磁共振成像基本原理_2010-8-27培训
磁共振成像的基本原理
磁共振成像的基本原理随着科学技术的不断进步，医学成像技术也在不断发展。
其中，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）作为一种高清晰度、非侵入性的成像技术，被广泛应用于医学领域。
那么，磁共振成像的基本原理是什么呢？磁共振成像技术是利用核磁共振现象进行成像的一种技术。
核磁共振现象是指在外加磁场作用下，原子核会发生共振现象，产生特定的信号。
这种信号可以被接收器接收，并通过计算机处理后转化成图像。
首先，我们需要了解磁场对原子核的影响。
在一个强磁场中，原子核会分裂为两个能级，一个低能级和一个高能级。
这个能级差距被称为共振频率。
如果我们向这个原子核施加一个与共振频率相同的射频脉冲，这个原子核就会从低能级跃迁到高能级。
当射频脉冲停止时，原子核会重新回到低能级，释放出能量。
这个释放能量的过程就是核磁共振现象。
在磁共振成像中，我们需要产生一个强磁场，使得人体内的原子核能够产生核磁共振现象。
通常使用的是超导磁体，它能够产生极强的磁场，达到几特斯拉的强度。
这个强磁场可以使得人体内的原子核分裂为两个能级，产生共振频率。
接下来，我们需要向人体内的原子核施加一个射频脉冲，使得原子核跃迁到高能级。
这个射频脉冲需要精确控制，其频率应该与人体内的原子核的共振频率相同。
一旦原子核跃迁到高能级，它就会开始释放能量。
这个释放能量的过程会产生一个特定的信号，这个信号可以被接收器接收。
最后，我们需要将接收到的信号进行处理，将其转化成图像。
这个过程需要使用计算机进行处理。
计算机会根据接收到的信号的强度和位置，生成一个图像。
这个图像可以显示人体内部的结构，例如骨骼、肌肉、器官等。
总的来说，磁共振成像技术是一种利用核磁共振现象进行成像的技术。
它能够产生高清晰度、非侵入性的图像，被广泛应用于医学领域。
了解磁共振成像的基本原理，有助于我们更好地理解这种技术，为医学诊断提供更好的帮助。
磁共振成像的基本原理
对比度：磁共振成像的对比度较高，能够清晰显示不同 组织之间的差异。
添加标题
与CT、X线比较：CT和X线具有较高的空间分辨率，能够 显示骨骼和钙化病变，但存在辐射问题。
磁共振成像的未来发展
磁共振成像的技术创新
高分辨率成像技术：提高图像的分辨率，更准确地显示病变
多模态成像技术：将磁共振与其他影像技术结合，提供更全面的诊断信息
添加副标题
磁共振成像的基本原理
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题
02 磁共振成像的概述
03 磁共振成像的原理
04 磁共振成像的技术
05 磁共振成像的优势 与局限性
06 磁共振成像的未来 发展
添加章节标题
磁共振成像的概述
磁共振成像的定义
磁共振成像是一种 基于核磁共振原理 的医学影像技术
磁共振成像的原理
原子核的磁性
原子核的磁性是由 原子核内部的质子 和中子产生的
不同原子核的磁性 不同，与原子序数 有关
原子核的磁性可以 通过磁共振成像技 术进行测量和利用
磁共振成像技术利用 原子核的磁性进行成 像，可以获得人体内 部结构和组织的信息
磁场的相互作用
原子核的磁性： 原子核具有磁 性，可以与外 部磁场相互作
人工智能辅助诊断：利用人工智能技术对磁共振图像进行自动分析和诊断，提高诊断准确性 和效率
实时动态成像技术：实现实时动态监测，更好地评估病变的活动性和治疗效果
磁共振成像的应用拓展
医学领域：更广泛的临床应用，如脑部疾病、肿瘤、心血管疾病的早期诊断 科研领域：生物医学工程、材料科学、化学等领域的科研应用 工业领域：产品质量检测、材料性能评估等 安全检查领域：机场、车站等公共场所的安全检查，以及危险品检测
磁共振成像(MRI)的基本原理
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纵向磁化对比
由于各种组织的T1不同，在纵向弛豫过程中，不同时 刻各种组织在纵向磁化中的比例不同，因而产生了不 同组织间的纵向磁化对比。也称为T1对比。
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T1加权图像
T1 weighted image
图像的对比主要依赖T1对比称为T1加权（权重） 图像。
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傅立叶变换
• 将时间——强度的信号关系变换为频率——强度的信号关系。这 种数学变换模式称为傅立叶（Fourier transform)变换。
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1DFT重建
• 梯度与梯度磁场 • 层面选择及相关因素Δω=γGz·ΔD • 体素的频率编码及投影
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空间频率与K-空间
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磁共振各种特殊成像技术
• 磁共振血管造影技术(MRA) • 时间飞跃法 (Time of flight) • 相位对比法(Phase contrast) • 幅度对比法(Magnitude contrast) • 对比剂增强法(Contrast enhance)
的磁共振靶核。
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第二节：磁场
• 磁场的概念 • 均匀磁场 • 稳定磁场 • 交变磁场
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磁场
• 物质场 • 对磁性物质的力效应 • 磁场的强度
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均匀磁场
大小方向恒定不变的磁场.
