磁共振一般原理
磁共振成像的原理与应用
磁共振成像的原理与应用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种无创性的医学影像检查技术，广泛应用于临床医学领域。
MRI利用核磁共振现象，通过在人体内产生强大的磁场和射频脉冲，对人体组织进行断层成像，以获取高分辨率的解剖结构和生理功能信息。
本文将介绍MRI 的原理及其在医学中的应用。
一、磁共振成像的原理MRI的工作原理基于核磁共振现象，即原子核处于外部磁场中时，能够吸收或发射特定频率的电磁辐射。
核磁共振现象是由于原子核自旋的存在，当一强磁场施加在原子核上时，原子核自旋会在磁场的作用下呈现不同的能级。
当原子核在这两个能级之间跃迁时，会吸收或发射电磁辐射，这种现象即核磁共振。
实现MRI成像需要一个强磁场、一组梯度磁场和一组射频脉冲。
首先，强磁场使人体内的原子核自旋定向，形成一个整体的磁矢量。
接着，通过梯度磁场对磁场的分布进行控制，使得磁场在不同方向上有所变化。
然后，通过向人体内发送一组射频脉冲，使部分原子核自旋发生共振现象。
当射频脉冲关闭后，原子核自旋会恢复原来的状态，同时发射出特定频率的电磁辐射信号。
最后，通过接收和解析这些电磁辐射信号，根据其强度、频率等信息，将其转化为图像，从而得到人体组织的断层图像。
二、磁共振成像的应用1. 临床诊断MRI在临床上的应用非常广泛，可以检测到人体内部各种器官和组织的形态和结构。
例如，在神经科学领域，MRI可用于观察脑部结构、器质性损伤和神经退行性病变；在心脏疾病诊断方面，MRI可用于观察心脏的大小、形态和心肌的运动情况；在骨科方面，MRI可用于观察关节软骨、骨骼肿瘤和软组织的病变等。
2. 功能研究除了结构成像，MRI还可用于研究人体各个器官的功能。
例如，在脑科学研究中，功能性磁共振成像（fMRI）可以通过观察脑部的血氧水平变化，间接反映出不同脑区的功能活动状态。
fMRI广泛应用于研究人类的感知、认知、运动等各个领域，为神经科学的研究提供了强有力的工具。
磁共振简易原理、脉冲序列及临床应用
IR序列应用： ①主要用于产生T1WI和PDWI； ②形成重T1WI，成像中完全除去T2作用； ③除重T1WI外，主要用于脂肪抑制和水抑制。
201I9R/6-/1T01WI, 冠状面
SE-T1WI，横断
IR-T1WI，横断面
1.短TI反转恢复序列
脂肪组织T1非常短，IR序列采用短的TI值 （≤300ms）抑制脂肪信号，该序列称短TI反转恢 复序列（short TI inversion recovery，STIR）；
B
长TR 时间ms
PDWI 组织信号高低取决 于质子含量高低； 脂肪及含水的组织 均呈较高信号；
2019/6/10
SE序列 临床应用
腕关节高分辨
2019/6/10
SE－T1WI
左枕叶脑脓肿
2019/6/10
SE－T1WI
SE-T1WI增强扫描
（二）快速自旋回波序列
快速自旋回波（fast spin-echo，FSE）序列：在一个TR 周期内先发射一个90°RF脉冲，然后相继发射多个 180°RF脉冲，形成多个自旋回波；
LAD RCA
RCA LAD
2019/6/10
Courtesy oRf iNgohrtthcworeostnearnryUanritveerysity Ho
在读出梯度方向施加一对强度相同、方向相反的梯度磁场，使 离散的相位重聚而产生回波，该回波被称梯度回波。
2019/6/10
常规GRE序列的结构
• (1)射频脉冲激发角度小于90 ° • (2)回波的产生依靠读出梯度场（即频率编
码梯度场）的切换
2019/6/10
GRE序列的基本特点
（1）采用小角度激发，加快成像速度； （2）采用梯度场切换采集回波信号，进一步加快采集速度； （3）反映的是T2*弛豫信息而非T2弛豫信息； （4）GRE序列的固有信噪比较低； （5）GRE序列对磁场的不均匀性敏感； （6）GRE序列中血流常呈高信号。
磁共振原理通俗讲解
磁共振原理通俗讲解
磁共振原理是指物质在外加磁场作用下，其原子核或电子会受到激发，从低能级跃迁到高能级，然后再回到低能级释放出能量的过程。
简单来说，磁共振原理是利用磁场和射频脉冲激发物质中原子核或电子的运动，使其跃迁到高能态。
当外加磁场和射频脉冲的频率与物质的共振频率匹配时，会出现共振现象。
具体操作时，将被研究的物质置于磁场中，然后给它施加一个特定频率的射频脉冲。
当射频频率与物质的共振频率一致时，物质中的原子核或电子会吸收能量，并跃迁到高能态。
随后，射频脉冲停止，而物质会逐渐从高能态返回到低能态，反向释放出吸收的能量。
这些释放出的能量通过感应线圈收集并转化为可视化的图像。
磁共振原理在医学影像学中被广泛应用，例如核磁共振成像（MRI）。
通过调节磁场和射频脉冲的参数，可以获取不同组织的图像，从而达到检查和诊断的目的。
总而言之，磁共振原理是利用磁场和射频脉冲激发物质中原子核或电子的运动，从而实现能量的吸收和释放，进而产生图像或其他信号。
磁共振成像设备的工作原理
磁共振成像设备的工作原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种通过利用核磁共振现象来获得人体组织图像的医学检查技术。
它可以提供高分辨率、无创伤的全身解剖图像，对病理性变化早期的发现和定量分析具有重要意义。
那么，磁共振成像设备是如何工作的呢？下面将详细介绍MRI设备的工作原理。
