医学影像设备学课件：MRI的物理学原理
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《医学影像技术课件：MRI》
检查脊柱关节炎、脊柱骨折、骨 盆肿瘤等。
脑部
检查脑出血、灰白质分布、颅内 肿瘤、颅内脂肪瘤等。
17. MRI的技术发展
随着计算机技术的进步，MRI技术应用范围越来越广泛。如结合脑成像和人工智能技术，可为诊断神经退行性 疾病提供更为精准的判断。
19. MRI的未来应用方向
未来MRI将更注重多模态成像，结合多种影像方法进行备选治疗的评估；同时MRI也应用于新型药物的研究， 以加速临床测试的进展。
《医学影像技术课件： MRI》
MRI是一种非常先进的医学影像技术，利用强磁场、无线电波和计算机技术 生成具有高分辨率的体内结构图像，因其独特的成像原理和丰富的应用领域 备受医学界的青睐。
1. MRI概述
MRI成像技术（Magnetic Resonance Imaging）是利用磁共振现象，将人体 组织中水分子的信号进行分析和处理，生成精确的人体图像，为医学诊断提 供可靠的依据。
向产生扰动。
3
磁场
施加强大的恒定磁场，对人体内部大量 原子核进行同向排列。
检测信号
测量扰动后的信号，生成像素分布图， 并经过计算机处理形成图像。
9. MRI的局限性
噪音
成像过程中会产生很大的噪 音，极易产生焦虑机制。
限制肿瘤检测
体腔内金属部件、深部组织 和病变的干扰，影响难以检 测，新生肿瘤大小、位置难 以精确确定。
成本昂贵
成本较高，需要专业设备和 高素质人才。
13. MRI的应用领域：心脏病学
MRI在心脏成像方面具有很高的价值，可以准确地发现心脏肌肉、心脏瓣膜、 冠状动脉、心包和大血管病变等疾病，以及心肌梗死、心肌炎等心脏疾病的 辅助诊断。
14. MRI的临床应用
孕产妇
脑部
检查脑出血、灰白质分布、颅内 肿瘤、颅内脂肪瘤等。
17. MRI的技术发展
随着计算机技术的进步，MRI技术应用范围越来越广泛。如结合脑成像和人工智能技术，可为诊断神经退行性 疾病提供更为精准的判断。
19. MRI的未来应用方向
未来MRI将更注重多模态成像，结合多种影像方法进行备选治疗的评估；同时MRI也应用于新型药物的研究， 以加速临床测试的进展。
《医学影像技术课件： MRI》
MRI是一种非常先进的医学影像技术，利用强磁场、无线电波和计算机技术 生成具有高分辨率的体内结构图像，因其独特的成像原理和丰富的应用领域 备受医学界的青睐。
1. MRI概述
MRI成像技术（Magnetic Resonance Imaging）是利用磁共振现象，将人体 组织中水分子的信号进行分析和处理，生成精确的人体图像，为医学诊断提 供可靠的依据。
向产生扰动。
3
磁场
施加强大的恒定磁场，对人体内部大量 原子核进行同向排列。
检测信号
测量扰动后的信号，生成像素分布图， 并经过计算机处理形成图像。
9. MRI的局限性
噪音
成像过程中会产生很大的噪 音，极易产生焦虑机制。
限制肿瘤检测
体腔内金属部件、深部组织 和病变的干扰，影响难以检 测，新生肿瘤大小、位置难 以精确确定。
成本昂贵
成本较高，需要专业设备和 高素质人才。
13. MRI的应用领域：心脏病学
MRI在心脏成像方面具有很高的价值，可以准确地发现心脏肌肉、心脏瓣膜、 冠状动脉、心包和大血管病变等疾病，以及心肌梗死、心肌炎等心脏疾病的 辅助诊断。
14. MRI的临床应用
孕产妇
磁共振成像的基本原理课件
的肿瘤，占胶质瘤 40%。 • 病理：起源于星形神经胶质细胞，分为四 级。
第七十三页，共234页幻灯片