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交变磁场
大小或方向呈规律性变化的磁场
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Y BX=Bsina
B(RF) a
X BY=Bcosa
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第三节：磁场对样体的作用
磁共振知识点总结
磁共振知识点总结一、磁共振成像（MRI）基本原理。
1. 原子核特性。
- 许多原子核都具有自旋特性，例如氢原子核（单个质子）。
当置于外磁场中时，这些自旋的原子核会发生能级分裂，产生两种不同的能量状态（平行和反平行于外磁场方向）。
- 两种状态的能量差与外磁场强度成正比，公式为Δ E = γℏ B_0，其中γ是旋磁比（不同原子核有不同的旋磁比），ℏ是约化普朗克常数，B_0是外磁场强度。
2. 射频脉冲（RF）的作用。
- 当施加一个频率与原子核进动频率相同（拉莫尔频率，ω_0=γ B_0）的射频脉冲时，原子核会吸收能量，从低能级跃迁到高能级，处于激发态。
- 射频脉冲停止后，原子核会释放能量回到低能级，这个过程产生磁共振信号。
3. 弛豫过程。
- 纵向弛豫（T1弛豫）- 也称为自旋 - 晶格弛豫。
是指处于激发态的原子核将能量传递给周围晶格（分子环境），恢复到纵向平衡状态的过程。
- T1值反映了组织纵向弛豫的快慢，不同组织的T1值不同。
例如，脂肪组织的T1值较短，水的T1值较长。
- 横向弛豫（T2弛豫）- 也称为自旋 - 自旋弛豫。
是指激发态的原子核之间相互作用，导致横向磁化矢量衰减的过程。
- T2值反映了组织横向弛豫的快慢，一般来说，纯水的T2值较长，固体组织的T2值较短。
二、MRI设备组成。
1. 磁体系统。
- 主磁体。
- 产生强大而均匀的外磁场B_0，是MRI设备的核心部件。
常见的磁体类型有永磁体、常导磁体和超导磁体。
- 永磁体：不需要电源，磁场强度相对较低（一般小于0.5T），维护成本低，但重量大。
- 常导磁体：通过电流产生磁场，磁场强度一般在0.2 - 0.5T，需要大量电力供应，产生热量多。
- 超导磁体：利用超导材料在超导状态下的零电阻特性，通过强大电流产生高磁场（1.5T、3.0T甚至更高），磁场均匀性好，但需要液氦冷却，设备成本和维护成本高。
- 梯度磁场系统。
- 由X、Y、Z三个方向的梯度线圈组成，用于在主磁场基础上产生线性变化的梯度磁场。
磁共振成像技术的基本原理
磁共振成像技术的基本原理随着现代医学的不断发展，磁共振成像技术（magnetic resonance imaging，MRI）已成为常见的医学检查手段之一。
MRI以非侵入性的方式生成高质量二维或三维影像，被广泛用于诊断和研究许多疾病。
但是，对于很多人来说，MRI技术完全是个谜。
那么，让我们来探究一下MRI的基本原理。
1. 原子核的自旋MRI的基本原理涉及原子核自旋。
所有物质都由原子构成，而原子又是由正电荷的质子和带有负电荷的电子组成的。
质子有一个内部旋转运动，也称为自旋。
尽管这个过程非常微小，但因为质子是正电荷，所以原子的自旋具有电磁性质。
2. 磁场与磁共振MRI使用强大的磁场来测量原子核的自旋。
磁场是一种可感知的物理力，即使在不接触或触摸其表面的情况下也能对物质进行作用。
在MRI中，磁体产生磁场，将磁性物质中的质子排列到一个方向上，使其形成磁性形状。
这个方向比起自然环境下，使围绕原子核的电子更倾向于朝向一个方向。
当质子处于磁化状态时，可以通过引入一个短暂的无线电波来激发它们。
这个过程称为共振，也就是磁共振。
已经激发的质子被称为横向磁化，它们在磁场中环绕的平面上旋转。
这些状态的运动不会持续太久，大约在几毫秒后，它们会返回到磁化的状态，发出另一种电磁波，可以被接收到并用于图像生成。
3. 磁共振成像的图像识别MRI利用计算机技术对这些信号进行处理和分类，生成高质量的图像。
不同类型的组织对信号有不同的响应，这种差异在MRI图像中呈现出不同的亮度。
对具有磁性质的组织如髓鞘、血管和软骨等能够被MRI扫描显示，而对于其他组织如软组织，MRI图像显示的更为详细。
综上所述，MRI是一种先进的医学诊断技术，它利用原子核磁性及与其自旋状态有关的参数来产生具有丰富生物学信息的图像。