首先，磁共振成像设备包括主磁场系统、梯度磁场系统和射频系统。
主磁场系统是整个设备的核心，产生一个极强的定向磁场，通常为1到3特斯拉。
这个磁场可以将人体内的核磁共振信号分离出来。
在主磁场的作用下，人体内的水分子和其他核自旋（比如氢原子核）会产生一个差异很小的能级分裂。
然后，梯度磁场系统起到定位的作用，通过改变磁场的强度和方向，可以选择性地激发和感应特定区域的核磁共振信号。
接下来，利用射频系统，通过传送一系列射频脉冲激发患者体内的核自旋。
这些射频脉冲将导致核自旋从基态向激发态跃迁，并在脉冲结束后，核自旋会回到基态并释放出能量。
这些释放的能量即为核磁共振信号。
为了获得高质量的MRI图像，必须对核磁共振信号进行针对性的频率分析和空间编码。
频率分析是指将复杂的核磁共振信号转换为频率分量，以获得不同的核磁共振频率信息。
而空间编码则是指通过改变梯度磁场的强度和方向，对核磁共振信号在空间上进行编码。
最后，通过一系列计算和图像重建算法，将获得的核磁共振信号转换为高质量的图像。
这些算法包括傅里叶变换、滤波、插值和二维重建等步骤，以达到优化图像质量的目的。
综上所述，磁共振成像设备的工作原理主要包括主磁场系统、梯度磁场系统和射频系统的协同作用。
通过产生一个高强度的定向磁场、改变梯度磁场的强度和方向、利用射频脉冲激发和感应核磁共振信号，并通过频率分析和空间编码，最终获得高质量的MRI图像。
这种非侵入性的成像技术在临床上的广泛应用将进一步提高医学诊断的精确性和准确性。
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种通过核磁共振现象来获得人体组织图像的非侵入性检查技术。
mri磁共振成像原理
mri磁共振成像原理
MRI成像是利用核磁共振现象的原理，通过对人体组织内的
水分子进行扫描和观察，得到高清晰度的图像。
具体原理如下：
1. 磁性原子核存在自旋，即核具有旋转的特性。
2. 在外加磁场的作用下，核会以不同的方式排列。
正常情况下，核自旋会沿着磁场方向对齐。
3. 在MRI中，通过在病人身上施加一个强大的磁场，使得人
体内的大部分水分子的核自旋方向与磁场方向一致。
4. 随后，施加一系列的辅助磁场，这些磁场的方向会短暂扰乱水分子自旋的排列。
5. 辅助磁场停止后，水分子的自旋会重新按照其能量状态重新排列。
6. 在此过程中，水分子释放出的能量会被探测器捕捉并转换为电信号。
7. 根据这些电信号的不同，MRI系统可以重建出人体内不同
组织的图像。
此外，MRI还可以通过改变辅助磁场的频率和强度，来获取
不同组织的信号。
这样就可以得到不同的对比度，进一步分辨不同组织的结构和功能。
简述MRI成像原理
简述MRI成像原理
MRI全称为磁共振成像，是一种医学影像学的技术。
其原理基于核磁共振现象，利用强磁场和无线电波对人体进行扫描，产生高清晰度三维图像。
具体实现过程包括以下几个步骤：
1. 构建磁场：在MRI扫描过程中，需要产生非常强的磁场。
通常使用超导磁体，其内部绕有电流，可以产生非常强的磁场。
2. 激发磁共振：在强磁场中，人体内的原子核会对磁场进行反应。
使用无线电波来激发原子核的磁共振，使其发生共振吸收和发射。
3. 接收信号：激发原子核后，其会发出无线电信号。
使用接收线圈来捕获这些信号。
4. 信号处理：通过数学算法对接收到的信号进行处理，可以得到一幅高清晰度的三维图像。
MRI成像原理的优势在于它不会对人体造成辐射，适用于对柔软组织的成像，如脑部、胸部、骨骼等。
同时，MRI成像原理也被广泛应用于医学诊断、科学研究和生物医学工程领域。
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磁共振成像原理简介
磁共振成像原理简介磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ，MRI ）是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种技术。
在诞生之初被称为核磁共振，但为了避免与核医学成像技术相混淆，并且为了突出这项技术不会产生电离辐射的优点，因此将“核磁共振成像”简称为磁共振成像。
核磁共振是自旋的原子核在磁场中与电磁波相互作用的一种物理现象。
我们知道，原子由原子核和绕核运动的电子组成，其中，原子核由质子和中子组成。
电子带负电，质子带正电，中子不带电。
根据泡里不相容原理，原子核内成对的质子或中子的自旋相互抵消，因此只有质子数和中子数不成对时，质子在旋转中产生角动量，磁共振就是利用这个角动量来实现激发、信号采集和成像的。
用于人体磁共振成像的原子核为氢原子核（1H ），主要原因如下：1、1H 是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核数的2/3以上。
2、1H 的磁化率在人体磁性原子核中是最高的。
质子以一定频率绕轴高速旋转，称为自旋。
自旋是MRI 的基础。
自旋产生环路电流，形成一个小磁场叫做磁矩。
在无外磁场情况下，人体中的质子自旋产生的小磁场是杂乱无章的，每个质子产生的磁化矢量相互抵消，因此，人体在自然状态下并无磁性，即没有宏观磁化矢量的产生。
进入主磁场后，人体中的质子产生的小磁场不在杂乱无章，呈有规律排列。
一种是与主磁场平行且方向相同，另一种与主磁场平行但方向相反，处于平行同向的质子略多于平行反向的质子。