1级：纤维性星形细胞瘤及原浆性星形细胞 瘤，为良性。病灶多较表浅，只侵犯 大脑皮层和皮质下脑白质很少累及大 脑深部，通常局限于半球一侧。
2级：成星形细胞瘤，系偏良性。在1级的 基础上向周围组织浸润，界限不清肿 瘤生长较快。
五、空间定位1ຫໍສະໝຸດ 梯度磁场：不改变主磁场的方向但可改变 局部磁场的强度和质子的旋进 频率。
（１）横轴位：自上至下场强不同的梯度磁场． （２）矢状位：自右至左场强不同的梯度磁场． （３）冠状位：自后至前场强不同的梯度磁场．
第二十六页，共234页幻灯片
2．层面层厚选择：梯度磁场选定后调节射频冲 的中心频率（带宽）。层厚 与带宽成正比。增加梯度磁 场强度可减薄断层的厚度．
短TR（500ms左右）和短TE（10 - 25ms） 2． T2加权像：
长TR(1500-2500ms) 和长TE(80-120ms) 3．质子密度加权像：长TR和短TE
第三十三页，共234页幻灯片
二. 反转恢复（IR）序列 三. 短时反转恢复（STIR）序列：
主要用于抑制脂肪信号。 四．自由水抑制反转恢复（FLAIR）序列 五．梯度回波序列
二 .颅脑肿瘤 (一 ). 颅脑肿瘤MRI诊断要点: . 肿瘤的部位,数目. . 肿瘤的信号特点. . 肿瘤的边缘. . 肿瘤的血供. . 肿瘤的水肿情况. . 肿瘤的增强情况
第七十二页，共234页幻灯片
一、胶质瘤 • 胶质瘤起源于脑神经胶质细胞，习惯上将其
分为星形细胞瘤、少突神经胶质瘤和室管膜 瘤。 • （一）、星形细胞瘤：是中枢神经最常见
第十六页，共234页幻灯片
第十七页，共234页幻灯片
第七十三页，共234页幻灯片
1级：纤维性星形细胞瘤及原浆性星形细胞 瘤，为良性。病灶多较表浅，只侵犯 大脑皮层和皮质下脑白质很少累及大 脑深部，通常局限于半球一侧。
2级：成星形细胞瘤，系偏良性。在1级的 基础上向周围组织浸润，界限不清肿 瘤生长较快。
五、空间定位1ຫໍສະໝຸດ 梯度磁场：不改变主磁场的方向但可改变 局部磁场的强度和质子的旋进 频率。
（１）横轴位：自上至下场强不同的梯度磁场． （２）矢状位：自右至左场强不同的梯度磁场． （３）冠状位：自后至前场强不同的梯度磁场．
第二十六页，共234页幻灯片
2．层面层厚选择：梯度磁场选定后调节射频冲 的中心频率（带宽）。层厚 与带宽成正比。增加梯度磁 场强度可减薄断层的厚度．
短TR（500ms左右）和短TE（10 - 25ms） 2． T2加权像：
长TR(1500-2500ms) 和长TE(80-120ms) 3．质子密度加权像：长TR和短TE
第三十三页，共234页幻灯片
二. 反转恢复（IR）序列 三. 短时反转恢复（STIR）序列：
主要用于抑制脂肪信号。 四．自由水抑制反转恢复（FLAIR）序列 五．梯度回波序列
二 .颅脑肿瘤 (一 ). 颅脑肿瘤MRI诊断要点: . 肿瘤的部位,数目. . 肿瘤的信号特点. . 肿瘤的边缘. . 肿瘤的血供. . 肿瘤的水肿情况. . 肿瘤的增强情况
第七十二页，共234页幻灯片
一、胶质瘤 • 胶质瘤起源于脑神经胶质细胞，习惯上将其
分为星形细胞瘤、少突神经胶质瘤和室管膜 瘤。 • （一）、星形细胞瘤：是中枢神经最常见
第十六页，共234页幻灯片
第十七页，共234页幻灯片
磁共振一般原理PPT课件
磁共振一般原理
磁共振信号强度
磁共振一般原理
磁共振一般原理
9.信号与频谱
• 对于一个单一正弦信号可用其幅度和频率描述, 而对于一个复杂的信号可用其频谱来描述,即把 信号进行分解为各种不同的频率成份和不同的 幅度.也即把随时间变化的幅度函数变成随频率 变化幅度函数(二维付立叶变换，2DFT)
磁共振一般原理
磁共振一般原理
电磁波谱图
磁共振一般原理
不同原子核的MRI特性
磁共振一般原理