MRI图像构建需要经过信号采集、信号处理、图像重建和图像分析4个过程，而MRI图像的表现形式是结构与连接。
MRI技术的优点在于对人体没有明显的损伤和创伤，同时也不具有放射性；涉及到的磁场力度强，因此患者应该遵守特定的MRI安全规定才能进行检查，有一定的禁忌要求。
磁共振的基本原理
磁共振的基本原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种常用的医学影像技术，它通过利用核磁共振现象来获取人体内部组织的高分辨率影像。
磁共振成像的原理是基于核磁共振现象，核磁共振是指原子核在特定外加磁场和射频脉冲作用下发生共振现象的过程，这种现象是由原子核的自旋引起的。
核磁共振现象的基本原理是原子核围绕自身的轴线旋转，此旋转称为自旋。
原子核带正电荷，因此具有磁矩，这使得原子核在外加磁场中具有一个旋转磁矩。
在没有外磁场的情况下，原子核的旋转方向是随机的，但是当外加一个静磁场时，原子核的旋转将在静磁场的磁感应线方向附近产生一个特定的角动量，自旋基数状态将在漂移的过程中产生相干现象。
当外加一个射频脉冲时，原子核将吸收能量并从低能级跃迁到高能级，这个过程叫做共振吸收，原子核在高能级停留的时间很短，不到微秒级别，然后原子核会放出吸收的能量，回到低能级状态。
在原子核从高能级回到低能级的过程中，会发出一个特定频率的信号，这个信号被称为核磁共振信号。
通过测量核磁共振信号的幅度和相位，就可以得到原子核在外加磁场下的性质和环境，从而获取到影像信息。
磁共振成像的基本原理是利用原子核的核磁共振现象来获取组织的信息，不同种类的原子核在外加不同频率的射频脉冲下会产生不同的信号，这样就可以对不同组织进行区分。
而磁共振成像的优势在于其对软组织有很好的分辨能力，可以提供清晰的组织结构和病变信息，对于脑部、胸部、腹部和骨骼等部位的疾病诊断有着独特的优势。
除了在医学影像领域应用广泛以外，磁共振技术还被广泛应用在其他领域，如材料科学、生物化学、地球科学等领域。
磁共振技术的发展将为人类带来更多的利益与帮助。
第二篇示例：磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种通过利用人体自身核磁共振信号来获取影像信息的高端医学影像检查技术。
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。
核磁共振成像原理简述
核磁共振成像原理简述
核磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，它利用核磁共振现象来生成人体内部的高分辨率图像。
MRI的原理可以简述如下：
1. 原子核的自旋：原子核具有自旋，就像地球自转一样。
这个自旋产生了一个磁矩，就像地球的自转产生了地球的磁场。
2. 磁共振：当原子核处于一个外加磁场中时，它的磁矩会与外磁场相互作用，使得原子核的自旋方向发生改变。
这种现象被称为磁共振。
3. 磁场梯度：MRI中使用了一个磁场梯度，这是一个沿着空间特定方向的磁场变化。
这个梯度可以使得处于不同位置的原子核具有不同的共振频率。
4. 信号检测：MRI中使用一个接收线圈来检测原子核的磁共振信号。
这个接收线圈可以检测到处于不同位置的原子核发出的不同频率的信号。
5. 图像重建：通过对接收到的信号进行处理和重建，可以生成一个高分辨率的图像，显示出人体内部的结构和组织。
总之，MRI利用原子核的自旋和磁共振现象来生成高分辨率的图像，它是一种非侵入性的成像技术，可以用于诊断和治疗许多疾病。
磁共振成像基本原理
磁共振成像基本原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种利用核磁共振现象对人体组织进行非侵入式成像诊断的医学技术。
其基本原理可以分为三个部分：核磁共振现象、信号采集与空间编码、图像重建与显示。
首先，MRI的核心原理是核磁共振现象。
人体组织中的原子核具有自旋，其中具有自旋的原子核可以分为有核磁共振活性和没有核磁共振活性的两种。
核磁共振活性的原子核可被外部磁场引起重新定向，并在此过程中发出特定频率的信号。
在MRI中，常用的成像核磁共振活性的原子核是氢原子核，因为人体组织中水分子中的氢原子核丰富。
其次，MRI的信号采集与空间编码是实现成像的关键步骤。
