磁共振原理第一部分

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磁共振成像原理

自旋动画
3. 带电的自旋质子群
一群自旋着的质子，显示每个核内周边的电荷形成一个环形电流。这些环形电流的方向是杂乱无章的，这是自然状态下的自旋核质子群。
每一个环形电流周围将产生电磁效应，就是磁场。一个环形电流就好似一个小磁棒。
理论上任何原子核所含质子或中子的为奇数时，具有磁性。
自旋动画
第二节 MR现象的物理学基础
一、产生核磁共振现象的基本条件
静磁场中物质的原子核受到一定频率的电磁波作用，它们的能级之间发生共振跃迁，就是磁共振现象。
物质吸收电磁波能量而跃迁后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用特殊装置接受这部分能量信号，就采集到 MR信号。
第二节 MR现象的物理学基础
在B0的作用下使原来简并的能级分裂成2I+1个能级，称为塞曼分裂，这些能级称为塞曼能级。塞曼能级是等间距的，相邻两个能级之能量差为：
EhB 0/2
（二）静磁场中的能级分裂
1在HB自0中旋1量H子分数裂I为=1两/2个，能同级样。IZ =1/2，所以具有较高能量(处于高能级)的质子沿与
3. 带电的自旋质子群
通电的环形线圈周围都有磁场存在，相当于一块磁铁。所以转动的质子也相当于一个小磁体，具有自身的南、北极及磁力，质子自身具有磁性，在其周围产生磁场，并具有自身磁矩。磁矩是矢量，具有方向和大小，磁矩的方向可有环形电流的法拉第右手定则确定，与自旋轴一致。
环形电流的磁矩μ：μ=IS
μ不与在B同B0的取0方相向向互，的作形投用成影能它是称与一为B些0位相不能互连作。续用在的能B数0的中值不μ。的同位。μ能的μ 为：
E B 0 h B 0 I Z /2
γ为原子核的磁旋比（gyromagnetic-ratio）

磁共振成像原理简化版1

纵向弛豫与横向弛豫: 同时进行
90 100 o 纵向磁化强度
横向磁化强度 0
时间
DXF DXF
信号的产生
T1 对比
磁化强度难于被测量! 可以通过感应信号间接测量
100
90
o
0
时间
DXF DXF
信号的产生
不同加权图像的获得
DXF DXF
信号的产生
纵向弛豫与横向弛豫的关系
重复时间
90 100
o
DXF DXF
相关物理概念
质子自旋核磁
纵向磁化
拉莫频率射频脉冲弛豫
进动
共振激励横向磁化
纵向弛豫横向弛豫
信号的产生
原子核 atomic nucleus 原子
电子负电荷
原子核＋质子
－质子正电荷
中子无电荷
氢原子
DXF DXF
信号的产生
自旋 spin
+
DXF DXF
电荷 + 旋转
进动 Precession
• 质子的自旋轴围绕磁力线作快速锥形的旋转运动，叫做进动（ Precession ）
B0
DXF DXF
信号的产生
进动
B0
Precession 进动 Larmor frequency 拉莫频率
DXF DXF
信号的产生
进动的频率
B0
f0 = x B0
f = frequency 频率 = constant of isotope 磁旋比 B = magnetic field 磁场强度
信号的产生
激励
净磁化强度矢量与 90° 脉冲
Z B0

磁共振原理第一部分

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《医学影像成像原理》 LOGO
第二节：磁共振产生的基本条件
MR能检测到怎样的磁化矢量呢？？？
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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《医学影像成像原理》 LOGO
第二节：磁共振产生的基本条件
如何才能产生横向宏观磁化矢量？
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《医学影像成像原理》 LOGO
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《医学影像成像原理》 LOGO
第二节：磁共振产生的基本条件
低能量
中等能量
高能量
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《医学影像成像原理》 LOGO
第二节：磁共振产生的基本条件
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《医学影像成像原理》 LOGO
第二节：磁共振产生的基本条件
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《医学影像成像原理》 LOGO
第二节：磁共振产生的基本条件
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《医学影像成像原理》 LOGO
第四节：磁共振图像的空间定位
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《医学影像成像原理》 LOGO
第四节：磁共振图像的空间定位
为获得各个方向的空间位臵信息，需要在X、Y、Z 方向上分别施加一个梯度，根据它们的功能，这些梯度被称为：①层面选择梯度；②频率编码或读出梯度；③相位编码梯度。
第三节：磁共振图像的信号
纵向弛豫的机理
90度激发纵向弛豫
低能的质子获能进入高能状态
高能的质子释放能量
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第三节：磁共振图像的信号
高能的质子把能量释放给周围的晶格（分子）
晶格震动频率高于质子进动频率能量传递慢－－纯水