1.核磁
• 质子、中子或质子 和中子数不成对的 原子核，高速自旋 时产生的磁矩，相 当于一个微型磁棒。
磁共振一般原理
2.磁化
• 如将生物组织置于一个大的外加磁场中 （又称主磁场，用矢量Ｂ０表示），则 质子磁矩方向发生变化，结果是较多的 质子磁矩指向与主磁场方向相同，而较 少的质子与B0方向相反，与B０方向相 反的质子具有较高的位能。常温下，顺 主磁场排列的质子数目较逆主磁场排列 的质子稍多，因此，出现与主磁场B０方 向一致的净宏观磁矩Ｍ，如图所示。
• 为了重建图像，必须确定组织间的空间 位置，涉及两个方面：
• １）层面选择 • ２）层面上共振信号的空间编码
磁共振一般原理
１.层面选择
• 由于共振频率是磁场 强度的函数，在人体 长轴方向上附加一梯 度磁场Ｇｚ，则每一 横断面的共振频率均 不一样，层面厚度取 决于磁场梯度和射频 带宽。
磁共振一般原理
磁共振的物理基础
磁共振一般原理
1924年Pauli发现原子核象带电自旋的 球体具有角动量及磁矩, 1945 年Bloch 和 Purcell 证实了原子核 自旋的确实存在, 他 们 为此共同获得了1952 年诺贝尔物理学 奖。
五、六十年代磁共振主要为化学家及
磁共振信号强度
磁共振一般原理
磁共振一般原理
9.信号与频谱
• 对于一个单一正弦信号可用其幅度和频率描述, 而对于一个复杂的信号可用其频谱来描述,即把 信号进行分解为各种不同的频率成份和不同的 幅度.也即把随时间变化的幅度函数变成随频率 变化幅度函数(二维付立叶变换，2DFT)
磁共振一般原理
磁共振一般原理
电磁波谱图
磁共振一般原理
不同原子核的MRI特性
磁共振一般原理
1.核磁
• 质子、中子或质子 和中子数不成对的 原子核，高速自旋 时产生的磁矩，相 当于一个微型磁棒。
磁共振一般原理
2.磁化
• 如将生物组织置于一个大的外加磁场中 （又称主磁场，用矢量Ｂ０表示），则 质子磁矩方向发生变化，结果是较多的 质子磁矩指向与主磁场方向相同，而较 少的质子与B0方向相反，与B０方向相 反的质子具有较高的位能。常温下，顺 主磁场排列的质子数目较逆主磁场排列 的质子稍多，因此，出现与主磁场B０方 向一致的净宏观磁矩Ｍ，如图所示。
• 为了重建图像，必须确定组织间的空间 位置，涉及两个方面：
• １）层面选择 • ２）层面上共振信号的空间编码
磁共振一般原理
１.层面选择
• 由于共振频率是磁场 强度的函数，在人体 长轴方向上附加一梯 度磁场Ｇｚ，则每一 横断面的共振频率均 不一样，层面厚度取 决于磁场梯度和射频 带宽。
磁共振一般原理
磁共振的物理基础
磁共振一般原理
1924年Pauli发现原子核象带电自旋的 球体具有角动量及磁矩, 1945 年Bloch 和 Purcell 证实了原子核 自旋的确实存在, 他 们 为此共同获得了1952 年诺贝尔物理学 奖。
五、六十年代磁共振主要为化学家及
《医学影像课件：MRI 基本原理与技术》
医学影像课件：MRI 基本 原理与技术
这个医学影像课程将带您深入了解MRI的基本原理与技术，包括MRI的工作原 理、信号的产生和检测、核磁共振现象等。欢迎加入我们的学习旅程！
什么是MRI？
MRI（磁共振成像）是一种先进的医学影像技术，使用强大的磁场和无害 的射频脉冲来生成人体内部的详细图像。
MRI的工作原理
1
核自旋技术
2
自旋的定向和翻转是MRI信号的基础。
3
原子核的磁矩
4
原子核的磁矩是MRI信号的来源。
磁共振现象
原子核在外加磁场和梯度的作用下， 产生共振信号。
磁场的产生和梯度
通过强大的主磁场和梯度场，使得信 号定位和成像成为可能。
核磁共振图像的构建
扫描类型
MRI可以生成各种类型的图像，如T1加权成 像、T2加权成像等。