MRI中采用了静磁场、线圈和脉冲序列三个基本元素。
静磁场由大型永久磁体或超导磁体产生，用来使人体中的原子核自旋沿着同一方向预先定向。
线圈用于产生梯度磁场，它能够使得采样区域内的原子核自旋根据位置的不同产生不同频率的共振信号。
脉冲序列是通过送入一系列特定参数的射频脉冲来激发和重新定向原子核，使其在释放能量时产生特定频率的共振信号。
根据脉冲序列的不同，可以采集到不同类型的图像信息。
最后，MRI的图像重建与显示是将采集得到的信号转化成图像信息的过程。
在信号采集后，将采集到的数据进行信号处理和图像重建。
信号处理包括数据去噪、滤波和频谱分析等，而图像重建则是将采集到的一系列数据解码成图像，通常采用傅里叶变换算法进行重建。
最后，经过如灰度映射、对比度调整等后处理步骤，图像就可以呈现在医生的显示屏上进行诊断。
总结来说，MRI是利用核磁共振现象对人体组织进行成像的技术。
其基本原理包括核磁共振现象、信号采集与空间编码和图像重建与显示。
通过静磁场、线圈和脉冲序列的配合，可以获取到人体内部的组织结构和生理功能等信息，为医生提供辅助诊断和治疗的依据。
磁共振成像的基本原理
hB0
平行状态原子核：
E2
1 2
hB0
能量差为 ：
E E2 E1
所以 B0 越大，质子之间能量差也越大，MRI图
像信噪比也就越好。
BoNltz1manen能(E量1 分E2 布) /k原T 理 N2
其中 k 玻尔兹曼常数，T为绝对温度。 在常温稳定情况下，处于低能量的粒子数多于处 于高能量的粒子数。 当场强为1.5T时，低能级的数目只比高能级多 8/2,000,000个，两个方向的净自旋产生的磁场称为 净磁化，或磁化矢量，所以磁化矢量是十分微弱。
平均化，从而降低T2弛豫效应。 T2变长。
T2*弛豫(表观或有效T2)
由于主磁场的不均匀性，引起质子自旋频率就不 同，因而加速了横向弛豫的过程导致横向磁化弛豫的 加快，T2的下降。T2*加权像称磁敏感对比。
磁共振信号接收
接收线圈位于XOY平面内，随着M的旋转，Mxy每 旋转一次，就会在线圈内形成一个感应电流，感应电 流的大小随时间逐渐减小，形成自由衰减信号FID。
í晶格状态(固体、液体)，固体T1长(晶格振动频率高
1012~1013Hz)
í大分子的存在(亲水基因与自由水结合形成水化层，
降低水分子运动速率，T1下降)
í主磁场强度(B0越大，T1越大)
í温度：温度上升，热运动加快有效弛豫频带分子
数减小， T1下降
横向弛豫过程
又称：自旋-自旋弛豫。指90 脉冲终止后，Mxy 由于磁相互作用，导致逐渐衰减过程。 T2纵向弛豫时间：
磁共振成像基本原理
Fundamental Principal of MRI
原子核在外磁场中的运动
原子核在磁场中运动像 “陀螺”，除了自身的旋转 外，还绕外磁场作旋转“进 动”。
磁共振成像的原理
磁共振成像的原理
首先，我们来了解一下核磁共振的基本原理。
核磁共振是一种原子核在外加磁场和交变电磁场作用下发生共振吸收和发射的现象。
在外加静磁场的作用下，原子核会产生磁矩并取向，当外加交变电磁场的频率与原子核的共振频率相同时，原子核会吸收能量并发生共振。
而在磁共振成像中，利用的就是这种原理。
其次，磁共振成像的原理是通过对人体部位施加静磁场，使人体内的原子核产生磁矩，并用射频脉冲使原子核进入共振状态，然后检测原子核在共振状态下的信号，并利用计算机处理得到图像。
在施加静磁场的过程中，人体内的原子核会按照不同的组织类型和状态产生不同的信号，这些信号经过检测和处理后，就可以形成人体内部的结构图像。
另外，磁共振成像的原理还涉及到梯度磁场的作用。
梯度磁场是在静磁场的基础上加上的一组可变磁场，它可以使得不同位置的原子核产生不同的共振频率，从而可以确定原子核的位置。
通过对梯度磁场的调节，可以获得不同位置的信号，从而实现对人体内部结构的精确定位和成像。
总的来说，磁共振成像的原理是基于核磁共振技术和梯度磁场技术的结合，通过对人体内部原子核的共振信号进行检测和处理，最终获得人体内部结构的高分辨率图像。
这种成像技术不仅可以清晰显示软组织结构，还可以避免X射线辐射对人体的损伤，因此在临床诊断中具有重要的应用价值。
综上所述，磁共振成像的原理是一种基于核磁共振和梯度磁场技术的医学成像技术，通过对人体内部原子核的共振信号进行检测和处理，最终获得人体内部结构的高分辨率图像。