从量子物理学角度，平行同向的质子处于低能级，因此受主磁场的束缚，其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；而平行反向的质子处于高能级，因此能够对抗主磁场的作用，其磁化矢量方向与主磁场相反。
由于低能级质子略多于高能级质子，因此在进入主磁场后，人体产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。
进入主磁场后，无论是处于高能级还是处于低能级的质子，其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是与主磁场有一定的角度。
磁共振介绍
一、简介磁共振扫描仪（MRI）是利用磁振造影的原理，将人体置于强大均匀的静磁场中，透过特定的无线电波脉冲来改变区域磁场，借此激发人体组织内的氢原子核产生共振现象，而发生磁矩变化讯号。
因为身体中有不同的组织及成份，性质也各异，所以会产生大小不同的讯号，再经由计算机运算及变换为影像，将人体的剖面组织构造及病灶呈现为各种切面的断层影像。
MRI的成像原理不同于X线检查及核医学检查，不依靠射线穿透人体成像，因而避免了射线辐射对人体的损害，属于无创性检查。
MRI的软组织分辨力高于CT，可以很好地区分脑的灰、白质，前列腺的外周带与中央带，子宫的内膜层与肌层等，并可使关节软骨、肌肉、韧带、椎间盘、半月板等直接显影。
MRI具有任意方位断层的能力，可在患者体位不变的情况下行横断位、矢状位、冠状位及任意角度断层扫描，无观察死角，显示病变全面、立体，可为诊断提供更多的信息。
MRI无需造影剂就可使心血管系统清楚显影，可与DSA（数字减影血管造影）媲美。
免除了患者在插管和静脉注射造影剂时所承担的痛苦和危险。
MRI无骨性伪影，对于脑后颅窝的病变，CT常因有骨性伪影干扰而影响观察，MRI则无此忧虑，图像质量和对病变的诊断显着优于CT。
基于MRI的上述优点，MRI特别适合于中枢神经系统、心血管系统、关节软组织、盆腔脏器等病变的检查，对于头颈部、纵隔、腹腔实性脏器的检查也很优越。
磁共振成像MRI的优点：1、软组织分辨率高，明显优于CT。
2、成像参数多，图像变化多，提供信息量大。
3、可以多轴面直接成像，病变定位准确。
4、磁共振频谱（MRS）还可以反映组织的生化改变，弥散成像（Diffision）可反映水分子布郎运动。
5、磁共振血管成像（MRA）可不用造影剂直接显示血管的影像，磁共振水成像（MRCP、MRU、MRM）可不用造影剂显示胆管、输尿管、椎管。
6、可直接显示心肌和心腔各房室的情况。
7、颅底无骨伪影。
8、对人体无放射损伤。
缺点:1．和CT一样，MRI也是影像诊断，很多病变单凭MRI仍难以确诊，不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断；2．对肺部的检查不优于X线或CT检查，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越，但费用要高昂得多；3．对胃肠道的病变不如内窥镜检查；4．体内留有金属物品者不宜接受MRI。
磁共振的工作原理
磁共振的工作原理
磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是利用人体水分
子中的氢原子核产生共振信号来获取人体内部结构信息的一种医学成像技术。
它的工作原理如下：
1. 静态磁场：首先，在病人周围建立一个强大的静态磁场。
静态磁场通常是由超导磁体产生的，其磁场强度一般在1.5到
3.0特斯拉之间。
2. 矢量旋转：当病人进入静态磁场后，体内的氢原子核会受到静态磁场的影响，使得它们的自旋沿静态磁场方向发生矢量旋转。
3. 激励脉冲：然后，通过发送一系列的无线电波脉冲，使得体内的氢原子核发生共振。
这些脉冲将被发送到病人的身体部位，以激发特定的核自旋。
4. 信号接收：被激发的氢原子核将放射出共振信号，这些信号可以被特制的射频线圈接收到。
5. 数据处理：接收到的信号将经过复杂的数学计算和信号处理，来生成高质量的图像。
由于不同类型的组织对共振信号的时间和强度有不同的反应，这些图像可以提供人体内部结构的详细信息。
通过这样的工作原理，磁共振成像可以提供高分辨率的图像，并且可以在不使用放射线的情况下获取人体内部结构的信息。
然而，由于设备复杂、成本昂贵和对患者需要一定的合作度等限制，磁共振成像并不适用于所有人和情况。
MRI的工作原理
MRI的工作原理
MRI（磁共振成像）是一种医学影像技术，通过使用强磁场和无害的无线电波来生成人体内部的详细图像。
MRI的工作原理涉及如下几个步骤：
1. 建立强磁场：MRI使用大而强大的磁体产生一个非常强的恒定磁场，通常在1.5到3特斯拉之间。
这个磁场可以使人体内的水分子和其它氢原子与磁场自身对齐。
2. 激发共振：医生或技术人员在扫描开始之前，需要让患者躺在一个装有线圈的平台上。
这些线圈用于产生辅助的磁场来激发患者体内的氢原子。
技术人员会发送特定的无线电波信号，以匹配氢原子的共振频率，从而抵消磁场自身所造成的原子自旋。
3. 接收信号：当无线电波信号结束后，患者体内的氢原子会重新调整自己的自旋。
在这个过程中，它们会发射出一种微弱的无线电信号。
线圈接收这些信号，并将其转化为电信号。
4. 图像重构：通过使用计算机程序，电信号被转换成高质量的图像。