核磁共振谱
通过对特定区域进行频谱分析，可以获得化 学成分的信息。
信号加权
通过调整脉冲和数据采集参数，可以增强或 抑制不同组织的信号。
磁共振弹性成像
结合机械波的传播速度，可以评估组织的弹 性特性。
MRI的应用领域
MRI广泛应用于医学诊断领域，包括神经科学、肿瘤诊断、心血管疾病、肝 脏疾病等。
MRI的优点与缺点
3
20世纪80年代
磁共振弥散成像和磁共振功能成像的发展。
1 优点
2 缺点
非侵入性、无辐射、无疼痛、提供三维图 像。
相对高成
MRI安全性高，但对于患有金属内植物、心脏起搏器或其他电子设备的人士需谨慎使用。
核磁共振技术的发展历程
1
2 0世纪4 0年代
核磁共振现象的首次观察。
2
20世纪70年代
第一台临床MRI仪器开始运用于医学影像诊断。
这个医学影像课程将带您深入了解MRI的基本原理与技术，包括MRI的工作原 理、信号的产生和检测、核磁共振现象等。欢迎加入我们的学习旅程！
什么是MRI？
MRI（磁共振成像）是一种先进的医学影像技术，使用强大的磁场和无害 的射频脉冲来生成人体内部的详细图像。
MRI的工作原理
1
核自旋技术
2
自旋的定向和翻转是MRI信号的基础。
3
原子核的磁矩
4
原子核的磁矩是MRI信号的来源。
磁共振现象
原子核在外加磁场和梯度的作用下， 产生共振信号。
磁场的产生和梯度
通过强大的主磁场和梯度场，使得信 号定位和成像成为可能。
核磁共振图像的构建
扫描类型
MRI可以生成各种类型的图像，如T1加权成 像、T2加权成像等。
核磁共振谱
通过对特定区域进行频谱分析，可以获得化 学成分的信息。
信号加权
通过调整脉冲和数据采集参数，可以增强或 抑制不同组织的信号。
磁共振弹性成像
结合机械波的传播速度，可以评估组织的弹 性特性。
MRI的应用领域
MRI广泛应用于医学诊断领域，包括神经科学、肿瘤诊断、心血管疾病、肝 脏疾病等。
MRI的优点与缺点
3
20世纪80年代
磁共振弥散成像和磁共振功能成像的发展。
1 优点
2 缺点
非侵入性、无辐射、无疼痛、提供三维图 像。
相对高成
MRI安全性高，但对于患有金属内植物、心脏起搏器或其他电子设备的人士需谨慎使用。
核磁共振技术的发展历程
1
2 0世纪4 0年代
核磁共振现象的首次观察。
2
20世纪70年代
第一台临床MRI仪器开始运用于医学影像诊断。
磁共振成像原理 ppt
T2 Weighted slice
原子核及其磁特性
一. 原子核的一般特性
• 同位素：质子数相同，中子数不
同的核构成的元素
H有三种同位素：11H,12H,13H
•
1 1
H
只有质子，没有中子
• 临床MRI主要原子核 1 H
自旋（spin)——MRI基础
自旋角动量 I
大小—原子核、 质子、中子数
（1）弛豫过程（relaxation process)：磁矩在射频场结束后，在 主磁场的作用下，进行“自由旋转”，由于粒子之间的能量交 换，所有磁矩将从不平衡态逐渐过渡到平衡态，这一过程称为 弛豫过程。这一过程将发生相对独立的纵向弛豫和横向弛豫。 下面以90度脉冲后弛豫过程加以说明。
a.横向弛豫：在垂直于主磁场的横向磁化矢量由初始值 逐渐复零的过程。满足下式，T2称为横向弛豫时间，经 过T2，Mxy减少63%。由于磁矩之间的相互作用，各磁 矩的旋进速度不一样，从而使基本一致的取向逐渐消失， 变为在横向杂乱无章的排列，从而使横向磁化矢量减小 至最后为零。又称自旋——自旋弛豫。主要反应样品磁 环境的不均匀性。
hRF BgB N
核磁共振NMR的条件
原子核在进动中吸收外界能量产生能 级跃迁现象
外界能量 短射频脉冲激发源 射频磁场RF
自旋磁矩在主磁场中进动.
