《脑成像原理》第4讲弛豫和共振信号的检测
磁共振成像原理与检查技术(医学影像技术)
骨关节系统疾病诊断
关节病变
磁共振成像能够清晰地显示关节 软骨、肌腱、韧带等结构，对于 诊断关节炎、肌腱炎等关节病变
具有很高的准确性。
骨骼肿瘤
磁共振成像可以发现骨骼肿瘤的存 在，并评估肿瘤的性质、范围和程 度，为制定治疗方案提供依据。
脊柱疾病
对于腰椎间盘突出、颈椎病等脊柱 疾病，磁共振成像能够提供详细的 病变信息，有助于医生制定合适的 治疗方案。
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04
CATALOGUE
磁共振成像的优缺点
优点
软组织对比度高
磁共振成像能够提供高分辨率 的软组织图像，有利于观察和
诊断各种软组织病变。
无辐射损伤
磁共振成像不涉及X射线或放射 性核素等放射性物质，因此对 患者的身体无辐射损伤。
任意平面成像
磁共振成像可以在任意平面进 行成像，有助于多角度观察病 变，提高诊断的准确性。
液体衰减反转恢复序列（FLAIR）
用于检测脑部病变，特别是对脑白质病变和脑脊液的显示效果较好。
扩散加权成像（DWI）
用于检测组织中的水分子扩散运动，常用于脑部和腹部疾病的诊断。
功能成像序列
1 2
灌注加权成像（PWI）
用于评估组织血流灌注情况，常用于脑缺血的诊 断。
磁敏感加权成像（SWI）
用于检测组织磁敏感性的差异，常用于脑部疾病 的诊断。
脑部肿瘤
神经退行性疾病
利用磁共振成像技术可以清晰地显示 肿瘤的位置、大小和形态，有助于医 生对脑部肿瘤进行诊断和评估。
如阿尔茨海默病、帕金森病等，磁共 振成像技术可以观察到脑部结构和功 能的异常，有助于这些疾病的早期诊 断和病情监测。
脑血管疾病
磁共振血管成像技术可以无创地评估 脑血管状况，发现脑血管狭窄、动脉 瘤等病变，对于诊断和预防脑血管疾 病具有重要意义。
t1弛豫名词解释
t1弛豫名词解释
在物理学和材料科学领域，"T1弛豫"通常指的是核磁共振（NMR）或核磁共振成像（MRI）中的纵向弛豫时间（Longitudinal Relaxation Time），也被称为"自旋-晶格弛豫时间"。
T1 弛豫时间的名词解释：
●定义：T1 弛豫时间是指在核磁共振实验中，样品中的原子核在外加的磁场中由非平衡
状态（例如受到射频脉冲扰动后）返回到平衡状态所需的时间。
●弛豫过程：T1 弛豫是核磁共振中的一种弛豫过程，其中磁化矢量沿着磁场方向逐渐恢
复到平衡状态。
这个过程与原子核与其周围环境相互作用有关。
●影响因素：T1 弛豫时间受到样品的性质、温度以及外部磁场的影响。
不同类型的原子
核在同一样品中具有不同的T1 弛豫时间。
●测量：T1 弛豫时间可以通过不同的核磁共振实验方法进行测量，例如反转恢复实验。
这些实验生成的信号随时间变化，从而允许研究者计算T1 弛豫时间。
●应用：T1 弛豫时间的测量在核磁共振成像（MRI）等领域中具有重要意义。
不同组织
或物质的T1 弛豫时间不同，这为图像对比提供了基础，有助于生成高对比度的影像。
总体而言，T1 弛豫时间是核磁共振技术中的一个关键参数，对于理解样品中核自旋行为、提高成像质量以及在医学领域中进行组织成像都具有重要作用。
磁共振弛豫时间
磁共振弛豫时间磁共振弛豫时间（T1和T2）是磁共振成像（MRI）技术中的重要参数，它们反映了物质的磁共振行为和组织的特性。
本文将从磁共振弛豫时间的定义、测量方法、影响因素以及在医学领域的应用等方面进行介绍。
磁共振弛豫时间是指在磁场作用下，物质从激发态回到基态所需的时间。
根据磁共振理论，当外加磁场作用下，物质中的原子核会发生磁共振现象，其能量从基态跃迁到激发态，并在一定时间后返回基态。
这个返回过程就是弛豫过程，而弛豫时间就是描述这个过程的重要参数。
测量磁共振弛豫时间有多种方法，常用的有脉冲序列法和自旋回波法。
脉冲序列法是通过给样品施加一系列的短脉冲，然后观察样品对这些脉冲的响应来测量弛豫时间。
而自旋回波法是通过在脉冲后给样品施加一个180°的脉冲，使得样品的回波信号与初始信号相消。
通过测量回波信号的幅度随时间的变化，可以得到磁共振弛豫时间。
磁共振弛豫时间受多种因素的影响，其中包括分子运动、物质的化学成分和物理性质等。
分子运动是影响弛豫时间的重要因素之一，分子的旋转和扩散会导致弛豫时间的改变。
此外，不同原子核的弛豫时间也有所差异，这与原子核的自旋、电荷以及周围环境的影响有关。
在医学领域，磁共振弛豫时间具有重要的应用价值。
通过测量组织的磁共振弛豫时间，可以获取关于组织的信息，如组织的形态、结构、功能以及病理变化等。
例如，磁共振弛豫时间在癌症的诊断和治疗中起着重要作用。
癌细胞和正常细胞的磁共振弛豫时间差异较大，可以通过测量磁共振弛豫时间来区分癌细胞和正常细胞，从而实现早期诊断和治疗。
磁共振弛豫时间还可以用于研究神经系统的功能和疾病。
神经元的磁共振弛豫时间与神经元的活动状态和代谢有关，通过测量神经元的磁共振弛豫时间，可以了解神经元的功能活动和疾病变化，如脑卒中、阿尔茨海默病等。
磁共振弛豫时间是磁共振成像技术中的重要参数，它反映了物质的磁共振行为和组织的特性。