这种成像技术在临床诊断中具有重要的应用价值，对于诊断疾病和损伤具有重要意义。
希望通过对磁共振成像原理的了解，可以更好地理解和应用这一先进的医学成像技术。
磁共振成像的基本原理
磁共振成像的基本原理首先，核磁共振现象是指原子核在外加静磁场下会产生共振吸收和发射射频辐射的现象。
当原子核在静磁场中处于能级分裂状态时，如果给原子核施加与其共振频率相同的射频脉冲，就会导致原子核吸收能量并发生共振。
当射频脉冲停止时，原子核会释放吸收的能量，并产生特定的共振信号。
这一过程是磁共振成像能够成像的基础。
其次，磁共振成像的原理是利用人体组织中水分子的氢原子核来获取影像信息。
人体组织中的水分子中含有大量的氢原子核，这些氢原子核在外加静磁场和射频场的作用下会产生共振信号。
不同组织中的水分子含量和分布不同，因此它们产生的共振信号也会有所差异，通过对这些信号的采集和处理，就可以得到不同组织的影像信息。
另外，磁共振成像的原理还涉及到梯度磁场的作用。
梯度磁场是指在静磁场的基础上施加额外的磁场，它可以使得不同位置的原子核产生不同的共振频率，从而实现对不同位置的成像。
通过控制梯度磁场的强度和方向，可以获取不同位置的信号，从而构建出整个区域的影像。
最后，磁共振成像的原理还包括信号的采集和图像重建。
在信号采集过程中，需要对产生的共振信号进行采样和编码，然后通过信号处理算法来重建出图像。
常用的信号处理算法包括傅里叶变换和反投影重建等，它们可以将采集到的信号转换为图像，从而实现对人体内部结构的成像。
总的来说，磁共振成像的基本原理是建立在核磁共振现象的基础上的，通过对人体组织中的水分子进行共振信号的采集和处理，最终实现对人体内部结构的高分辨率成像。
同时，梯度磁场的作用和信号处理算法的应用也是磁共振成像能够成像的重要基础。
通过对磁共振成像的基本原理的深入理解，可以更好地应用和推广这一先进的医学成像技术。
核磁共振成像的原理
核磁共振成像的原理核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种常见的医学影像技术，通过使用磁场和无害的无线电波来获取人体内部详细的结构和功能信息。
本文将详细介绍核磁共振成像的原理以及其在医学诊断中的应用。
一、核磁共振成像的基本原理核磁共振成像的基本原理基于核磁共振现象。
核磁共振现象是指当原子核置于外加磁场中时，原子核会产生自旋，而自旋又带有磁矩，因此会在磁场中方向上受到影响。
当外加一定频率的无线电波照射到体内的原子核上时，原子核会吸收能量并处于激发态，随后再释放出信号。
通过探测并记录这些信号，就可以形成图像。
二、核磁共振成像的步骤及过程核磁共振成像主要包括四个步骤：磁化、激发、回波和数据采集。
1. 磁化：在核磁共振成像之前，需要将人体放置在一个强大的磁场中，通常磁场的强度为1.5-3.0特斯拉。
通过这个磁场，原子核的自旋会聚集在一个方向上，形成整体的磁化矢量。
2. 激发：在磁化完成后，医生或技术人员会向人体发送一些特定频率的无线电波，这些无线电波会使得磁化的原子核从低能级跃迁到高能级，进而处于激发态。
3. 回波：当无线电波停止时，原子核会由高能级回到低能级，并释放出能量。
这些能量以无线电波的形式返回检测设备。
4. 数据采集：最后，检测设备会收集并分析这些返回的无线电波信号。
通过探测和处理这些信号的强度、频率和时序等信息，就可以生成一个具有结构和功能信息的图像。
三、核磁共振成像的优势和应用核磁共振成像具有以下几个显著的优势：1. 无辐射：相比于其他医学影像技术，如X射线和CT扫描，核磁共振成像不会产生任何有害的辐射，因此对患者是相对安全的。
2. 高分辨率：核磁共振成像可以提供高分辨率的图像，可以清晰地显示组织结构和器官的细节，有助于医生做出更准确的诊断。
3. 多参数评估：核磁共振成像不仅可以提供静态的解剖结构图像，还可以通过不同的成像序列获取到组织的功能信息，如血流、代谢活性等，从而为疾病的诊断和治疗提供更全面的信息。
简述磁共振成像的基本原理及应用
简述磁共振成像的基本原理及应用基本原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种利用核磁共振现象进行成像的非侵入性医学影像技术。
其基本原理如下：1.磁场梯度：在MRI中，人体被置于强大的静态磁场中，通常为1.5或3.0特斯拉。
静态磁场的存在使得水和其他组织中的原子核具有旋磁性。
