磁共振成像的原理及临床应用
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将这些指向杂乱无章的质 于置于强大的静磁场(B0) 中时，质于群的磁矩将会 沿静磁场的方向作定向排 列。
略超过半数的质子与静磁 场B0平行排列，略少于半 数的质子则指向相反（与 静磁场呈反平行方向排 列)。
一、原子核及其在磁场内的特性
当有两种可能的排列状态时，耗能少的、 处于低能态的排列状态占优势。
NMR的应用逐渐地从物理和化学领域，扩大到更 为广泛的学科，如考古学直至医学。
第一节 MRI发展概况
在医学影像学方面，1973年Lauterbur研究出 MRI所需要的空间定位方法，也就是利用梯度场。 他的研究结果是获得水的模型的图像。
在以后的10年中，人们进行了大量的研究工作来 制造磁共振扫描机，并产生出人体各部位的高质 量图像，先后通过MR扫描，获得手、胸、头和腹 部的图像。
指南针在地球表面作定向排列，即在静止状态 下指北。
如果我们用手指轻击指南针，使之来回摆动， 直到指南针从我们手指上得到的能量全部放出 后，又回到原来的位置，指北。这就是共振现 象。针摆动的频率为共振頻率。
一、原子核及其在磁场内的特性
共振频率与外磁场强度成正比。地球的两极场强 最强，赤道最弱。
磁共振成像的原理及临床应用
我要骨科（51骨科）网
What is MRI ?
磁共振成像的原理及临床应用
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging ,MRI)， 又称核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance ,NMR），是一种新的、非创伤性的成像 方法，它不用电离辐射而可以显示出人体内部解剖 结构。
②指南针的共振频率与外磁场强度成正比； ③当有梯度磁场时，根据指针摆动频率的变
化可以推断其在磁场中所处的位置。
一、原子核及其在磁场内的特性
众多的氢核（质子）就是许多微观的磁偶极子， 在没有外加磁场影响下，它们的磁矩是任意指向， 杂乱无章地排列着。
在这种情况的组织标本中，净磁量为零。
一、原子核及其在磁场内的特性
一、原子核及其在磁场内的特性
低能量级的、平行于静磁场方向的 质子与高能量级的、反平行于静磁 场方向的质子来回翻转，相互抵消， 而产生平衡的磁化量Ｍ0，也就是在 一定量的组织中，所有氢核的磁化 量的总和。
这一净平衡磁化量的指向与外加静 磁场是一致的。要使置于外加静磁 场内的组织标本达到磁化，需要足 够的时间（约为：5～10秒）。
自旋的氢核其正电荷沿着一近似圆形路线运动， 犹如电流通过环形线圈一样，从而在其周围产 生一磁场。此滋场的大小与方向用磁矩 来表 示，形成一个微观的磁体偶极子。
具有磁矩的 快速自旋核 可以看成为 极小磁棒
一、原子核及其在磁场内的特性
共振是一种常见的现象。指南针是我们最熟悉 的磁体，地球是一个磁场。
利用一定频率的射频信号（radio frequency，RF） 在一外加静磁场内，对人体的任何平面，产生高质 量的切面成像（cross sectional imaging）。
第一节 MRI发展概况
1946年美国斯坦福（Stanford）大学的Felix Bloch和哈佛（Harvard）大学的Edward Purcell各自进行研究，检测到大块物质内核磁 共振吸收，更清楚地阐述了原子核自旋(Spin)的 存在，几乎同时发表他们的研究成果，为此， 他们共同获得了1952年诺贝尔物理学奖。
二、磁共振是怎样发生的
每个质子为细小的自 旋磁体，当受到外加 静磁场的作用时，静 磁场对质子的磁矩产 生扭转作用，这样就 使质子顺着外加静磁 场的中轴旋转，称为 进动；