通过测量磁共振弛豫时间，可以获取关于组织的信息，如组织的形态、结构、功能以及病理变化等。
核磁共振驰豫时间及T2谱
什么是核磁共振驰豫时间和T2谱北京拉莫尔科技发展有限公司使用或接触过核磁共振设备的朋友们，可能都会碰到驰豫时间或T2谱的概念，只有在充分理解它们的物理意义后才能更好地使用它们，因此，今天小编就来为大家科普一下这方面的专业知识。
核磁共振现象发生的基本条件有两个：一是原子核在静磁场中要能发生能级分裂，能满足这种条件的同位素其实有很多，只要原子核的质子数和中子数不全为偶数即可，其中氢原子核（即质子）是最常见的研究对象。
二是发射特定频率（业内又把该频率称为拉莫尔频率）的电磁波使低能级的原子核能吸收电磁波能量跃迁到高能级的状态。
那什么是驰豫（Relaxation）呢，从字面上理解就是“松弛下来”的意思，它表示体系从一种非平衡态向平衡态转变的过程。
我们知道任何体系都会自发地从非平衡态向平衡态过渡：比如样品刚放进磁体中时，由于原子核的磁矩开始是无规则地杂乱无章排列着的，实际上此时体系正处于一种非平衡态。
由于在外磁场的作用下，磁矩会慢慢地沿着磁场方向进行有序排列，从而达到被磁化后的平衡态，这就是一个典型的驰豫过程，在核磁共振领域它又被称为纵向驰豫过程。
图1：原子核磁矩从无规则排列到有序排列在沿着外磁场方向上的磁化矢量Mz随时间t的变化关系是一个e指数的演化行为，如下图2所示的就是磁化矢量随时间的演化过程，特征时间T1就被称为纵向驰豫时间或自旋-晶格驰豫时间（因为它表征了原子核与晶格环境交换能量的过程）：图2：沿外磁场方向的磁化矢量Mz 的演化过程原子核在磁场中被磁化仅仅是产生核磁共振的条件之一，第二个条件则是施加一个特定频率的电磁波来激发原子核，使得磁矩从原来的平行于外磁场（Z 轴）变成垂直于外磁场方向（XY 方向），由于原来的平衡态，XY 方向上没有磁化矢量，而现在XY 方向存在磁化矢量，所以体系在射频电磁波的激发下达到了一个新的非平衡态。
在撤去射频电磁波后，体系将经过一个新的驰豫过程，称之为横向驰豫或自旋-自旋驰豫，重新回到XY 方向磁化矢量为零的平衡态。
磁共振成像技术的原理和应用
磁共振成像技术的原理和应用磁共振成像技术（MRI）是一种先进的医学成像技术，利用强烈的磁场和无害的无线电波，产生高清晰度的图像。
MRI技术广泛应用于医学诊断，不仅可以提高医生的诊断准确性，还可以避免不必要的手术，节约医疗资源。
本文将介绍MRI技术的原理和应用。
一、磁共振成像技术的原理MRI技术是基于磁共振效应的原理设计的。
磁共振效应是指当一个原子核处于强磁场中时，原子核会产生一个自旋磁矩，该自旋磁矩会和磁场发生相互作用。
如果外加一个无线电波，它会使相邻原子核的自旋磁矩同步变化，这个过程称为共振。
当外加的无线电波停止工作时，原子核的自旋磁矩会回到初始状态，这个过程叫做弛豫。
弛豫的速度取决于组织类型和组织状态，不同的组织类型和状态会有不同的弛豫时间。
MRI技术利用磁共振效应来获取图像。
首先，患者被放置在强磁场中的MRI机器里，MRI机器可以产生强磁场。
然后，磁共振成像机器会向患者施加短时、高幅度的无线电波。
这些无线电波会刺激原子核自旋磁矩，在无线电波的频率下发生共振。
当这些无线电波停止工作时，自旋磁矩会返回原始状态，并释放能量。
这个能量被接收线圈捕捉，并转化为二维或三维的图像。
这些图像可以显示人体内的不同组织类型，例如脑组织、骨骼、肌肉、心脏等。
二、磁共振成像技术的应用1.诊断癌症MRI技术可以提供高质量的图像，对于诊断癌症具有重要意义。
MRI技术可以检测患者身体内的肿瘤，判断它们的大小、位置和类型。
这些图像可以为医生提供有关肿瘤的有关信息，以便确定正确的治疗方式。
2.运动损伤诊断MRI技术可以检测身体内软组织和骨骼的病变，对于诊断运动损伤具有重要意义。
当运动损伤发生时，MRI可以识别韧带、肌肉和软骨组织的损伤。
MRI还可以确定骨折的类型、位置和严重程度。
3.诊断中枢神经系统疾病MRI技术可以提供非常详细的图像，对于诊断中枢神经系统疾病具有重要意义。
对于诊断脑卒中、癫痫等疾病，MRI是不可或缺的工具。
弛豫与弛豫时间 在磁共振现象中
弛豫与弛豫时间在磁共振现象中，终止射频脉冲后，质子将恢复到原来的平衡状态，这个恢复过程叫弛豫。
弛豫分为纵向弛豫和横向弛豫两种。
（1）纵向弛豫和纵向弛豫时间：人体在MR机磁体内可产生一个沿外磁场纵轴（Z轴）方向的总磁矩，成为纵向磁化。
发射射频脉冲后，纵向磁化消失为零。
停止射频脉冲，纵向磁化逐渐恢复至原磁化量的63%，所需时间成为纵向弛豫时间，简称T1. （2）横向弛豫和横向弛豫时间：发射的射频脉冲还使振动的质子做同步同速运动，处于同相位，这样，质子在同一时间指向同一方向，形成横向磁化。
停止射频脉冲，振动的质子处于不同相位，横向磁化逐渐消失至原磁化量37%，所需时间成为横向弛豫时间，简称T2.在磁场强度一样的条件下，同一种质子的T1和T2从理论上是一样的。
（3）MRI成像：每个体素中氢质子的含量不同，氢质子受周围环境影响也会改变弛豫时间，这样虽然均称为氢质子成像，但含有不同的组织的体素之间会产生弛豫时间的差别。