为了增加成像的精度，还需要在这个主磁场的基础上建立磁感应梯度，它们可以使不同位置的原子核在频率上有所区别。
2.平行放射磁场：在强大的静态磁场中所产生的射频激励场通过放射磁场线圈，使静态磁场与梯度场之间形成垂直的旋转磁场。
这个旋转磁场的频率与静态磁场的拉比频率一致，从而实现了核磁共振。
3.磁共振信号：当原子核受到平行放射磁场的激励后，它们会产生共振信号。
这些信号通过射频线圈和梯度线圈接收，并转化为电信号进行分析和处理。
4.影像重建：通过将接收到的信号进行编码和处理，可以重建出人体内部的结构图像。
具体的图像重建算法包括Fourier变换和反射变换等。
应用领域磁共振成像技术在医学领域有着广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：1.神经科学：MRI可以用于研究人脑的结构和功能。
通过对脑部进行扫描，可以观察到不同脑区的活动情况，进而了解大脑的功能区域和脑网络连接。
2.肿瘤诊断：MRI可以通过扫描人体内部的软组织，帮助医生检测和诊断肿瘤。
与其他成像技术相比，MRI在肿瘤检测方面更具优势，因为它能够提供更详细的图像信息。
3.心血管疾病：MRI可以用来评估心脏和血管的结构和功能。
它可以检测心脏瓣膜功能异常、心脏肌肉的供血情况以及动脉硬化等心血管疾病。
4.骨骼和关节疾病：MRI可用于检测骨骼和关节疾病，如骨折、骨关节炎等。
它能提供高分辨率的图像，准确地显示骨骼和关节的结构和损伤程度。
5.妇科疾病：MRI可以帮助医生检测和诊断妇科疾病，如子宫肌瘤、卵巢肿瘤等。
它能提供清晰的图像，帮助医生确定病变的位置、大小和性质。
磁共振成像的基本原理
磁共振成像的基本原理
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，它利用磁场和无线电波来生成人体内部的高分辨率图像。
MRI的基本原理是利用核磁共振现象，即原子核在外加磁场和无线电波的作用下发生共振，从而产生信号，通过对这些信号的处理和分析，可以得到人体内部的结构和组织信息。
MRI的磁场是由强大的超导磁体产生的，这个磁场可以达到数千高斯，是地球磁场的数万倍。
当人体进入这个磁场中时，人体内的原子核会受到磁场的影响，使得它们的自旋方向发生改变。
这个过程中，原子核会发出一些微弱的无线电波信号，这些信号可以被接收器捕捉到。
MRI的成像过程是通过对这些信号的处理和分析来实现的。
首先，MRI系统会对人体进行扫描，产生一系列的信号。
这些信号会被传输到计算机中，计算机会对这些信号进行处理和分析，然后生成一幅图像。
这个图像可以显示出人体内部的结构和组织信息，如脑部、心脏、肝脏等器官的形态和位置。
MRI的优点是可以提供高分辨率的图像，可以显示出人体内部的微小结构和组织信息。
同时，MRI不需要使用放射性物质，对人体没有任何伤害。
因此，MRI被广泛应用于医学诊断和研究领域，如脑部疾病、心脏病、肿瘤等疾病的诊断和治疗。
MRI的基本原理是利用核磁共振现象，通过磁场和无线电波来生成人体内部的高分辨率图像。
MRI的优点是非侵入性、高分辨率、无放射性物质等，因此被广泛应用于医学诊断和研究领域。
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主磁体
如何提高磁场均匀度？
主动匀场（active shimming）又称为有源匀场，是指利用
匀场线圈通以电流，产生小磁场，并通过适当调整匀场线圈 阵列中各线圈的电流强度，使其周围的局部磁场发生变化来 调节改善静磁场的不均匀性，以提高静磁场整体均匀性的过 程。
被动匀场（passive shiming）是指在磁体孔洞内壁上贴补
梯度系统
梯度系统作为MRI设备的核心和关键部件，其性能高低 直接决定着MRI设备的扫描速度（时间分辨率）、最小
扫描层厚（空间分辨率）、XYZ三轴有效扫描范围、 影像的几何保真度。同时，它的性能还同扫描脉冲序列
中梯度脉冲波形的设计有关，即一些复杂序列还要依赖梯度 系统来实现。MRI设备对梯度系统的要求就是梯度场强高、 梯度上升速度快、梯度切换率高、梯度线性度、梯度输出波 形的准确度高及其可重复性好、梯度效率和利用率高。
用于人体磁共振成像的原子核为质（H1），选择（H1）的 理由有：