核磁共振NMR的条件
• 射频脉冲频率必须与磁场中自旋磁矩 的旋进频率相同，与宏观磁化M的固 有频率相同，与质子的拉莫频率相同。
• 射频对自旋系统做功，系统内能增加， 在RF激发下，宏观磁化矢量产生共 振—NMR。
T2′弛豫效应——由于磁场不均匀性所 致横向弛豫效应
T2*弛豫——由T2弛豫效应和T2′弛豫效 应共同作用所产生的横向弛豫
磁共振成像原理课件
磁共振成像可以无创地提供高 分辨率、高对照度的解剖结构 和功能信息。
磁共振成像的物理基础
原子核磁矩
磁场梯度
原子核具有磁矩，当它们被置于外加 磁场中时，磁矩会受到洛伦兹力的作 用而产生偏转。
磁场梯度用于空间定位，通过改变磁 场强度，可以控制共振信号的采集位 置。
射频脉冲
射频脉冲用于激发原子核产生共振， 当射频脉冲撤除后，原子核释放能量 回到平衡态，产生可测量的共振信号 。
便携式磁共振成像
总结词
便携式磁共振成像技术具有移动性强、操作简便等优 点，为临床诊断和急救等场景提供了更加便利的影像 检查手段。
详细描述
便携式磁共振成像技术是近年来发展迅速的一种医学影 像技术。与传统的磁共振成像技术相比，便携式磁共振 成像具有移动性强、操作简便等优点，能够快速地到达 患者身边，为临床诊断和急救等场景提供更加便利的影 像检查手段。未来，随着技术的不断进步和应用领域的 不断拓展，便携式磁共振成像技术有望在家庭医疗、野 外急救、灾害救援等多个领域发挥更大的作用，为人类 的健康事业做出更大的贡献。
磁敏锐加权成像（SWI）
利用不同组织间的磁敏锐差异，提高对出血和微出血灶的检测。
分子成像技术
波谱成像（Spectroscopy）
检测组织代谢产物，反应组织代谢状态，用于肿瘤诊断。
免疫成像
利用特异性抗体标记肿瘤细胞，实现肿瘤的靶向成像，有助于肿瘤的早期诊断和治疗评估 。
基因表达成像
通过检测特定基因的表达情况，反应基因调控和疾病进程，为个性化治疗提供根据。
05
磁共振成像的未来发展
高场强磁共振成像
总结词
高场强磁共振成像技术能够提供更高的分辨率和更准 确的定量分析，有助于疾病的早期诊断和治疗方案的 制定。
MRI基本原理课件课件
精
11
把人体放进大磁场
精
12
组进 织入 质主 子磁 的场 核前 磁后 状人 态体
进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏观磁化矢
量，磁共振接收线圈不能检测出纵向磁化矢量，但接收 线圈能检测到旋转的横向磁化矢量。即此时主磁场内氢
质子仍处于低能状态。
精
13
给低能的氢质子能量，氢质子获得能量进入高能状态， 释放能量的过程即核磁共振。
精
9
通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的
磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，
人体并不表现出宏观磁化矢量。
精
10
二、进入主磁场后人体内质子的核磁状态 当人体位于主磁场中时，体内质子产生的小
磁场呈有规律排列，主要有两种排列方式：一 是与主磁场方向平行，另一种是与主磁场方向 相反。从量子物理学的角度而言，二者代表质 子的能量差别。与主磁场平行同向的质子处于 低能级，其磁化矢量方向与主磁场一致；平行 反向的质子处于高能级，其磁化矢量与主磁场 相反。由于低能级质子略多，使人体产生一个 与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。
精
1
但MRI仪场强增高也带来以下问题：设备成本增加 ，价格提
高；2、噪声水平增加，虽然可采用静音技术降低噪声，但反过
来又增加了成本；3、因为射频的特殊吸收率（SAR）与主磁场
场强的平方成正比，高场强下射频脉冲的能量在人体内累积明显
增大， SAR值问题在3.0T超高场强机上表现得尤为突出；4、运
动、化学位移和磁化率伪影更为明显。
一、MRI仪器的基本硬件构成：
1、主磁体：产生磁场的装置，根据主磁体产生磁场的不同分
为永磁型和电磁型。电磁型主磁体分为常导磁体及超导磁体；根据
(医学课件)磁共振原理
2023磁共振原理•磁共振基本概念•磁共振成像原理•磁共振在医学中的应用目录•磁共振的优缺点•磁共振安全及防护措施01磁共振基本概念原子核在磁场中发生能级分裂，当受到射频脉冲激励时，原子核产生吸收和释放能量的现象。
核磁共振现象电子在磁场中发生自旋，当受到交变电磁场激励时，电子吸收和释放能量的现象。
电子顺磁共振现象磁共振现象原子核磁矩原子核具有自旋和磁矩，在外加磁场中产生磁偶极矩，使得原子核具有不同的能级。
磁矩的单位磁矩的单位是磁偶极矩单位，表示为核磁矩强度与核自旋数的乘积。
原子核的磁矩磁场的作用磁场使原子核在能级间发生跃迁，从而产生磁共振信号。
射频脉冲的作用射频脉冲使原子核发生跃迁，从而改变原子核的磁矩状态。
磁场和射频脉冲弛豫时间原子核从激发态恢复到平衡态所需的时间。
信号采集通过测量弛豫时间来推断样品中原子核的种类和数量，从而进行成像和分析。
弛豫时间和信号采集02磁共振成像原理坐标变换将物理空间坐标（x、y、z）转换为像素坐标（u、v、w），实现图像的数字化转换。
像素编码每个像素对应于物理空间中的一个体素，利用多个像素来测定相同体素中的不同信号，增加采样密度。
图像空间定位将信号转换为图像，直接利用傅里叶变换进行图像重建。