即同为氢质子，静磁场强度也一致，但因组织结构的差别，造成氢质子之间弛豫时间的差别，把这些弛豫时间的差别用电信号记录下来并且数字化，就成为磁共振成像的基础。
实际过程是在人为旁边安装接受线圈，在质子弛豫过程中接受线圈受到感应产生电信号，弛豫的快慢决定了信号的强弱。
记录每个像素信号的强弱变化并将其定位，经过计算机的处理就形成黑白差别的磁共振图像。
核磁共振的两种弛豫过程
核磁共振的两种弛豫过程1.引言1.1 概述核磁共振（NMR）是一种重要的科学技术方法，被广泛应用于物理学、化学、生物学等领域。
它基于原子核在外加磁场中的行为，通过测量其发出的辐射信号来获取样品的结构和性质信息。
在核磁共振中，弛豫过程是一种重要的现象。
弛豫是指系统从非平衡状态趋向平衡状态的过程，可以分为自发弛豫和受激弛豫两种类型。
自发弛豫是指由于系统内部相互作用导致的能量损失和相位耗散，而受激弛豫则是外界干扰下系统对能量进行响应的过程。
在核磁共振中，自发弛豫和受激弛豫过程对信号的形成和检测起着至关重要的作用。
自发弛豫过程会导致信号的衰减和相位的演化，而受激弛豫过程则可以被外界的射频场所操控。
本文将重点探讨核磁共振中的两种弛豫过程，即自发弛豫和受激弛豫。
通过对弛豫过程的原理和概念的介绍，将深入探讨这两种过程在核磁共振中的应用和影响。
此外，本文还将对这两种弛豫过程进行比较和讨论，以期加深对核磁共振中弛豫过程的理解和认识。
弛豫过程在核磁共振领域中具有重要的意义，对于数据处理、成像和谱图解析等方面都起到至关重要的作用。
因此，对于弛豫过程的深入研究和理解，对于核磁共振技术的发展和应用具有重要的意义。
接下来，本文将首先介绍弛豫过程的概念和原理，然后详细讨论核磁共振中的弛豫过程。
最后，我们将总结弛豫过程的重要性，并对两种弛豫过程进行比较和讨论，从而对核磁共振中的弛豫过程有更深入的了解。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文将对核磁共振的两种弛豫过程进行详细介绍和分析。
文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将首先对本文的主题进行概述，介绍核磁共振和弛豫过程的一般背景和基本原理。
随后，我们将介绍本文的结构和目的，以帮助读者了解文章的整体框架和内容。
在正文部分，我们将首先对弛豫过程的概念和原理进行详细的阐述，包括其定义、分类和基本原理。
接着，我们将重点介绍核磁共振中的两种弛豫过程，包括自旋网络弛豫和横向弛豫。
低场核磁弛豫时间
低场核磁弛豫时间低场核磁弛豫时间是核磁共振（NMR）技术中的一个重要参数，它可以用来研究物质的结构和动力学性质。
本文将从低场核磁弛豫时间的定义、测量方法、应用领域等方面进行介绍，以便读者对其有更深入的理解。
一、低场核磁弛豫时间的定义低场核磁弛豫时间是指核磁共振信号从激发到恢复原始强度所需的时间。
它反映了核自旋间的相互作用和动力学过程。
低场核磁弛豫时间可以分为纵向弛豫时间（T1）和横向弛豫时间（T2）。
纵向弛豫时间描述的是核自旋从激发状态返回到平衡状态的过程，而横向弛豫时间则描述的是核自旋在平衡状态下的相互作用和失去相干性的过程。
测量低场核磁弛豫时间的方法有很多种，常见的有脉冲序列法和连续波法。
脉冲序列法是通过给样品施加一系列的磁场脉冲，观察核磁共振信号的衰减过程来测量弛豫时间。
连续波法则是通过改变激发脉冲的频率和幅度来测量核磁共振信号的强度变化，从而得到弛豫时间。
三、低场核磁弛豫时间的应用领域低场核磁弛豫时间在许多领域都有广泛的应用。
在生物医学领域，低场核磁弛豫时间可以用来研究生物分子的结构和动力学性质，如蛋白质的折叠过程、核酸的双螺旋结构等。
在材料科学领域，低场核磁弛豫时间可以用来研究材料的磁性和电子结构，如磁性材料的磁矩、半导体材料的载流子动力学等。
在化学领域，低场核磁弛豫时间可以用来研究化学反应的动力学过程，如化学平衡的转变、化学反应速率的变化等。
四、低场核磁弛豫时间的意义和前景低场核磁弛豫时间作为核磁共振技术中的一个重要参数，对于研究物质的结构和动力学性质具有重要意义。
它不仅可以提供物质的微观信息，还可以揭示物质的宏观性质和功能。
随着核磁共振技术的发展和应用的广泛，低场核磁弛豫时间的研究将在各个领域取得更多的突破和应用。
低场核磁弛豫时间作为核磁共振技术中的一个重要参数，对于研究物质的结构和动力学性质具有重要意义。
它的测量方法多样，应用领域广泛，并且具有重要的意义和前景。
通过深入了解低场核磁弛豫时间，我们可以更好地理解物质的性质和行为，为科学研究和应用开发提供重要的支持和指导。
t1wi原理
T1WI（T1加权成像）是一种常用的核磁共振成像（MRI）技术，它基于核磁共振信号的T1弛豫时间差异来获取图像信息。
T1WI广泛应用于医学领域，能够提供人体组织的详细结构和病理信息，对于诊断和治疗具有重要意义。
本文将介绍T1WI的原理、成像过程和应用。
一、核磁共振（NMR）原理核磁共振是一种基于原子核的物理现象，通过对原子核进行激发和探测，可以获得有关样本的丰富信息。