计算机根据信号的强度和时间来重建图像，并将其呈现给医生进行诊断。
MRI的工作原理是基于物质中的原子和分子如何与强磁场进行相互作用。
水分子和其他含氢分子在磁场中对齐的方式可提供详细的图像信息，这些图像可以用于检测和评估体内的异常
情况。
由于MRI不依赖放射性物质，并且能够提供高分辨率的图像，因此在医学诊断中得到广泛应用。
磁共振成像的原理
一、磁共振成像基本原理1．磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性;核子的自旋产生小磁矩,类似于小磁棒;质子数或中子数至少有一个为奇教的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化来,其磁化矢量与静磁场同向;而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动一方面不断自旋,同时以静磁场为轴做圆周运动,进动频率precession f requency即质子每秒进动的次数为00一/Bo,7为原子核的旋磁比对于每一种原子核,7是一个常数且各不相同,如氢质子7值为42. 5MHz/T,Bo为静磁场的场强大小;人体含有占比重70%以上的水,又由于氢质子磁矩不为零,这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源,其余信号来自脂肪、蛋白质和其他化合物中的氢质子; 对静磁场中的质子群沿着垂直于静磁场的方向施加某一特定频率的电磁波——其频率在声波范围内,故称为射频radio frequency,RF-原来的宏观磁化就会以射频场为轴发生偏转章动,其偏转角度取决于射频场的施加时间、射频强度和射频波形;当然,一个关键条件是：射频的频率必须与静磁场中的质子的进动频率一致;宏观磁化发生章动的实质是质子群中一部分质子吸收了射频的能量,使自己从低能级跃迁到了高能级;这种现象即称为原子核的磁共振现象;如果将此时的宏观磁化进行二维分解,会发现射频激励的效果是使沿静磁场方向的磁化矢量纵向磁化减小,而垂直于静磁场方向的磁化横向磁化增大了;RF脉冲有使进动的质子同步化的效应,质子同一时间指向同一方向,处于所谓“同相”,其磁化矢量在该方向上叠加起来,即横向磁化增大;使质子进动角度增大至90;的RF脉冲称为90;脉冲,此时纵向磁化矢量消失,只有横向磁化矢量;同样还有其他角度的RF脉冲;质子的进动角度受RF脉冲强度和脉冲持续时间影响,强度越强、持续时间越长,质子的进动角度越大,且强RF脉冲比弱RF脉冲引起履子进动角度改变得要快;2．弛豫及弛豫时间短暂的射频激励一般为几十微秒以后,宏观磁化要恢复到原始的静态;从激励态恢复到静态要经历一个与激励过程相反的两个分过程,一个是横向磁化逐渐减小的过程即为横向弛豫过程,T2过程图6-1；另一个是纵向磁化逐渐增大的过程纵向弛豫过程,T1过程图6-2;纵向弛豫过程的本质是激励过程吸收了射频能量的那些质子释放能量返回到基态的过程;能量释放的有效程度与质子所在分子大小有关,分子过大或很小,能量释放将越慢,弛豫需要的时间就越长;如水中的质子,0. 5T场强下弛豫时间>4000毫秒；分子结构处于中等大小,能量释放就很快,T1就短,如脂肪内的质子,场强下弛豫时间仅为260毫秒左右;横向弛豫过程的本质是激励过程使质子进动相位的一致性逐渐散相即逐渐失去相位一致性的过程,其散相的有效程度与质子所处的周围分子结构的均匀性有关,分子结构越均匀,散相效果越差,横向磁化减小的越慢,需要的横向弛豫时间T2就越长；反之,分子结构越不均匀,散相效果越妤,横向磁化减小越快, T2就越短;3．自由感应衰减磁共振成像设备中,接收信号用的线圈和发射用的线圈可以是同一线圈,也可以是方向相互正交的两个线圈,线圈平面与主磁场Bo平行,其工作频率都需要尽量接近Larmor频率;线圈发射RF脉冲对组织进行激励,在停止发射RF脉冲后进行接收;RF脉冲停止后组织出现弛豫过程,磁化矢量只受主磁场Bo的作用时,这部分质子的进动即自由进动,因与主磁场方向一致,所以无法测量,而横向磁化矢量垂直并围绕主磁场方向旋进,按电磁感应定律即法拉第定律,横向磁化矢量的变化,能使位于被检体周围的接收线圈产生随时间变化的感应电流,其大小与横向磁化矢量成正比,这个感应电流经放大即为MR信号;由于弛豫过程横向磁化矢量的幅度按指数方式不断衰减,决定了感应电流为随时间周期性不断衰减的振荡电流,因而它是自由进动感应产生的,被称为自由感应衰减free induction decay,FID;9 0;脉冲后,由于受纵向弛豫T1和横向弛豫T2的影响,磁共振信号以指数曲线形式衰减,如图6-3所示,其幅度随时间指数式衰减的速度就是横向弛豫速率l/T2;图6-3 自由感应哀减信号及其产生4．空间定位磁共振信号的三维空间定位是利用施加三个相互垂直的可控的线性梯度磁场来实现的;根据定位作用的不同,三个梯度场分别称为选层梯度场Gs、频率编码梯度场Gf和相位编码梯度场G;；三者在使用时是等效的,可以互换,而且可以使用两个梯度场的线性组合来实现某一定位功能,从而实现磁共振的任意截面断层成像; 1选层：沿静磁场方向叠加一线性梯度场Gs可以选择发生磁共振现象的人体断层层面,RF的频带宽度与梯度场强度共同决定层厚图6-4;层厚与RF带宽呈正相关,与梯度强度呈负相关；图6-4射频带宽与选层梯度场共同决定层厚2频率编码：沿选定层面内的X方向叠加一线性梯度场Gf,可使沿X向质子所处磁场线性变化,从而共振频率线性变化,将采集信号经傅立叶变换后即可得到信号频率与X方向位置的线性一一对应关系,如图6-5所示;3相位编码：沿选定层面内的Y方向施加一线性梯度场G;时间很短,在选层梯度之后,读出梯度之前,则沿Y方向的质子在进动相位上呈现线性关系,将采集信号经傅立叶变换后,可以得到Y向位置与相位的一一对应关系,如图6-6所示;实际的序列中还有一些梯度场不起空间定位作用,主要有相位平衡梯度、快速散相梯度、重聚相梯度等;5．