直接傅里叶变换法通过迭代计算逐步逼近真实图像，利用多种优化算法进行图像重建。
迭代重建法图像重建方法1影响成像质量的因素23信号与噪声的比值，信噪比越高，图像质量越好。
信噪比图像中两个相邻像素之间的最小距离，分辨率越高，图像细节表现越清晰。
分辨率在提高信噪比的同时，会降低分辨率；反之亦然。
需要根据实际应用需求来平衡。
SNR和分辨率的平衡常规磁共振成像利用强磁场和射频脉冲使人体组织产生磁共振信号，检测并重建图像。
磁共振弥散成像利用水分子弥散运动的特性，观察组织中水分子弥散受限程度，对缺血、梗塞等疾病的早期诊断具有重要意义。
磁共振波谱成像利用不同组织中化学物质产生共振的频率差异，检测生物化学成分的变化，对肿瘤、代谢性疾病及脑损伤等的早期诊断具有重要价值。
MRI基本原理ppt课件
高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零 微
观
使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生 效
宏观横向磁化矢量
应
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72
90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转 横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接 收线圈，MR仪可以检测到。
氢 质 子 多
氢
质
子
少
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73
•非常重要
发人体内的氢质子来引发的，这种射频脉冲的频率必须 与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态
最新课件
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射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发生偏转 射频脉冲的强度和持续时间决定射频脉冲激发后的效应
低能量
宏观效应
中等能量
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高能量
71
90
度
脉
冲
继
发
后
产
生
的
宏
观
低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态， 和
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相对磁化率
1.0 0.083 0.066 0.016 0.093 0.0005 0.029 0.096 0.83
38
•人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢 质子3×1022）
•每个氢质子都自旋产生核磁现象
•人体象一块大磁铁吗？
最新课件
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通常情况下人体内氢质子的核磁状态
通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的
• 磁共振不能检测出纵 向磁化矢量
最新课件
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最新课件
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最新课件
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MR能检测到怎样的磁化矢量呢？？？
N
S
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量
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共振
• 条件
–频率一致
• 实质
–能量传递
核磁共振
给低能的氢质子能量，氢质子获得能 量进入高能状态，即核磁共振。
怎样才能使低能氢质子获得能量， 产生共振，进入高能状态？
微观效应
磁共振现象是靠射频线圈（相当于音锤）发射无线电波（射频脉冲）激发 人体内的氢质子来引发的，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相 同，低能的质子获能进入高能状态
•非常重要
核磁就是原子核自旋产生的磁场
所有的原子核都可产生核磁吗？
质子为偶数，中子为偶数
不产生核磁
质子为奇数，中子为奇数 质子为奇数，中子为偶数 质子为偶数，中子为奇数
产生核磁
净自旋 • 只有奇数质子或奇数中子数的原
子核产生的自旋磁矩 • 泡利不相容原理：
原子核内成对质子或中子的自旋 相互抵消
：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比
42.58兆赫 / T
B：主磁场场强
高
能
与
低
能
状
态
质
子
的
由于在主磁场中质子进动，每个氢质子均产生纵向和横
进
向磁化分矢量，那么人体进入主磁场后到底处于何种核