核磁共振现象的产生与原子核的自旋和磁矩有关。
在外加静态磁场的作用下，原子核的自旋沿着磁场方向取向，形成一个微小的磁矩。
当外加射频脉冲短暂作用于样品时，会改变原子核的自旋状态，使其发出特定频率的信号。
通过对这些信号进行处理和分析，可以获得相关的图像和谱线。
二、T1弛豫时间T1弛豫时间是指原子核自发恢复到平衡态的过程。
在外加射频脉冲作用后，原子核的自旋状态会发生改变，但随着时间的推移，自旋会重新回到与静态磁场平行的方向，这个过程称为弛豫。
T1弛豫时间是指自旋恢复到初始状态所需的时间。
不同组织和物质具有不同的T1弛豫时间，这是利用T1WI进行成像的基础。
三、T1WI成像过程T1WI的成像过程主要包括以下几个步骤：1. 静态磁场：首先建立一个强大且稳定的静态磁场，使样本中的原子核自旋取向与之平行。
2. 射频激发：通过发送特定频率和幅度的射频脉冲，改变原子核的自旋状态。
这个过程称为射频激发。
3. T1弛豫：在射频激发后，原子核开始逐渐恢复到平衡态。
恢复的速度和时间与组织类型和性质有关。
4. 信号检测：利用接收线圈探测原子核发出的信号，并将其转化为电信号。
5. 数据采集和图像重建：通过采集一系列的信号数据，利用数学算法对原始数据进行处理和重建，最终得到T1WI图像。
四、T1WI应用T1WI在医学诊断中具有广泛的应用价值。
它可以提供人体组织的详细结构、病理信息以及组织的强化程度。
以下是T1WI常见的应用领域：1. 肿瘤诊断：T1WI可以显示肿瘤的形态、大小和位置，并辅助判断肿瘤的良恶性。
磁共振弛豫时间
磁共振弛豫时间磁共振弛豫时间（T1和T2）是磁共振成像（MRI）技术中的重要参数，它们对于成像质量和临床应用具有重要的影响。
本文将详细介绍磁共振弛豫时间的概念、原理和应用。
磁共振弛豫时间是指在磁场中，磁共振信号从激发状态恢复到平衡状态所需要的时间。
根据不同的弛豫过程，磁共振弛豫时间可以分为纵向弛豫时间（T1）和横向弛豫时间（T2）。
T1是指磁共振信号从激发状态恢复到63%的平衡状态所需的时间，它反映了核磁共振信号的纵向弛豫过程。
T2是指磁共振信号衰减到初始强度的37%所需的时间，它反映了核磁共振信号的横向弛豫过程。
磁共振弛豫时间的测量是通过改变激发脉冲的参数来实现的。
在磁共振成像中，通过对样品进行一系列的激发脉冲，可以得到一组信号，然后通过对这组信号进行处理和分析，就可以得到样品的T1和T2值。
这些数值可以用来描述样品的组织特性，如脂肪含量、水含量、纤维方向等。
磁共振弛豫时间在医学影像学中具有广泛的应用。
首先，它可以用于诊断和评估各种疾病。
例如，在神经影像学中，可以利用T1和T2测量脑组织的异常变化，如肿瘤、炎症和脑梗死等。
其次，在肌肉骨骼影像学中，T1和T2可以用来评估肌肉和骨骼组织的结构和功能，以帮助诊断和治疗肌肉骨骼疾病。
此外，磁共振弛豫时间还可以用于研究人体器官的生理和代谢过程，如水分代谢、血流动力学等。
除了医学影像学外，磁共振弛豫时间还在其他领域有着重要的应用。
在材料科学中，磁共振弛豫时间可以用来研究材料的结构和性能。
例如，在聚合物材料研究中，可以通过测量T1和T2来评估聚合物的分子运动和分子排列方式。
在地球科学中，磁共振弛豫时间可以用来研究地质样品的岩性、孔隙度和渗透性等。
磁共振弛豫时间是磁共振成像技术中的重要参数，它可以用来评估样品的组织特性和疾病变化。
通过测量和分析T1和T2值，可以获得丰富的信息，对于临床诊断、医学研究和材料科学等领域具有重要意义。
未来随着磁共振成像技术的不断发展和完善，磁共振弛豫时间的应用将更加广泛，为人们带来更多的健康和科学福祉。
脑磁共振波谱成像技术及应用课件
图像重建原理
信号采集
通过预设的扫描序列，对选定区 域进行多角度、多层面扫描，获
取大量的原始数据。
数据处理
对原始数据进行预处理、滤波、傅 里叶变换等操作，提取出有用的信 息。
图像重建
根据处理后的数据，利用图像重建 算法，脑磁共振波谱成像技术的应用领 域
神经科学研究
神经元代谢物研究
药物研发与疗效评估
药物作用机制研究
通过观察药物对大脑代谢的影响，有助于深入了解药物的疗效和 作用机制，加速新药的研发进程。
药物疗效评估
在临床试验阶段，利用磁共振波谱成像技术评估药物的疗效，有助 于筛选有效药物和优化治疗方案。
个体化用药指导
根据患者的代谢特征和药物反应，指导个体化的用药方案，提高药 物的疗效和安全性。
定义
脑磁共振波谱成像技术是一种非侵入性的检查方法，通过测量人体组织内化学 物质的核磁共振信号，以反映组织代谢和生化变化。
原理
利用不同化学物质在磁共振磁场中的共振频率和弛豫时间的不同，通过射频脉 冲激发和检测组织内的氢质子信号，从而获得组织内的代谢物浓度和分布信息 。
技术发展历程
1970年代
磁共振成像技术诞生，开始应 用于医学领域。
预扫描
进行预扫描以确定最佳的实验 参数。
定位扫描
确定感兴趣的脑区并进行定位 。
数据采集
采集脑组织的代谢物信号。
数据处理
对采集到的数据进行预处理、 分析和解读。
安全防护与注意事项
磁场安全
确保受试者体内无金属 异物，避免产生磁悬浮
等危险。
噪声防护