它如同旋转的陀螺受 地心引力一样。
二、磁共振是怎样发生的
以坐标系来表示每个质子受到外加静 磁场的作用时的磁力的方向大小。
二、磁共振是怎样发生的
在赤道与两极之间，磁场强度逐渐变化，称梯度 磁场或简称梯度。
如果指南针在赤道摆动的频率为１周/秒，越向 北其摆动的频率越快。这是因为北极滋场强度较 赤道大2.3倍。
一、原子核及其在磁场内的特性
这个简单的例子可以帮助我们了解磁共 振成像中的基本要点：
①指南针置于磁场中与外磁场的方向作定向 排列；
一、原子核及其在磁场内的特性
从理论上讲，很多元素都可以用核磁共振 来成像。也就是任何一个原子核，只要其 所含的质子或中子的任何一个为奇数时， 就具备磁性，就可以产生磁共振信号。
一、原子核及其在磁场内的特性
MRI主要是应用于氢核的成像，这是出于： 一是Ｈ对其磁共振信号的敏感性高；Ｈ的旋磁比
最高，因此最敏感，即MR信号被测出的效率，随 共振信号频率的增加而改善。 二是它在自然界含量丰富。氢存于水和脂肪中， 因而在人体中极为丰富，每立方毫米软组织中含 有约1019个Ｈ原子，其所产生的磁共振信号要比 其他原子强1000倍。
1980年商品化MRI装置问世。
第二节 MRI的基本原理
本节介绍核磁共振这一物理现象最基本 的理论知识，我们应用一般物理学、力 学及磁学的原理阐述。
一、原子核及其在磁场内的特性
人体由很多分子组成，分子由原子组成； 所有原子的核心都是原子核；
带正电荷和中性粒子的集合体； 占原子质量的绝大部分；
二、磁共振是怎样发生的
射频激励脉冲实际上是另一个磁场（B1）
B1方向垂直于Bo及作用非常短的时间 B1磁场的作用是使磁化沿其进动，从垂直方
平衡状态中，净磁化矢量并不在接受线圈中产 生感应电流
要获得自旋信息，净磁化矢量必须被搅乱或激 励
可用射频脉冲
一种短促的无线电波，与感兴趣核的拉莫尔频率一致
净磁化从平衡方向产生不同程度的偏转角度 射频脉冲激励时，净磁化以拉莫尔频率或共振频率
沿主磁场方向进动
二、磁共振是怎样发生的
射频脉冲激励时，净磁化以拉莫ຫໍສະໝຸດ Baidu频率 或共振频率沿主磁场方向进动
一、原子核及其在磁场内的特性
由于1Ｈ只有一个质子，没有中子，所以氢核的 成像也称质子成像。
氢核有两个特性：
其一是它含有一个不在核中心的正电荷； 其二是它有角动量或自旋。Pauli理论，具有奇数原
子质量或奇数原子数的核均具有角动量及具有特征 性的、大于零的自旋量子数。
一、原子核及其在磁场内的特性
略超过半数的质子与静磁 场B0平行排列，略少于半 数的质子则指向相反（与 静磁场呈反平行方向排 列)。
一、原子核及其在磁场内的特性
当有两种可能的排列状态时，耗能少的、 处于低能态的排列状态占优势。
NMR的应用逐渐地从物理和化学领域，扩大到更 为广泛的学科，如考古学直至医学。
第一节 MRI发展概况
在医学影像学方面，1973年Lauterbur研究出 MRI所需要的空间定位方法，也就是利用梯度场。 他的研究结果是获得水的模型的图像。
在以后的10年中，人们进行了大量的研究工作来 制造磁共振扫描机，并产生出人体各部位的高质 量图像，先后通过MR扫描，获得手、胸、头和腹 部的图像。
指南针在地球表面作定向排列，即在静止状态 下指北。
如果我们用手指轻击指南针，使之来回摆动， 直到指南针从我们手指上得到的能量全部放出 后，又回到原来的位置，指北。这就是共振现 象。针摆动的频率为共振頻率。
一、原子核及其在磁场内的特性
共振频率与外磁场强度成正比。地球的两极场强 最强，赤道最弱。
磁共振成像的原理及临床应用
我要骨科（51骨科）网
What is MRI ?