动
磁状态？
•处于低能状态的质子略多于处于高能状态 的质子，因而产生纵向宏观磁化矢量
尽管每个质子的进动产生了纵向和横向磁化矢量，但由于相位不同， 因而只有宏观纵向磁化矢量产生，并无宏观横向磁化矢量产生
• 没有外加磁场的情况下，质子自旋 产生核磁，每个氢质子都是一个
“小磁铁”，但由于排列杂乱无章，
磁场相互抵消，人体并不表现出宏
观的磁场，宏观磁化矢量为0。
指南针与地磁、小磁铁与大磁场
组进 织入 质主 子磁 的场 核前 磁后 状人 态体
•处于高能状态太费劲，并非人人都能做到
•处于低能状态的略多一点，007
自旋（spin)——MRI基础
自旋角动量 I
大小—原子核、 质子、中子数
方向—自旋轴
自旋磁矩
原子核自旋运动I产生的微观磁场
—磁旋比，磁矩与角动量之比
—约化普朗克常数
1.05457261034 J s
地磁、磁铁、核磁示意图
原子核总是绕着自身的轴旋转－－自旋 ( Spin )
原 子 核 自 旋 产 生 核 磁
MRI （Magnetic Resonance Imaging ）
历史、结构、原理及发展
MRI的物理学原理 MRI Prince
磁共振成像基本原理
•一个放射科工程师对磁共振成像的理解
•MRI基本原理
•非常重要 •难以理解
•非常重要
学习MRI前应该掌握的知识
• 电学 • 磁学 • 量子力学 • 高等数学
• 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1023个Ｈ原子，其所产生的磁 共振信号要比其他原子强1000倍。
• 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。
何种原子核用于人体MR成像？
•用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有：
–1、1H的磁化率很高； –2、1H占人体原子的绝大多数。
•通常所指的MRI为氢质子的MR图像。
• 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。
•人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢 质子3×1022）
•每个氢质子都自旋产生核磁现象
•人体象一块大磁铁吗？
矢量的合成与分解
通常情况下人体内氢质子的核磁状态
通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的 磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，
人体并不表现出宏观磁化矢量。
把人体放进大磁场
2、人体进入主磁体发生了什么？
人体元素 1H 14N 31P 13C 23Na 39K 17O 2H 19F
摩尔浓度 99.0 1.6 0.35 0.1 0.078 0.045 0.031 0.015 0.0066
相对磁化率 1.0 0.083 0.066 0.016 0.093 0.0005 0.029 0.096 0.83
由于相位不同，每个质子的横向磁化分矢量
相抵消，因而并无宏观横向 核磁与主磁场相互作用发生进动
进动使每个质子的核磁存在方向稳定的纵 向磁化分矢量和旋转的横向磁化分矢量
由于相位不同，只有宏观纵向磁化矢量产
生，并无宏观横向磁化矢量产生
• 进入主磁场后人体被 磁化了，产生纵向宏 观磁化矢量
处于低能状态的氢
质子仅略多于处于
高能状态的质子
PPM为百万分之一
在主磁场中质子的磁化矢量方向是绝 对同向平行或逆向平行吗？？？
Precessing (进动 )
自旋和进动
•非常重要
进动是核磁（小磁场）与主磁 场相互作用的结果 进动的频率明显低于质子的自 旋频率，但比后者更为重要。
= .B
进入主磁场后磁化矢量的影响因素 温度、主磁场强度、质子含量
•温度
•温度升高，磁化率降低
•主磁场场强
•场强越高，磁化率越高，场强几乎与磁化 率成正比
•质子含量
•质子含量越高，与主磁场同向的质子总数 增加（磁化率不变）
处于低能状态的质子到底比处于高能
状态的质子多多少？？？
室温下（300k）
0.2T：1.3 PPM 0.5T：4.1 PPM 1.0T：7.0 PPM 1.5T：9.6 PPM
初中数学 初中物理 加减乘除 平方开方
1.人体MR成像的物质基础
• 原子的结构
电子：负电荷 中子：无电荷 质子：正电荷
自旋与核磁
•地球自转产生磁场
•原子核总是不停地按一定频率绕着自身的
轴发生自旋 ( Spin )
•原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁
场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为 核磁共振成像（NMRI）。
• 不同的组织由于氢质 子含量的不同，宏观 磁化矢量也不同
• 磁共振不能检测出纵 向磁化矢量
MR能检测到怎样的磁化矢量呢？？？
N S
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量
如何才能产生横向宏观磁化矢量？
3.什么叫共振，怎样产生磁共振？
• 共振：能量从一个震动着的物体传递到另一
个物体，而后者以前者相同的频率震动。