实验过程中应采取措施 降低噪声，保护受试者
的听力。
辐射防护
1980年代
核磁共振成像原理
第三节核磁共振成像原理一、磁共振信号在弛豫过程中通过测定横向磁化矢量Ｍｘｙ可得知生物组织的磁共振信号。
横向磁化矢量Ｍｘｙ垂直并围绕主磁场Ｂ０以Larmor频率旋进，按法拉第定律，磁矢量Ｍｘｙ的变化使环绕在人体周围的接收线圈产生感应电动势，这个可以放大的感应电流即ＭＲ信号。
90°脉冲后，由于受Ｔ１、Ｔ２的影响，磁共振信号以指数曲线形式衰减，称为自由感应衰减（ free induction decay，ＦＩＤ），如图5-14。
图5-14 自由感应衰减信号磁共振信号的测量只能在垂直于主磁场的ＸＹ平面进行。
由于脉冲发射和接收生物组织原子核的共振信号不在同一时间，而射频脉冲和生物组织发生的共振信号的频率又是一致的，因此,可用一个线圈兼作发射和接收。
由于Ｍｘｙ指向或背向接收线圈，ＭＲ信号或正或负，横向磁化矢量转动，在接收线圈中出现周期性电流振荡，这些振荡为正弦波并逐渐阻尼（阻尼指信号幅度随时间减弱），幅度的变化可用信号演变来表示。
由于质子和质子的相互作用（spin-spin），自由感应衰减的时间为Ｔ２，质子和质子间的相互作用以及磁场不均匀性的影响，自由感应衰减的时间为Ｔ′2，Ｔ′２显著短于Ｔ２。
在一个磁环境中，所有质子并非确切地有同样的共振频率。
在一个窄频率带，自由感应衰减信号代表叠加到一起的正弦振荡，用数学方法（傅里叶变换）可把这一振幅随时间而变化的函数变成振幅按频率分布而变化的函数，后者即ＭＲ波谱，见图5-15。
图5-15 傅立叶变换振幅随时间而降低的正弦信号经傅里叶变换后用窄细的钟形波为代表。
由于振幅演变的起始值取决于横向磁矩，而该磁矩又取决于特定组织体素（voxel）中受激励原子核的数目，因此波峰高度（信号强度）代表质子密度Ｎ（Ｈ），如质子群为纯水且主磁场又很均匀，则质子群共振频率只有１个，钟形波为一直线。
如由于质子群的自旋－自旋作用及磁场不均匀性的影响，在频率域座标上就不是一直线，而表现为一钟形波，其宽度与Ｔ′２成反比，即钟形波越宽，Ｔ′２越短，而钟形波最宽处为其共振频率。
核磁共振成像原理：核自旋在磁场中的行为
核磁共振成像原理：核自旋在磁场中的行为核磁共振成像（MRI）是一种医学影像学技术，其原理基于核自旋在强磁场中的行为。
以下是核磁共振成像的基本原理：1. 核自旋的基本特性：核自旋：原子核包含质子和中子，其中质子具有自旋。
在外加磁场中，核自旋具有磁矩，类似于一个微小的磁铁。
磁矩方向：在没有外界磁场的情况下，核自旋的磁矩方向是随机的。
2. 外加强磁场：强静磁场：患者置于强静磁场中，通常为数千至数万高斯的磁场。
这个磁场使得患者体内的核自旋磁矩趋向于沿磁场方向排列。
3. 射频激射：射频脉冲：使用射频脉冲垂直于静磁场方向，将核自旋的磁矩推到垂直于静磁场的平面。
激发共振：射频脉冲的频率与特定核的共振频率匹配，使得这些核自旋共振激发。
4. 自由进动和回弹：自由进动：在射频场的作用下，共振的核自旋开始绕静磁场进动。
信号的发射：当射频脉冲停止后，核自旋开始自由进动，产生一个旋转的磁场，发射出一个射频信号。
5. 信号检测与图像重建：梯度磁场：使用梯度磁场，通过在不同位置应用不同的磁场梯度，使得来自不同位置的核自旋发射的信号具有不同的频率。
信号检测：探测器（RF接收线圈）接收核自旋发射的信号，并将其转化为电信号。
图像重建：通过对接收到的信号进行数学处理，可以重建出体内不同位置的核自旋分布，形成图像。
6. 成像参数：T1和T2加权成像：核磁共振信号的强度受组织的T1和T2弛豫时间的影响，MRI可以获得T1加权和T2加权图像。
7. 应用：组织对比： MRI能够提供高对比度的软组织图像，常用于大脑、关节、脊柱等结构的诊断。
核磁共振成像通过利用核自旋在强磁场中的行为，实现了对人体内部结构的高分辨率成像，而且不涉及有害辐射。
这使得MRI成为医学上一种重要的非侵入性影像学技术。
核磁共振成像的弛豫机理
翻转角的计算公式为：
1 B1
式中，B1为射频脉冲中磁场B1的大小，τ 为射频脉 冲持续作用时间，γ 为质子的旋磁比
通过改变脉冲磁场的大小，作用时间来改变偏转角 的大小。
使M0产生θ 偏转角的射频脉冲称为θ 角脉冲，其中 以Pi/2脉冲最为常用
部分翻转情况下纵向磁 化强度矢量和横向磁化 强度矢量大小Mz，Mxy 分别为：
0.5T和1.5T磁场下部分组织的纵向弛豫时间
组织 0.5T下的纵 1.5T下的纵 T1比率 向弛豫时间 向弛豫时间 （1.5T/0.5 T） 74000 74000 1.0
脑脊液
骨骼肌肉
灰质 肝脏 脂肪组织
600
656 323 215
870
920 490 260
1.5
1.4 1.5 1.2
横向弛豫过程
研究弛豫时间的作用
横向和纵向弛豫时间决定了射频脉冲结束一 段时间后，纵向和横向磁化的恢复和衰减状 况 它们将影响接收到的信号强度，而信号强度 代表MRI图像中的灰度，通过接收到信号强 度的不同，我们就可以区分不同的组织，用 于临床的检测
谢谢！
核-电子弛豫、四级作用弛豫、自旋转动弛豫、化 学位移各向异性弛豫、标量弛豫
3.