成像方法磁共振成像方法指的是将人体组织所发出的微弱的磁共振信号如何重建成一幅二维断面图像的方法,主要有点成像法、线成像法、面威;纭法,钵薇『成缭法等;1点成像法：对每个组织体素信号逐一进行测量成像的方法,主要包括敏感点法和场聚焦法;2线成像法：一次采集一条扫描线数据的方法,主要包括敏感线成像法、线扫描以及多线扫描成像法、化学位移成像法等;3面成像法：同时采集整个断面数据的成像方法,主要包括投影重建法、备种平面成像法以及傅立叶变换成像法等;4体积成像法：在面成像法的基础上发展起来的,不使用选层梯度进行面的选择,而是施加二维的相位编码梯度和一维的频率编码梯度同时对组织进行整个三维体积的数据采集和成像方法; 磁共振的成像方法很多,但选择RF脉冲的带宽和形状,使之能激发一个已知的频带, 并控制梯度场来选取一个点、一条线、一个层面,甚至选取整个成像体积来获得信号,是各种成像方法的共同点;任何一种成像法的实现,均与机器的软硬件设计紧密相关; 二、磁共振成像脉冲序列一幅灰度磁共振图像的实质有两个：①每个像素与人体组织体素之间的一一对应关系, 即对获取到的MR信号进行空间定位；②是每个像素的灰度值的确定,即尽量使正常组织和病变组织在图像上体现出较大的明暗差别对比度来;磁共振脉冲序列pulse sequence就是为了解决第二个问题的;根据病变组织和正常组织之间的多个参数密度、T1、T 2、含氧量、扩散系数、弹性、温度、流动效应等的不同,研发出不同的脉冲序列,通过不同的灰度更好地显示出病变组织和正常组织之间的对比;所谓脉冲序列就是通过对射频脉冲的幅度、宽度、波形、软硬以及时间间隔、施加顺序、周期等和梯度磁场的方向、梯度大小、空间定位作用的协调控制与配合施加的总称,目的是获取符合诊断要求的图像来;目前的脉冲序列名目繁多,各个公司推出的序列名称总计大概有100多种,出现了许多同质不同名的序列,如同为快速自旋回波序列,可称为TES turbo SE、FSE fast SE、RISE rapid imaging SE;按照MR信号的类型脉冲序列可划分为三大家族：自由感应衰减free induction decay,FID序列家族、自旋回波spin echo,SE序列家族、梯度回波gr a-dient echo,GE序列家族; 自由感应衰减序列家族利用FID信号来进行重建图像;晟早期的磁共振序列就是这一家族的部分饱和partial saturation,PS脉冲序列,又称为饱和恢复saturation recovery, SR脉冲序列,其序列形式如图6-7所示;实际上它是TR时间极长3～5倍T1时间而TE极短为0的SE序列,因此图像反映的是完全的质子密度像,与C T图像反映的组织参数相同;图6-7部分饱和恢复序列FID自旋回波序列家族中的SE序列是目前临床中最基础、最常用的序列,其序列形式如图6-8所示;该序列可以通过采用相应的TR时间和TE时间来获取不同的组织参数加权像,使得正常组织和病变组织或两种组织之间的不同参数的差别体现在图像对比度上,比如人脑内的脑白质和脑灰质,二者的密度参数很接近,因此反映密度参数的CT图像上二者灰度很接近,不能很好地分辨;但二者的T1和T2参数差别较大,因此通过配合改变TR和TE时间,可以获得脑部的T1加权像或T2加权像,在这些图像上,灰质和白质将有着较大的对比;一般,较长的TR和较长的TE,获得T2加权像T2WI；较短的TR和较短的TE,获得Tl加权像TIWI；较长的TR和较短的TE,获得质子密度加权像PdWI；这一序列中较常用的序列还有多层自旋回波序列multi-slice SE和多次回波序列multi-echo SE;图6-8基本自旋回波SE序列梯度回波序列家族中最基本的序列就是梯度回波脉冲序列,其序列形式如图6-9所示; 它利用翻转的梯度获取信号,相比SE序列缩短了获取信号的时间,开创了快速磁共振成像的先河;该家族序列通过对射频翻转角a、TR和TE三个参数的配合控制,可以在较短的时间内分别获取反映组织Pd、Tl、T2和T2”参数差别的图像来;因此该序列家族得到了越来越广泛的使用;图6—9梯度回波GRE系列快速磁共振成像序列是磁共振发展的一个热点,也是磁共振的生命所在;不管其如俩快速,具体实现的时候可能是两种或三种的结合再结合减少傅立叶并行采集技术来达到缩短扫描时间的目的的;快速磁共振成像序列是指可以用较短的时间获取或重建出磁共振图像的序列;缩短磁共振的扫描时间对磁共振的飞速发展和广泛使用具有极其重要的意义：①功能磁共振的开展直接取决于快速磁共振成像序列；②对一些运动器官或组织的成像也依赖于快速序列；③对于流体比如血管、心脏的造影也是基于快速成像序列的基础上的；④提高磁共振的临床使用效率也得益于快速成像序列; 磁共振快速序列的发展基本上经历了三个阶段：第一阶段,使用快速自旋回波序列fast spin echo．F SE使成像时间从原始的10分钟级缩短到了分钟级；第二阶段,梯度回波序列gradient echo,;E使成像时间从分钟级缩短到了秒级；第三阶段,回波平面序列echoplanner imaging,EPI将成像时间从秒级缩短到了几十毫秒级；许多方法都利用了K空问的对称性而减少了用以重建图像所需要的数据量的技术,还有结合了不同的缩短成像时间的方法; 脉冲序列的控制参数主要有重复时间TR、回波时间TE、反转时间TI、扫描矩阵、计算矩阵、扫捕视野、层面厚度、层间距、翻转角、信号平均次数、回波链长度、回波间隔时问、有效回波时间、第一回波时间等;。
