理解MR成像技術(shù)，特別是快速成像技術(shù)至關(guān)重要。

170磁共振物理基礎(chǔ)一、K空間的基本概念：1、K空間：也稱傅里葉空間，是帶有空間定位編碼信息的MR信號(hào)原始數(shù)據(jù)的填充空間。2、K空間線：帶有空間信息的MR信號(hào)稱為相位編碼線，也稱K空間線或傅里葉線。171磁共振物理基礎(chǔ)3、K-空間軌跡：K-空間中各點(diǎn)的數(shù)據(jù)是沿一定軌跡的順序填充的，這種按某種順序填充數(shù)據(jù)的方式稱為K-空間軌跡（傅里葉線），K-空間的填充軌跡代表了成像中MR信號(hào)的采集過(guò)程。172磁共振物理基礎(chǔ)173磁共振物理基礎(chǔ)二、K空間的基本特性：1、填充K空間中央?yún)^(qū)域的相位編碼線主要決定圖像的對(duì)比，而填充K空間周邊區(qū)域的相位編碼線主要決定圖像的解剖細(xì)節(jié)。174磁共振物理基礎(chǔ)175磁共振物理基礎(chǔ)176磁共振物理基礎(chǔ)177磁共振物理基礎(chǔ)2、K空間在Kx和Ky方向上都呈現(xiàn)鏡像對(duì)稱的特性。3、K空間陣列中每一個(gè)點(diǎn)上的信息均含有全層MR信息，而圖像陣列中的每個(gè)點(diǎn)（即像素）的信息僅對(duì)應(yīng)層面內(nèi)相應(yīng)體素的信息。178磁共振物理基礎(chǔ)179磁共振物理基礎(chǔ)180磁共振物理基礎(chǔ)下列關(guān)于K空間特性的表述，錯(cuò)誤的是（）

A、K空間某一點(diǎn)的信息，代表圖像上相應(yīng)部位的組織信息

B、K空間在相位編碼方向鏡像對(duì)稱

C、K空間在頻率編碼方向也是對(duì)稱的

D、K空間中心區(qū)域的信息代表圖像的對(duì)比

E、K空間周邊部分的信息代表圖像的解剖細(xì)節(jié)181磁共振物理基礎(chǔ)答案A182磁共振物理基礎(chǔ)三、K空間的填充方式：1、循序?qū)ΨQ填充：最常用。常規(guī)MRI序列中，K空間最常采用的填充方式為。2、中央優(yōu)先采集技術(shù)：

即掃描一開(kāi)始先編碼和采集填充Ky＝0附近的一部分相位編碼線，決定圖像的對(duì)比，然后再采集決定圖像解剖細(xì)節(jié)的K空間周邊的相位編碼線。3、其他：迂回軌跡、放射狀軌跡和螺旋狀軌跡等其他多種填充方式。183磁共振物理基礎(chǔ)4、半傅里葉采集方式：半傅里葉采集方式不采集所有的相位編碼行，僅采集正相位編碼行、零編碼以及少數(shù)幾個(gè)負(fù)相位編碼行的數(shù)據(jù)，然后利用Ｋ-空間數(shù)學(xué)對(duì)稱原理對(duì)正相位編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，最終由采集數(shù)據(jù)及復(fù)制的數(shù)據(jù)重建成一幅完整圖像。因僅采集一半多一點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以掃描時(shí)間降低了近一半。184磁共振物理基礎(chǔ)有關(guān)K空間填充方式的描述，錯(cuò)誤的是（）

A、螺旋式填充

B、放射狀填充

C、逐點(diǎn)填充

D、逐行填充

E、混合式填充185磁共振物理基礎(chǔ)答案c186磁共振物理基礎(chǔ)187磁共振物理基礎(chǔ)188磁共振物理基礎(chǔ)189磁共振物理基礎(chǔ)190磁共振物理基礎(chǔ)191磁共振物理基礎(chǔ)與空間定位無(wú)關(guān)的技術(shù)是：A．GxB．GyC．GzD．BoE．傅立葉變換192磁共振物理基礎(chǔ)

答案D

193磁共振物理基礎(chǔ)磁共振信號(hào)194磁共振物理基礎(chǔ)一、磁共振信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程：1.人體未進(jìn)入靜磁場(chǎng)，體內(nèi)氫質(zhì)子群磁矩自然無(wú)規(guī)律排列；2.進(jìn)入靜磁場(chǎng)，所有自旋的氫質(zhì)子重新排列定向，磁矩指向N或S極；3.通過(guò)射頻線圈與靜磁場(chǎng)垂直方向施加射頻脈沖，受檢部位氫質(zhì)子吸收能量并向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)和自旋；195磁共振物理基礎(chǔ)4.射頻脈沖停止，核磁弛豫開(kāi)始，氫質(zhì)子釋放吸收的能量重新回到原來(lái)自旋的方向；5.釋放的電磁能轉(zhuǎn)化為磁共振信號(hào)；6.經(jīng)梯度磁場(chǎng)做層面選擇和相位編碼及頻率編碼；7.經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理形成圖像。8.宏觀橫向磁化矢量越大，磁共振信號(hào)越強(qiáng)，圖像上的該組織的信號(hào)強(qiáng)度越高。196磁共振物理基礎(chǔ)197磁共振物理基礎(chǔ)二、磁共振信號(hào)的采集類型：1、自由感應(yīng)衰減信號(hào)2、自旋回波信號(hào)3、梯度回波信號(hào)198磁共振物