对于同一组织，在不同的磁场作用下，常数 的大小也不相同。外磁场增大，常数也增大。
从理论上来说，从Mz恢复到M0需要的时间是无穷 长的时间，然而，当t=5T1时，纵向磁化强度矢量 Mz已经恢复了99.33%，非常接近于M0。 因此在实际中我们用5T1表示Mz恢复到它初始磁 化矢量M0所需的时间。 T1的大小取决于外磁场和质子与周围环境之间的 相互作用（即组织的性质）。 纵向弛豫时间是组织的固有特性，在外磁场给定 以后，不同生物组织都有不同的弛豫时间。
核磁共振实验中的弛豫时间测量
CP vs CPMG
CP序列的180°脉冲方向为x方向，要求180°脉
冲长度极其精准，否则会出现积累误差，当回波 链很长时，得出的T2显著偏小。 CPMG序列修正了这个问题，将180°脉冲放到了 y方向，因此即使180°脉冲不够精确，序列也能 自行进行修正，保证误差在内部被抵消，提高测 量精度。
硬脉冲CPMG序列测量T2 实验结果
回波链长度=1000, 累加次数=30 T2=208.95ms, T2=52.73ms
Thank you !
硬脉冲CPMG序列测量T2
通过连续施加多个180〫 脉冲产生多个回波 信号，回波信号的幅值（包络线）衰减
指数衰减的包络线进行拟合，才能得出横向弛 豫时间的数值
硬脉冲CPMG序列测量T2 实验结果
回波点数=200 单组份拟合，拟合曲线明显不准确
硬脉冲CPMG序列测量T2 实验结果
双组份拟合 T2=55.76ms, T2=208.86ms
核磁共振实验中的弛豫时间测量
核磁共振与FID信号
原子核也有自旋 宏观磁化强度M沿B0方向 X方向射频场改变M的方向 倾斜角度与与脉冲的长度有关 由于多种弛豫机制，M回到平衡 探测到一个衰减信号
什么叫“弛豫”
弛豫(relaxation)代表松弛，舒张，放松 受到外界刺激后恢复到平衡状态的过程 自然界的普遍属性，但有快有慢——弛豫时间 NMR——它描述了核自旋“忘记”原有状态 的速度有多快 不同的物质有固有的弛豫时间 纵向弛豫时间 T1与横向弛豫时间T2
横向弛豫机理复杂，最基本的是横向核自旋磁矩 的退相干
“自旋-自旋弛豫”
T2* 与磁场的不均匀性
实际磁场存在不均匀性 共振频率分布&自旋矢量散开
T2*比T2小很多 是自旋回波(spin echo)实验的基础
核磁共振成像原理ppt课件
加快磁共振成像时间的途径
回波平面序列
•使成像时间由常规的扫描序列的秒级提高到了亚秒 级；30ms之内采集一幅完整的图像，使每秒获取的图 像达到20幅 ； •心脏电影 成为可能并进入临床； •从原理上讲，EPI应归属于GRE类序列，但现在已自 成体系了 ； •分为梯度回波EPI 和自旋回波EPI ； •梯度的转换速度要达到今天常规梯度的4倍，梯度的 幅值也需提出1倍。这样的梯度就是前面所说的振荡 梯度，而振荡梯度的代价是高昂的。
50
9.3
驰豫过程的综合表示（三种运动的综 合过程）
磁化矢量的进 动
纵向磁化的逐 渐增大过程
横向磁化的逐 渐减小过程
磁共振信号的获取与傅立叶变换
• 如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈， 会接收到什么信号？
FID
补充说明3点
•组织的弛豫时间是组织的一种固有属性，与 组织的密度类似，在场强和环境确定后其时 间是一个确定不变的值；
14N 1
3.08
99.63 10mM
19F 1/2 40.05
100
10mM
23Na 3/2 11.26
100
80mM
31P 1/2 39K 3/2
17.23 1.99
100
10mM
93.1 45mM
相對靈敏 度
1
3×10-3 2×10-7 9×10-5 1×10-3 4×10-5 1×10-4
• 如果此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到 原来状态，当然恢复有一个时间过程， 这个过程就叫弛豫过程。
横向弛豫过程t2弛豫过程用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间纵向磁化为零横向磁化最大b反平行质子释放能量跃迁回平衡态纵向磁化逐渐增大c最后回归原始状态纵向磁化恢复到最大用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间横向磁化达到最大进动相位一致bc内部小磁场的不均匀性使得进动相位分散横向磁化矢量逐渐减小用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感纵向恢复时间t1是由于被激发的反平行于静磁场的质子恢复到平行状态所以纵向磁化增大
弛豫时间的测量
公式 1
Mz 恢复的表达式为
Mz(t) = M0(1 − e−t/T1)
公式 2
纵向弛豫时间 T1 是组织的固有特性，又称为自旋-晶格弛豫时间，其大小取决于外磁场
和质子与周围环境之间的相互作用（即组织的性质）。
在射频脉冲作用下，质子的相位沿相同的方向排列，以相同的角速度绕外磁场进动，形
核磁共振成像实验室
致谢
感谢实验期间我的搭档金明洲同学的通力合作，在我其他课程最忙的时候可以帮忙先规 划我们的实验进程，使实验不至于因为我的特殊状况而有拖延。俞熹老师的细致讲解和资料
3
核磁共振成像实验室
的提供给我带来很大的帮助。同时也感谢实验室老师们在我们做实验时给予充分的信任，使 我们可以在老师们不在办公室时继续做实验。最后，感谢自己选了这个实验，它教给了我很 多很多的知识和寻找信息的手段。
个有大约 3 倍的关系，其中可能有更多需要更高等的量子力学来解释的驰豫过程。