核磁共振仪工作原理
核磁共振仪工作原理
核磁共振仪（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种使
用核磁共振现象来获得样品信息的仪器。
其工作原理如下：
1. 核磁共振现象：核磁共振现象是指在外加静磁场和射频磁场的作用下，处于磁共振状态的核自旋态发生变化的现象。
当核自旋磁矩与外加磁场相互作用时，能级结构发生变化，核自旋可在不同能级之间跃迁。
2. 静磁场：核磁共振仪利用高强度恒定静磁场，通常由超导磁体产生。
静磁场的作用是使样品内核自旋趋于排列在同一方向上，从而形成磁矩。
3. 射频磁场：核磁共振仪通过产生一定频率的射频磁场，与静磁场相互垂直。
射频磁场的作用是改变核自旋的能级状态，使其跃迁到不同能级。
4. 核磁共振信号接收：当射频磁场与核自旋能级发生共振时，被激发的核自旋进入共振状态，并在回到基态时释放能量。
这些释放的能量通过感应线圈接收，并转化为弱电信号。
5. 信号处理与分析：通过适当的信号处理方法，可以将接收到的弱电信号放大、滤波、数字化处理。
经过傅里叶变换等数学运算，便可获得核磁共振谱图。
6. 数据解析与分析：通过对核磁共振谱图的解析与分析，可以获得有关样品分子的信息，如化学结构、化学位移、耦合常数、
含量等。
综上所述，核磁共振仪利用静磁场和射频磁场的相互作用，通过核磁共振现象获取样品的信息。
核磁共振原理详解
核磁共振（NMR）是一种广泛应用的物理技术，主要用于研究分子的结构和动态。
其原理基于原子核的自旋磁矩和外加磁场之间的相互作用。
以下是对核磁共振原理的详细解释。
首先，原子核具有磁性，这是因为它们具有自旋和磁矩。
自旋是一个量子力学概念，表示原子核的自旋角动量。
磁矩则是原子核自旋磁性的量度，它与自旋角动量成正比。
当原子核处于静止状态时，其磁矩与外界磁场完全抵消，因此不会产生任何磁性效应。
但是，当原子核受到外加磁场的作用时，其磁矩会受到一个力，使得原子核开始旋转。
这个旋转的角速度与外加磁场的强度和原子核的磁矩成正比。
当原子核旋转时，它会与周围的电磁场相互作用，产生一个交变电磁场。
这个交变电磁场又会对原子核产生一个反作用力，使得原子核的旋转角速度发生变化。
这个变化与外加磁场的强度和原子核的磁矩有关。
在核磁共振实验中，我们通常使用一个强磁场来使原子核旋转。
然后，我们通过测量这个交变电磁场的频率或相位来得到原子核的磁矩和自旋角动量。
通过这些信息，我们可以推断出分子的结构和动态信息。
总的来说，核磁共振是一种利用原子核的磁性来研究分子结构和动态的技术。
它通过外加磁场和交变电磁场的作用来测量原子核的磁矩和自旋角动量，从而得到分子的结构和动态信息。
磁共振的成像原理
磁共振的成像原理
磁共振成像是一种医学影像技术，通过磁共振现象来获取人体内部组织结构的信息。
具体来说，磁共振成像利用了核磁共振现象中的原子核自旋共振特性。
磁共振成像的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 磁场生成：首先，磁共振成像系统会在患者身体周围产生一个强大的静态磁场，通常为1.5到3特斯拉的强磁场。
这个磁
场可以通过永久磁铁或电磁磁铁来产生。
2. 核磁共振激发：在强磁场产生后，通过调节脉冲序列和参数，磁共振成像系统会向患者的身体部位发送一系列特定频率和时间长度的无线电波脉冲。
这些脉冲会被患者体内的原子核（如氢核）吸收和重新放射。
3. 信号检测：放射回波信号会被磁共振成像系统中的射频线圈接收。
射频线圈位于患者身体周围，能够捕捉到从患者体内放射出来的信号。
4. 信号处理与重构：接收到的信号会被转换成数字信号，并通过计算机进行处理和重构。
计算机会对信号进行分析，并生成一个人体内部结构的三维图像，供医生进行诊断。
通过磁共振成像，医生可以观察到人体内部不同组织的详细结构，如脑部、内脏器官和骨骼等。
与传统X射线成像相比，
磁共振成像不会使用任何放射性物质，因此对患者相对较安全。
此外，磁共振成像还可以提供更高的对比度，使医生更容易检测和诊断疾病。
磁共振基本原理
磁共振基本原理
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，它利用原子核在强磁场和高频电磁场作用下的共振现象，获得人体内部组织的高分辨率影像。
其基本原理如下：
1. 原子核的自旋：原子核具有自旋，类似于地球的自转。
2. 磁矩：原子核自旋产生一个磁矩，类似于地球的磁场。
3. 预cession：在外磁场作用下，原子核磁矩会在磁场方向上产生一个旋转运动，称为预cession。
4. 共振现象：当外加一个与预cession频率相同的高频电磁场时，原子核的磁矩会受到激发，产生共振现象。
5. 信号检测：共振现象会产生一个电磁信号，通过检测信号的强度和位置，可以获得组织的空间分布信息。