磁共振成像的原理及临床应用
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging ,MRI)， 又称核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance ,NMR），是一种新的、非创伤性的成像 方法，它不用电离辐射而可以显示出人体内部解剖 结构。
②指南针的共振频率与外磁场强度成正比； ③当有梯度磁场时，根据指针摆动频率的变
化可以推断其在磁场中所处的位置。
一、原子核及其在磁场内的特性
众多的氢核（质子）就是许多微观的磁偶极子， 在没有外加磁场影响下，它们的磁矩是任意指向， 杂乱无章地排列着。
在这种情况的组织标本中，净磁量为零。
一、原子核及其在磁场内的特性
一、原子核及其在磁场内的特性
低能量级的、平行于静磁场方向的 质子与高能量级的、反平行于静磁 场方向的质子来回翻转，相互抵消， 而产生平衡的磁化量Ｍ0，也就是在 一定量的组织中，所有氢核的磁化 量的总和。
这一净平衡磁化量的指向与外加静 磁场是一致的。要使置于外加静磁 场内的组织标本达到磁化，需要足 够的时间（约为：5～10秒）。
自旋的氢核其正电荷沿着一近似圆形路线运动， 犹如电流通过环形线圈一样，从而在其周围产 生一磁场。此滋场的大小与方向用磁矩 来表 示，形成一个微观的磁体偶极子。
具有磁矩的 快速自旋核 可以看成为 极小磁棒
一、原子核及其在磁场内的特性
共振是一种常见的现象。指南针是我们最熟悉 的磁体，地球是一个磁场。
利用一定频率的射频信号（radio frequency，RF） 在一外加静磁场内，对人体的任何平面，产生高质 量的切面成像（cross sectional imaging）。
第一节 MRI发展概况
1946年美国斯坦福（Stanford）大学的Felix Bloch和哈佛（Harvard）大学的Edward Purcell各自进行研究，检测到大块物质内核磁 共振吸收，更清楚地阐述了原子核自旋(Spin)的 存在，几乎同时发表他们的研究成果，为此， 他们共同获得了1952年诺贝尔物理学奖。
二、磁共振是怎样发生的
每个质子为细小的自 旋磁体，当受到外加 静磁场的作用时，静 磁场对质子的磁矩产 生扭转作用，这样就 使质子顺着外加静磁 场的中轴旋转，称为 进动；
它如同旋转的陀螺受 地心引力一样。
二、磁共振是怎样发生的
以坐标系来表示每个质子受到外加静 磁场的作用时的磁力的方向大小。
二、磁共振是怎样发生的
在赤道与两极之间，磁场强度逐渐变化，称梯度 磁场或简称梯度。
如果指南针在赤道摆动的频率为１周/秒，越向 北其摆动的频率越快。这是因为北极滋场强度较 赤道大2.3倍。
一、原子核及其在磁场内的特性
这个简单的例子可以帮助我们了解磁共 振成像中的基本要点：
①指南针置于磁场中与外磁场的方向作定向 排列；
一、原子核及其在磁场内的特性
从理论上讲，很多元素都可以用核磁共振 来成像。也就是任何一个原子核，只要其 所含的质子或中子的任何一个为奇数时， 就具备磁性，就可以产生磁共振信号。
一、原子核及其在磁场内的特性
MRI主要是应用于氢核的成像，这是出于： 一是Ｈ对其磁共振信号的敏感性高；Ｈ的旋磁比
最高，因此最敏感，即MR信号被测出的效率，随 共振信号频率的增加而改善。 二是它在自然界含量丰富。氢存于水和脂肪中， 因而在人体中极为丰富，每立方毫米软组织中含 有约1019个Ｈ原子，其所产生的磁共振信号要比 其他原子强1000倍。
1980年商品化MRI装置问世。
第二节 MRI的基本原理
本节介绍核磁共振这一物理现象最基本 的理论知识，我们应用一般物理学、力 学及磁学的原理阐述。
一、原子核及其在磁场内的特性
人体由很多分子组成，分子由原子组成； 所有原子的核心都是原子核；
带正电荷和中性粒子的集合体； 占原子质量的绝大部分；
二、磁共振是怎样发生的
射频激励脉冲实际上是另一个磁场（B1）
B1方向垂直于Bo及作用非常短的时间 B1磁场的作用是使磁化沿其进动，从垂直方
平衡状态中，净磁化矢量并不在接受线圈中产 生感应电流
要获得自旋信息，净磁化矢量必须被搅乱或激 励
可用射频脉冲
一种短促的无线电波，与感兴趣核的拉莫尔频率一致
净磁化从平衡方向产生不同程度的偏转角度 射频脉冲激励时，净磁化以拉莫尔频率或共振频率
沿主磁场方向进动
二、磁共振是怎样发生的
射频脉冲激励时，净磁化以拉莫ຫໍສະໝຸດ Baidu频率 或共振频率沿主磁场方向进动
一、原子核及其在磁场内的特性
由于1Ｈ只有一个质子，没有中子，所以氢核的 成像也称质子成像。
氢核有两个特性：
其一是它含有一个不在核中心的正电荷； 其二是它有角动量或自旋。Pauli理论，具有奇数原
子质量或奇数原子数的核均具有角动量及具有特征 性的、大于零的自旋量子数。
一、原子核及其在磁场内的特性