3、T1 的两种测量方法对比 T1 无法测量的原因主要有，所得幅值变化范围太小，不能体现整个驰豫过程（即纵向弛 豫时间很长）；有些样品的反转恢复法可测，可是饱和恢复法却无法测量。反转恢复包括正
负两个区间，可取的点较多，而饱和恢复可取的点都是在正区间，范围较小，容易出现点数
横向弛豫时间 T2 的测量：由 CPMG 序列产生回波，回波的峰值在逐渐衰减，当回波数 目足够多，能够反映横向衰减全过程时，则可通过实验软件自带的 T2 拟合功能进行拟合。 拟合功能中有“双组份”和“单组份”两种拟合方式，不同拟合方式结果不同，随着材料不
同，利用的拟合方式有不同。
实验结果
不同样品弛豫时间（T1、T2）的测量
4
Lu Yuting (University Fudan, Shanghai) Abstract: This article gives some results of the measurement of relaxation time in Magnetic Resonance Experiment. From these result, the relative factors in the measurement are discussed, and the best condition for the measurement is presented. Different results of different samples are also presented. Key words: relaxation time, condition of the measurement
核磁共振法测量弛豫时间实验报告总结
核磁共振法测量弛豫时间实验报告总结核磁共振（NMR）是一种基于原子核自旋的物理现象的测试方法，通过测量核自旋在外加磁场作用下的弛豫时间来获取物质的结构和动态信息。
本实验通过测量水和甲醇的核磁共振关联实验，得到了它们的弛豫时间，并分析了实验结果。
实验中，我们使用了一台NMR测试仪器，设置了适当的磁场和脉冲序列。
首先，我们校准了仪器，确定了零点和峰值的位置，以及脉冲和弛豫时间的时间范围。
接着，我们用一种特定的序列脉冲对水和甲醇分别进行了测试。
在实验过程中，我们调节了脉冲的幅度和宽度，以使核自旋产生90度的转动。
然后我们使用恢复系数（Recovery）来测量核自旋的弛豫时间。
实验结果显示，水和甲醇的核磁共振信号都在脉冲的作用下发生了变化。
在脉冲之后，核自旋的弛豫时间决定了核磁共振信号的恢复程度。
我们以时间为横轴，以恢复系数为纵轴绘制了水和甲醇的弛豫时间曲线。
通过分析实验数据，我们得出了一些结论。
首先，水和甲醇的核磁共振信号在脉冲作用下都表现出了明显的弛豫现象。
其次，水的弛豫时间比甲醇要短，这是由于水分子中氢原子的自旋-自旋相互作用较强引起的。
对于水和甲醇的弛豫时间的差异，我们还进一步探讨了其中的原因。
通过了解水和甲醇的分子结构，我们知道水分子中的氢原子更加密集，相互作用更多，因此弛豫时间更短。
而甲醇分子中的氢原子则较为稀疏，相互作用较少，弛豫时间更长。
本实验不仅展示了核磁共振法的基本原理和应用，还使我们熟悉了实验仪器的操作方法。
通过分析实验结果，我们对核磁共振现象有了更深入的了解，并学会了如何通过弛豫时间来获取物质的结构和动态信息。
总之，本次实验通过核磁共振法测量了水和甲醇的弛豫时间，并分析了实验结果。
本实验为我们进一步学习研究核磁共振提供了基础，并且对我们理解物质内部结构和动态过程有着重要意义。
MRI成像原理病理生理基础
MRI成像原理T1加权像高信号的产生机制在射频脉冲的激发下，人体组织内氢质子吸收能量处于激发状态。
射频脉冲终止后，处于激发状态的氢质子恢复其原始状态，这个过程称为弛豫。
【简单的理解就是本来处于平衡状态的粒子在吸收了外加磁场能量后，粒子发生跃迁，总体能量升高，MR给的磁场是射频，也就是说不是恒定的，这样当外加磁场撤去的时候，粒子就会恢复原来的稳态而释放出能量，并被计算机捕获成像。
那为什么MR需要非常强的磁场呢？原子核吸收交变磁场的能量并被激发.其表现的行为就是粒子向不同能阶跃迁的机率都变为相等，低能阶的核子数略高於高能阶，所以在跃迁机率相等的条件下就会有比较多的粒子从低能阶跃升到高能阶，所以整体的能量提升。
这个向高能阶和向低能阶移动的核子数差会随着高低能阶粒子数趋近相等而趋缓，假设在低能阶以及高能阶的原子核数目分别为 +与 -，那么吸收能阶在磁场中分开，越大的磁场能量差越大，恢复的时候释放的能量也就越大。
】在弛豫过程中，氢质子将其吸收的能量释放到周围环境中，若质子及所处晶格中的质子也以与Larmor频率相似的频率进动，那么氢质子的能量释放就较快【这说的就是一种共振现象，即射频脉冲的频率越接近晶格中的质子的固有频率那么它能量释放的就越快，若分子运动频率远高于或远低于MRI的Larmor频率，那么能量释放的就慢，后面的成像都是这个道理】，组织的T1弛豫时间越短，T1加权像其信号强度就越高。
【我现在说的可以说是高中物化得难度，或稍深化了一点。
弛豫过程有两类。
其一为自旋-晶格弛豫，亦称为纵向弛豫。
其结果是一些核由高能级回到低能级。
该能量被转移至周围的分子（固体的晶格，液体则为周围的同类分子或溶剂分子）而转变成热运动，即纵向弛豫反映了体系和环境的能量交换；第二种弛豫过程为自旋-自旋弛豫，亦称为横向弛豫。
这种弛豫影响具体的（任一选定的）核在高能级停留的时间。
这个过程是样品分子的核之间的作用，是一个熵的效应。
T1叫自旋-晶格弛豫时间，T2叫自旋-自旋弛豫时间。
脑成像基础知识
TR（time of repetition,TR）又称重复时间。
MRI的信号很弱，为提高MR的信噪比，要求重复使用同一种脉冲序列，这个重复激发的间隔时间即称TR。