6. 图像重建：通过对信号进行处理和重建，可以得到高分辨率的影像。
总体来说，MRI的基本原理就是利用原子核在强磁场和高频电磁场作用下的共
振现象，获得组织的空间分布信息，从而实现高分辨率的影像重建。
磁共振原理及临床应用
磁共振原理及临床应用
磁共振成像（MRI）是利用核磁共振（NMR）原理的一种医学影像技术。
其原理是人体组织内的氢原子核（H+）在强磁场中，受到射频脉冲的激发，发生核磁共振跃迁，产生共振。
当射频脉冲停止后，氢原子核将所吸收的能量释放出来，被接收器接收，经过计算机处理后形成图像。
核磁共振成像可以提供人体内部结构的详细信息，对于神经、肌肉、脂肪等软组织的成像效果尤其好。
它具有无创、无痛、无辐射等优点，因此被广泛应用于临床诊断。
临床应用方面，磁共振成像主要用于脑部疾病的诊断。
由于脑部富含水分，而水分子中的氢原子在磁场中容易产生共振，因此MRI对脑部疾病的诊断
非常有效。
同时，MRI还可以用于诊断脊柱、关节、肌肉等部位的疾病。
另外，对于一些肿瘤、感染、创伤等疾病，MRI也可以提供重要的诊断信息。
例如，MRI可以检测出一些早期的肿瘤病变，对于肿瘤的定位和分期非常有帮助。
需要注意的是，虽然MRI是一种非常有用的影像诊断技术，但并不是所有
的患者都适合进行MRI检查。
一些患有心脏起搏器、动脉瘤银夹结扎术等
金属植入物或体内金属异物等的患者，以及怀孕不到3个月的孕妇，幽闭恐惧症患者等人群不适合进行MRI检查。
总之，磁共振成像是一种非常有用的医学影像技术，其原理基于核磁共振的原理，可以提供人体内部结构的详细信息，对临床诊断和治疗具有重要意义。
磁共振原理
纵向驰豫
• 中断RF脉冲后，质子从高能状态返回到低能状态，即重新指向上 方，图中‘一个接一个地’画出来。结果纵向磁化增加，恢复到 原来的数值。为了好看起见，没有把质子画成同相。
• 从RF脉冲吸收的能量 被传递到周围，即所谓晶格（lattice）。又 称为自旋--晶格驰豫(spin-lattice-relaxation)。
• 当晶格由中等大小的分子组成（体内多数组织可被看 作是含有不同大小分子的液体），这些分子运动、磁 场波动接近进动质子的Larmor频率时，能量传递要快 的多，因此T1短。
T1受什么影响
• 脂肪为什么是短T1 ----脂肪酸末端的碳键接近Larmor频率，所
以能量传递十分有效。 • 为什么在较强的磁场中T1变长 ----进动频率依赖场强，其关系用Larmor方
物理学基础----射频脉冲 radio frequency(RF)pulse
• 一个短促的电 磁波，称为射 频脉冲。
• 当质子频率与 射频脉冲频率 相同时，就能 进行能量交换。
物理学基础----共振
• 质子有进动频率，这一频率可由Larmor 方程算出。
• Larmor方程提供了需要发射的RF脉冲频 率。
横向磁化
• 质子的进动频率有它们所处的场强来决定，而且所有的质子都要 接受相同的场强，然而，事实并非如此。
• 病人所处的MR磁场,并非均匀一致，在强度上略有差异，因而引 起不同的进动频率。
• 每一质子都受到邻近核小磁场的影响，这些核分布不均匀，因而 也导致不同的进动频率。这些内磁场的差异可以某种方式作为一 种组织的特征。
• --对于不纯液体,如含有大分子的液体,局部磁场有较大 差异,因为较大的分子运动不太快,局部磁场抵消的也不 多,结果使质子进动频率有较大的差别.这样,失去相位一 致性的速度加快,T2就较短。
磁共振是什么原理
磁共振是什么原理
磁共振是一种利用原子核磁矩在恒定磁场和射频场的作用下产生与检测信号的方法。
其原理基于原子核具有自旋和磁矩的性质，当外加一个静磁场时，原子核会在该磁场中产生取向相同的磁矩。
在磁共振实验中，首先使样品置于一个强恒定磁场中，使其原子核获得一定的自旋取向。
然后通过施加一个特定频率的射频场，使原子核的自旋方向发生共振翻转。
当射频场频率与原子核的共振频率匹配时，原子核会吸收射频能量。
通过改变射频场的频率，可以得到一系列能量吸收峰，这些峰对应了不同原子核的共振频率，从而可以推断出样品中的不同分子或原子核的存在和相对量。
磁共振技术在医学影像学中得到了广泛应用，可以用于观察人体内部器官的结构和功能。
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3.拉莫尔进动
• 处在外磁场中的核磁 矩方向，并不完全朝 向主磁场方向，而是 象受到地球引力的旋 转的陀螺一样，进行 着以外磁场的方向为 轴的旋进和高速自旋 的复杂运动。
方程
• ｆ＝ｒ· ０/２π Ｂ ｆ：进动的频率 Ｂ０：主磁场强度 ｒ：旋磁比（对于每一种原子 核是恒定的常数）
4.共振
• 处于平衡状态的净磁 矩,并不能在接收线 圈中产生信号,该磁 矩在具有拉莫尔频率 的 90º 脉 冲 的 激 励 RF 下 旋 进 到 XOY 平 面 , 也即垂直于主磁场的 方向。
5.磁矩的分量
• 被激励的质子群的宏 观磁矩分别投影在Ｚ 轴和XOY平面上形成 两个分量： Ｍz、 Ｍxy
6.弛豫
磁共振成像的基本原理
• 当RF脉冲停止时，MR信号就可接收到了。 问题是：接收线圈范围内的所有原子核 会以相同的频率辐射信号，并且不会携 带任何空间位置信息。 • 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