（H1）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； （H1）的磁化率在人体磁性原子核中是最高的。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
1946年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫宣布， 他们发现了磁共振NMR。两人因此获得了1952年诺贝尔奖。
MRI发展历史
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。 1980年商品化MRI装置问世。
检查床 液氦及水冷却系统 空调系统 胶片处理系统
三、磁共振现象的基本原理
磁共振成像的物质基础 进入主磁场前后质子核磁状态对比 磁共振现象
磁共振现象的物质基础
原子结构：
原子由原子核和绕核运动的电子组成，原子核由质子和 中子组成。电子带负电荷，质子带正电荷，中子不带电。
质子和中子如果不成对，将使质子在旋转中产生角 动量，磁共振就是要利用这个角动量的物理特性来 实现激发、信号采集和成像的。
一定形状和尺寸、专用小铁片（又称为匀场片），用以提高 磁场均匀性的方法。这种方法在匀场过程中使用的是无源器 件，因而也称为无源匀场。
主磁体
磁场稳定性：受各种客观因素影响，磁场的均匀性和/
或磁场强度值会发生变化，这就是磁场漂移。磁场稳定性就 是定量评价、衡量这种漂移变化的技术指标。稳定性下降， 意味着单位时间内磁场的变化率增高，如果在一次磁共振扫 描检查时间段内，磁场强度值和/或磁场均匀性发生了漂移， 就会影响到图像质量。
射频系统
组成：主要由射频脉冲发射单元和射频脉冲接收单元两部分 组成，其中包括射频发射器、射频功率放大器、射频发射线 圈、射频接收线圈、以及低噪声射频信号放大器等关键部件。 作用：负责实施射频（Radio Frequency，RF）激励并接收 和处理射频信号，即MR信号。
射频系统
射频线圈——既是激励源，又是探测器。
梯度系统
梯度场线性是衡量梯度场动态地、依次平稳递增性 能的指标。线性越好，表明梯度场越精确，空间定 位、选层、翻转激发也就越精确，图像的质量就越 好。一般来说，梯度场的非线性不能超过2%。
梯度系统
梯度场强度是指梯度磁场强度能够达到的最大值，一般采用
单位长度内梯度磁场强度的最大差别来表示，即使用每米长度 内梯度磁场强度差别的毫特斯拉量（mT/M）来表示，如下公 式：
二、磁共振成像的基本硬件组成
主磁体 梯度系统 射频系统 计算机系统 屏蔽系统 其他辅助系统
主磁体
主磁体是MRI 仪最基本的构件，是产生磁场的装置， 主要作用是产生稳定均匀的静磁场使组织产生磁化。 根据磁场产生的方式可将主磁体分为永磁型和电磁 型，根据导线材料不同又可将电磁型主磁体分为常 导磁体和超导磁体。 （一）常导型磁体 （二）永磁型磁体 （三）超导型磁体
梯度系统
有效容积是指梯度线圈所包容的、其梯度场能够满足一定线 性要求的空间区域，又叫均匀容积，也可称为有效作用范围。 只有有效容积这一区域能够稳定用于MR成像，它一般位于 磁体中心，并与主磁场的有效容积同心，因此该参数通常以 磁体中心为原点，以X、Y、Z三轴方向的数值来表示梯度场 的有效作用范围。 梯度线圈通常采用鞍形线圈设计，其有效容积仅能达到总容 积的60%左右，因此如何提高梯度线圈均匀容积范围及其工 作效率是梯度线圈设计中追求的目标。因为梯度线圈的均匀 容积越大，则其在Ｘ、Ｙ、Ｚ三轴方向上不失真成像区的视 野范围（Field Of View，FOV）相应地就越大。
时间稳定性：磁体所建立的静磁场B0随时间而变化的程度。 热稳定性：磁场强度值随温度变化而漂移的程度。
主磁体
磁体有效孔径是指梯度线圈、匀场线圈、射频体线圈、衬
垫、内护板、隔音腔、和外壳等部件均在磁体检查孔道内安 装完毕后，所剩余柱形空间的有效内径。孔径大小限制着被 检查者的体型尺寸大小，延伸到磁体外部的磁场的范围亦与 孔径大小及磁场强度有关。
无源屏蔽法——给磁体披上非常厚的软铁 特种硅钢材料包绕覆盖磁屏蔽法，将边缘场空间范围强制压缩在磁屏蔽 空间之内 有源屏蔽法——使用一组或者几组有源线圈，仔细计算和测量边缘场的 分布后，设计成与边缘场大小相等、方向相反的电磁场分布，从而抵消 和反射磁体引起的向外发散的磁力线，以此达到缩小边缘场空间范围的 目的。