弛豫（relaxation，经常被误写为“驰豫”）是指在核磁共振和磁共振成像中磁化矢量由非平衡态到平衡态的过程。
在统计力学和热力学中，弛豫时间表示系统由不稳定定态趋于某稳定定态所需要的时间。
在协同学中，弛豫时间可以表征快变量的影响程度，弛豫时间短表明快变量容易消去。
这个系统可以是具体或抽象的，比如弹性形变消失的时间可称为弛豫时间，又比如光电效应从光照射到射出电子的时间段也称为弛豫时间，政策实施到产生效果也可称为弛豫时间。
弛豫时间有两种即T1和T2。
T1T1为自旋一晶格或纵向驰豫时间，纵向磁化强度恢复的时间常数T1称为纵向弛豫时间（又称自旋-晶格弛豫时间）。
T2T2为自旋一自旋或横向弛豫时间，横向磁化强度消失的时间常数T2称为横向弛豫时间（又称自旋-自旋弛豫时间）。
T2*在理想的状态下，在同一磁场下，给定的化学环境中，所有的核以同一频率进动。
但是在实际系统中，各个核的化学环境有细微的不同。
1/T2* = 1/T2 + 1/T (inhomo) = 1/T2 + γΔB0不像T2，T2*受磁不均匀性的影响，T2*总是比T2短。
T1总是比T2长吗？一般来说，2T1 ≥ T2 ≥ T2*。
在大部分情况下，T1比T2长。
常见弛豫时间值fMRI脑成像原理及其应用领域功能磁共振成像(fMRI)技术是二十世纪九十年代发展起来的一种新的脑功能研究手段，它对脑功能的成像原理是建立在脑部血氧水平依赖性(BOLD)的基础之上的。
fMRI-BOLD是基于神经元兴奋区血氧水平变化而显影的一种成像技术，通过大量在人和动物身上的研究，其原理主要是通过观察在显示组织水分方面明显且可逆转的弛豫时间(T2)的增加来定位脑部激活的区域。
在脑激活期间，fMRI信号的增加能够反映静脉内脱氧血红蛋白浓度的下降，而脱氧血红蛋白浓度又受局部脑血流量(cerebral blood flow,CBF)，脑血流容积(cerebral blood volmue，CBV)，脑部耗氧量代谢率(cerebralMetabolic rate of oxygen consumption，CMR02)的相互作用的影响。
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2.2 磁化强度矢量的弛豫过程
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2.2 磁化强度矢量的弛豫过程
关于弛豫的开始时间
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2.2 磁化强度矢量的弛豫过程
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2.1 弛豫和弛豫时间
二、弛豫时间
1. 自旋-晶格弛豫时间（T1）
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2.1 弛豫和弛豫时间
2. 自旋-自旋弛豫时间（T2）
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2.1 弛豫和弛豫时间
弛豫时间T1和T2的长短反映了自旋核周围的环 境情况。
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2.1 弛豫和弛豫时间
2. 自旋-自旋弛豫 (spin-spin relaxation) (横向弛豫)
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2.1 弛豫和弛豫时间
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弛豫时间与众多因素有关 （1）场强依赖性（没有理想的均匀B0）; （2）与晶格的分子大小、物理状态等有关； （3）温度依赖性。
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2.2 磁化强度矢量的弛豫过程
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2.2 磁化强度矢量的弛豫过程
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2.2 磁化强度矢量的弛豫过程
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CONTENTS
核磁共振及其物理学
弛豫和共振信号的检测
磁共振成像原理 脑功能磁共振成像 脑功能的电生理学成像 脑功能成像的图像处理技术 PET和SPECT 分子影像技术
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第二章 弛豫和共振信号的检测
1. 弛豫和弛豫时间 2. 磁化强度矢量的弛豫过程 3. 弛豫的生物学意义 4. 自感应衰减及其信号检测 5. NMR信号强度及其影响因素
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2.1 弛豫和弛豫时间
一、弛豫的概念
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2.1 弛豫和弛豫时间
二、弛豫的分类
1. 自旋-晶格弛豫 (spin-lattice relaxation) (纵向弛豫)
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