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。
9.梯度回波图像
• 梯度回波与自旋回波 的区别是采用<90º 的 ＲＦ脉冲及不采用 180º 脉冲，而是施加 强度相同、方向相反 的读出梯度磁场，使 相位回归出现回波。 既保持了较好的图像 信噪比，又缩短检查 时间。
磁共振成像采用静磁场使该磁场的 局部变化，磁场梯度对组织样本的原子 核进行空间信息编码，射频脉冲发生器 发出的射频脉冲与其共同作用来产生信 号，然后射频接收系统探测出这些重新 发射出来的射频能量信号 ，并将这些 信号传输给计算机系统进行数字化处理 和影像显示。
6.成像过程
• 由A原始数据(正 弦信号)经过 2DFT 后 成 为 B-2D 频 谱 ， 最 终 图像C是B的亮 度灰阶描述。
７.Ｋ空间
• 伴随数据区域的 空间编码，必须 有一个解码方法 来获得具有一定 空间分辨率的Ｍ Ｒ图像。不同的 编码方法，图像 品质有很大差异。
７.Ｋ空间（续１）
• Ｋ空间是在信号采集期间收集的原 始数据所组成，此时并不重建解剖 图像。每一图像都有其自己的Ｋ空 间。水平轴Ｋｘ代表频率编码方向， 纵轴均匀刻度，每一刻度代表一Ｋ ｙ值，成比例对应于相位编码的梯 度磁场。Ｋ空间实际是由各回波信 号组成。
7. 重建系统 8. 操作/显示控制台以显示图像和操作者输入控 制参数 9. 存档系统 10.磁屏蔽：减少磁共振成像仪周围杂散磁场的 影响 11. 射频屏敝：使系统免受外部射频的相互干扰 12. 扫描床检查时在磁体内摆放病人 13. 病人监视设备以便检查时观察病人
磁共振造影剂
谢谢！
磁共振信号强度
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)
10.自旋回波
• 由于磁场的不均匀使 90º 冲 后 的 宏 观 净 脉 磁矩很快相位离散, 在 TE/2 后 , 施 加 180º RF脉冲使相位重 聚,并出现可测量的 MR信号.
1. 磁体：产生静磁场 2. 磁场梯度系统：由梯度放大器和梯度线圈 所组成用于空间选择和空间编码 3. 射频放大器和射频发射线圈：产生测量脉 冲，激励原子核 4. 射频接收线圈和放大器：探测来自原子核 的信号 5. 采集和控制系统：进行数字化信号处理影 像处理及数据采集、控制 6. 生理学硬件：用来获得病人的心电图、呼 吸周期波
2.相位离散与相位重聚
• 由＝Ｂ，被选层面 的自旋磁矩的旋进频 率将有微小差异，并 呈螺旋楼梯的台阶状 散开，为了获得最大 信号强度，采用一相 反极性的梯度磁场， 使该层自旋磁矩相位 重聚。
３.频率编码
• 垂直于Ｇｚ梯度的Ｇｘ频率编码梯度使得信号共振频 率沿Ｘ轴增加，经ＦＴ，各点的信号强度描点连线成 沿Ｘ轴方向的一维轮廓线，Ｇｘ也称读出梯度。如果 旋转Ｇｘ并不断重复这一过程，就可通过大家熟知的 ＣＴ成像的方法，来投影重建图像。ＭＲ不用此法。
电磁波谱图
不同原子核的MRI特性
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。
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。
• 射频脉冲停止后,已 吸收能量发生共振的 质子群磁矩释放能量, 回到原平衡状态的过 程称弛豫过程.分Mz、 Mxy的还原为纵向、２值
8.磁共振信号
• 90º 脉 冲 使 质 子 净 磁 RF 矩旋进到XY平面,脉冲 停止后,RF线圈将探测到 弛豫过程所产生的信号, 该信号逐渐减小,称为自 由感应衰减(FID)
７.Ｋ空间（续２）
• Ｋ空间可以模拟ＭＲ图像，另外， Ｋ空间可以对不同梯度的影响、弛 豫现象及变换采集方案提供定量评 价。不管如何采集，只要能确定Ｋ 空间的映射图，就能准确构造用来 进行２ＤＦＴ的数据。
8.自旋回波（ＳＥ）图像
• 自旋回波序列为最常用 的脉冲序列。先发射90º 脉冲，隔ＴＥ/2后再发 射 180º 冲 ， 至 Ｔ Ｅ 时 脉 间测量回波信号，重复 这一过程，完成所有采 集。两９０º 脉冲间的时 间为重复时间ＴＲ。
４.相位编码
• 施加垂直于Ｇｘ的相位 编码梯度Ｇｙ，９０º Ｒ Ｆ停止时，所有核磁处 于同一相位及频率旋进， 此时施加Ｇｙ，Ｙ轴上， 不同位置的核磁旋进频 率各异，关闭Ｇｙ，各 核磁又以同频旋进，然 而，位置却发生了变化， 并记忆了此时的位置。
５.２Ｄ付里叶变换
• ９０º 脉冲后，施加频率编码梯度和 相位编码梯度，即可完成被选层面 的空间编码，Ｇｘ和Ｇｙ是２Ｄ付 里叶变换的基础。
能引起质子弛豫时间缩短的离子或小分子称为 顺磁性物质。 用于MRI检查的顺磁性物质称为顺磁性造影剂， 主要机理为改变局部组织的磁环境。 Gd+3顺磁性最强，具有7个不成对的电子。 Gd-DTPA弛豫性强，毒性小，安全系数大，细 胞外分布，不通过正常的血脑屏障，由肾脏迅 速排泄，常用剂量0.1mmol/kg。
磁共振的物理基础
徐州医学院CT.MRI诊断学教研室 徐州医学院附属医院CT.MRI室
徐凯
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 物理学家探测化学结构构型及反应过程的 分析工具, 1973 年Lauterbur 首次进行了两 试管水的磁共振成像1976年Peter Mansfield 首 次 报 导了 人活体 MR 成像 ，1980年装 备商品。