梯度场切换率是指单位时间及单位长度内的梯度磁 场强度变化量，常用每秒每米长度内梯度磁场强度 变化的毫特斯拉量（mT/m/s）来表示。 梯度上升时间也称梯度爬升时间，是指梯度线圈通 电接通电流后梯度磁场达到预设值所需时间。 梯度场切换率（mT/m/s）＝梯度磁场预定强度/ t
切换率越高表明梯度磁场变化越快，爬升越快， 所需梯度上 升时间越短，这样就可以进一步提高扫描时间。
以足够容纳受检者人体或受检部位为宜
幽闭恐惧症 磁场均匀性的破坏和失衡
主磁体
边缘场：磁体产生的静磁场向空间各个方向散布，发散到磁体周围
的空间中，称为边缘场。它的强弱与空间位置有关，随着空间点与磁体 距离的增大，边缘场的场强逐渐降低。 边缘场会对候诊的受检者、工作人员、路过附近的人员、分布在磁体周 围空间的电子设备造成可能的伤害和损坏。因此需要采取措施抑制、屏 蔽磁体的边缘场，缩小边缘场的空间范围，保证周围环境的安全。
发射/接收两用线圈、接收线圈
按功能分类
按适用范围分类
按极化方式分类
全容积线圈、部分容积线圈、表面线圈、 体腔内线圈、相控阵线圈
线（性）极化、圆（形）极化
按主磁场方向分类
按绕组形式分类
螺线管线圈、鞍形线圈
亥姆霍兹线圈、螺线管线圈、四线结构线圈、 STR（管状谐振器）线圈、鸟笼式线圈
射频系统
均匀发射射频脉冲，提高成像质量。 采用高功率射频放大器供能，射频脉冲强度增大， 射频持续时间缩短，加快采集速度。 接收线圈尽可能接近检查部位，信号增强，线圈内 体积减小，噪声降低，信噪比提高。 利用相控阵线圈可明显提高MR图像的信噪比，有 助于改善薄层扫描、高分辨扫描及低场机的图像质 量。相控阵线圈与平行采集技术相配合，可以进一 步提高MRI的信号采集速度。
主磁体
磁场均匀度：指在一定的容积范围内磁场强度的
均一性，也即单位面积内通过磁力线数目的一致性。 作为MRI设备的一个很重要的指标，在很大程度上 决定着MRI设备的图像质量好坏。
1、高均匀度的场强有助于提高图像信 噪比； 2、场强均匀是保证MR 信号空间定位准确性的前提； 3、场强均匀可减少伪影（特别是磁化率伪影）； 4、高度均匀度磁场有利于进行大视野扫描，尤其肩关节等 偏中心部位的MRI ； 5、只有高度均匀度磁场才能充分利用脂肪饱和技术进行脂 肪抑制扫描； 6、高度均匀度磁场才能有效区分MRS 的不同代谢产物。
梯度系统
梯度线圈与梯度磁场的组成
梯度线圈绕在主磁体和匀场补偿线圈内，它由三组线圈组成， 梯度场的方向按三个基本轴线X、Y、Z轴方向设计。
Z向梯度线圈（Gz）：产生Z向梯度磁场。 X向和Y向梯度线圈（Gx和Gy）：产生与Z向梯度场正交垂 直的X向、Y向梯度磁场，形成与Z轴方向垂直的XY平面。 梯度放大器：在梯度控制器的计算机控制下随时开关，精确 调节供应给梯度线圈的电源，以便获得精确的梯度磁场。
MRI发展历史
1930年代，物理学家伊西多•拉比发现在磁场中的原子核会 沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之 后，原子核的自旋方向发生翻转。
1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个 核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特 定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象， 这就是人们最初对磁共振现象的认识。
梯度场强（mT/M）＝梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的有效作用长度
在线圈确定时，梯度场强度由梯度电流强度所决定，而梯度电 流强度又受梯度放大器的最高输出功率限制。改变梯度场强和 射频脉冲的带宽，就可选择层面厚度。梯度场强度越高，就可 以选择越薄的扫描层厚，体素就越小，影像的空间分辨率就越 高。
梯度系统
AURORA磁共振项目培训
磁共振成像基本原理
凯普· 广州 2010-8-27
MRI设备
MRI基本原理及相关概念
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MRI发展史 磁共振成像的基本硬件组成
磁共振现象的基本原理
磁共振成像原理
影响MR信号强度的因素
一、MRI发展历史