MR成像原理

--- 质子的运动方式与一个旋转着的陀螺受到撞
击时的运动相似。 这种运动为进动。
--- 进动频率依赖外磁场的场强（它们之间的关
系用Larmor 方程表示）场强越强，进动频
率越高。方向相反的质子，它们的磁力互相
抵消。
a
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小结
--- 因为有较多的质子是沿着与外磁场平 行的方向排列，因此凈磁矩纵向于外磁 场。
的作用下，纵向磁化甚至可完全消失﹝c﹞
a
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---当我们把病人放人MR 机时，质子平
行或反平行于MR 机的磁场，结果使病
人的磁场纵向于外磁场（图a）。
---施加与质子进动频率相同的RF 脉冲，
则引起两种效应：
(1)一些质子吸收能量后使纵向磁化减少
(2)质子同步化，开始以同相进动，其矢
量也在横向于外磁场的方向上迭加起来，
产生横向磁化。
---总之，RF 脉冲引起纵向磁化减少，
产生一个新的横向磁a 化
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弛 豫 现 象（relaxation）
RF 脉冲一旦中止，由脉冲引起的系 统改变，很快就回到原来静止时的 状态， 即发生弛豫。新建立起来的 横向磁化开始消失此过程称为横向 弛豫, 纵向磁化恢复到原来的大小 这一过程称为纵向弛豫
a
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在RF 脉冲中止后，质子失去相位一致性、失去同 步化。当您从上面整体地来看这些失相位的质子时 （画在图的下部），就会看到质子如何呈扇形散开。 呈扇形散开时，指向同一方向越来越小， 因而横向磁化减少。
a
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在RF 脉冲中止后，以横向磁化对时间 画一曲线，就可以得到一条像图上所画 的曲线，称为T2 曲线
a
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当 施 加
RF 脉 冲 后， 质 子 会 发 生 什 么 变 化 呢？
﹝a﹞ 射频脉冲与质子交换能量， 一些质子被升到一个较高的 能级水平 如图﹝b﹞中指向下方的两个质子
﹝b﹞实际上Z 轴磁化减少，因为指向下方的质子“中和”等数 目的指向上方的质子。纵向磁化从6减到2
a
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正常情况下，无线电波对质子产生两种效应：它把一些质子升
a
7
小结 ---质子带正电荷，具有自旋性。因此它们 有一个磁场，可看作是一个小磁棒。 ---把质子放入强磁场时，它们就沿着外磁 场的方向排列，一些平行（指向上）， 一 些反平行（指向下）。 --- 质子并非静止不动，而是围绕着磁力线 进动，外磁场越强，进动频率越高，它们 之间的关系可用Larmor 方程说明。
它不能被直接测得。
a
9
把病人放入磁体后发生了什么呢？
我们给病人发射一个短促的电
磁波，称之为射频脉冲﹝RF脉冲﹞,
其目的是要扰乱沿外磁场方向宁静
进动的质子。并非任何一种RF 脉冲
都能扰乱质子的排列状态。对此，
我们需要一个特殊的、能够与质子
交换能量的RF 脉冲a 。
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当质子频率与射频脉冲频率相同时
到较高的能级水平﹝它们指向下方﹞，它也引起质子同步、同
相运动。前者导致Z 轴，即纵向磁化减少，后者在X-Y 平面上
产生一个新的磁化﹝→﹞，即横向磁化，它随着进动的质子而
运动
a
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把病人置入强外磁场中，沿着外磁场方向产生一个
新的磁矢量﹝a﹞。施加RF 脉冲后，产生一个新
的横向磁化，而纵向磁化减少﹝b﹞。在RF 脉冲
---与质子进动频率相同的射频脉冲，能 引起共振，把能量传给质子，致使较多 的质子处于反平行状态，这就中和／抵 消了平行状态的质子。结果：纵向磁化 减少。
场互相抵消﹝a﹞，因此，实际上仅看到4 个未抵
消的质子﹝b﹞。
a
4
余下的质子处于相
反方向时(如A 与
A’ )，其磁力互相抵
消。除沿外磁场方
向的Z 轴外都是如
此。实际上，最后
剩下的是一个顺着
外磁场方向的磁矢
量（图 中Z 轴上的
箭头），这个矢量
是指向上方质子矢
量的总和。
a
5
把病人置入强外磁场中，可诱发一个新的 磁矢量，从而使病人本身成为一个磁体， 这个磁矢量与外磁场平行
a
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中断RF 脉冲后，质子从高能状态返回到低能 状态，重新指向上方，结果纵向磁化增加， 恢复到原来的数值
a
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在RF 脉冲中止后，以纵向磁化对时间画成曲 线，就得到T1 曲线。纵向磁化恢复到原来数 值所经历的时间，称为纵向弛豫时间，也简称 为T1。实际上，T1 并非一个确切时间，而是 一个时间常数
这意味着把一个病人放 进MR 机磁体内，病人 本身成为一个磁棒， 即 有他自己的磁场。因为 这种磁化是沿着外磁场 纵轴方向，故称之为纵 向磁化
a
6
病人的新磁矢量是顺着 外磁场的方向，沿着外 磁场的磁力线，称之为 纵向。实际上， 这正是 我们可以用来获得信号 的磁矢量。如果我们能 够测量病人的这种磁 化该有多好，但很可惜， 我们不能测到这个磁力， 因为它平行于外磁场， 与外磁场处于同一方向
a
8
小结
--- 反平行与平行质子的磁力可互相抵消。
但有多余的平行的处于低能级的质子
（“指向上方”）残留下来，它们的磁力
不被抵消。这些质子都指向上方，它们的
磁力迭加起来指向外磁场的方向。因此,
当我们把病人放入MR 磁体内时， 病人
有自己的磁场， 这一磁场纵向于MR 磁
体磁场（如图7 及8）因为是纵向，所以，
磁共振成像原理
要点 介绍坐标系 磁共振的物理基础 MRI的成像原理
a
1
介绍坐标系
---Z 轴代表磁力线。
---小箭头代表质子的 矢量。一个矢量代表 着某一方向的一定量 的力， 我们图中矢量 的力为磁力。
a
2
使用坐标系较易描述磁场内运动的质子， 也不必画外部Байду номын сангаас体
a
3
5 个“指”向下方的质子与5 个“指”向上方的质子磁
就能进行能量交换
a
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共 振现象
---质子有进动频率， 这一频率可由Larmor 方程算 出。只有当RF 脉冲与质子频率相同时，质子才能 从无线电波中吸收一些能量，这种现象称 为共振（磁共振中，“共振”一词就是来源于此）
---以音叉为例来说明共振。设想在一个房间内有各 种各样的音叉，音叉的频率是a、e 和d。一个人 带着一个“a”频率的发声的音叉走进来，那些“a” 音叉（ 也只有这些音叉）接收能量后开始振动， 突然发出声音，这一现象称为共振。
a
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把T1 与T2 曲线连接起来，类似一座具 有斜坡的山，登山比滑下去或跳下去 所用的时间要长。这有助于记住正常情 况下T1 长于T2
a
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小结
--- 质子像小磁棒。
--- 在外磁场里，质子的排列方式是平行或反平
行于外磁场。
-- 低能状态（平行）的排列方式占优势，因此
有较多的质子以此种方式排列。