核磁共振成像技术原理

核磁共振成像（MRI，磁共振影像）是一种利用原子核在外磁场中的行为来生成高分辨率影像的医学成像技术。

以下是核磁共振成像技术的基本原理：
1. 核磁共振基础：
-原子核中的带电粒子，例如氢原子核（质子），具有自旋。

当这些原子核置于外部磁场中时，它们会产生磁矩，即一个磁场。

在医学成像中，常用的是质子的核磁共振。

2. 激发：
-当磁共振体（通常是人体组织中的水分子）置于强大的外部磁场中时，核磁矩会在外部磁场的作用下产生预cession运动，这是一种旋转运动。

通过应用额外的无线电频率（射频脉冲）来激发这些核磁共振体，使其离开平衡态。

3. 驰豫：
-一旦停止射频激发，核磁矩将重新恢复到平衡态。

这个过程称为核磁共振驰豫。

在这个过程中，核磁矩会释放出能量，产生一个旋转磁场。

4. 信号检测：
-放射出的能量产生的旋转磁场可以被检测。

在MRI中，探测器
会测量这个信号并传递给计算机。

5. 空间编码：
-为了获得空间信息，外加一组梯度磁场。

这些梯度场使得不同位置的核磁体经历不同的共振频率。

通过测量这些频率差异，可以获取关于空间位置的信息。

6. 图像重建：
-计算机将从探测器接收到的信号转换为二维或三维图像。

这涉及到使用数学算法对信号进行处理和图像重建。

总体而言，核磁共振成像技术利用核磁共振现象，通过对核磁体的激发、驰豫和信号检测，结合梯度磁场和计算机处理，实现对人体组织的高分辨率成像。

MRI对软组织有很好的分辨率，而且不涉及使用放射线。

磁共振成像(MRI)的基本原理

• MZ = M0(1－e-t/T1) • T1的物理学意义：弛豫周期。
47
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。
48
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。
80
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。
81
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
82
1
2
3
4
5
6
7
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9
83
84
空间频率与K-空间
93
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。
13
第二节：磁场
• 磁场的概念 • 均匀磁场 • 稳定磁场 • 交变磁场
14
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.
16
交变磁场
大小或方向呈规律性变化的磁场
17
Y BX=Bsina
B(RF) a
X BY=Bcosa
18
第三节：磁场对样体的作用

核磁共振成像原理

八、磁共振成像原理1 技术版1.1 人体躺在磁共振中，体内的氢质子在特定的场强中，会以特定的频率进动。

1.2 射频系统在谱仪的控制下，发射与氢质子具有相同进动频率的射频脉冲，使进动中的氢质子产生共振跃迁，出现聚相位效应，产生宏观上的横向磁化矢量，切割线圈产生感应电流。

1.3 脉冲停止激发后，氢质子开始弛豫恢复：由于不同组织氢质子进动频率的差异，出现失相位，横向磁化矢量迅速衰减。

同时，吸收射频能量的氢质子会释放能量，从高能态恢复至低能态，纵向磁化矢量得以恢复。

1.4 利用不同组织成分（水，脂肪等）的弛豫特点，通过设置不同的参数，得到不同加权的对比图像。

2 流程版2.1 人体躺在磁体中被磁2.2 谱仪控制射频，发射与氢质子进动频率相同的电磁波，人体吸收射频能量。

2.3 射频关闭后，人体吸收的射频能量释放，不同组织（健康或病变）释放出的能量不同。

接收线圈接收信号，梯度系统进行信号读取。

2.4 谱仪控制计算机进行信号处理产生图像。

3 简单版3.1 人体的氢质子吸收射频能量并释放，利用不同组织或病变释放能量不同得到图像。

4 磁共振噪声来源4.1 强大的静磁场，很细小的声音4.2 梯度系统产生，梯度系统在成像时需要变化，（层面选择和空间定位），切割线圈产生电流，当线圈通过电流时，会受力，即洛伦兹力（原理和电动机一样）。

当磁共振工作时，线圈中的电流会以高频的速度变化，造成线圈高频震动，产生噪声。

4.3 噪声的降低是各个厂家一直在追求的目标，但基于噪声产生的原理，是没有办法被完全消除。

只能是尽量从扫描时间，图像质量，噪声上取得相对平衡的参数，目前所说的静音磁共振，只是在部分序列的时候减少噪声。

磁共振(MRI)成像原理

横向弛豫
七、横向弛豫
横向弛豫
七、横向弛豫由于受磁场不均匀的影响，实际上90°射频脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量将呈指数式
的快速衰减，我们把宏观横向磁化矢量的这种衰减称为自由感应衰减也称T2※弛豫。利用180°聚焦脉冲可以剔除主磁场不均匀造成的宏观横向磁化矢量衰减，组织由于质
子群周围磁场微环境随机波动造成的宏观横向磁化矢量的衰减才是真正的横向弛豫，即T2弛豫。T2弛豫的能量传递发生于质子群内部，即质子与质子之间，因此T2弛豫也称自旋一自旋弛豫（spin-spin弛豫）。
横向弛豫
七、横向弛豫 90°脉冲关闭后，组织中的宏观横向磁化矢量将逐渐减小，最后将衰减到零。90°脉冲
使组织中原来相位不一致的质子群处于同相位进动，质子小磁场的横向磁化分矢量相互叠加，从而产生旋转的宏观横向磁化矢量。
90°脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量衰减的原因与之相反，同相位进动的质子群逐渐失去了相位的一致，其横向磁化分矢量的叠加作用逐渐减弱，因此宏观横向磁化矢量逐渐减小直至完全衰减。
子核中的质子数是相同的，所不同的是中子数，这种同一元素的不同原子核被称为同位素，如元素氢的同位素就有H（氢核）、H（氘核）和H（氚核），一般标为1H（氢核）、H（氘核）和3H（氚核）即可。
物质基础
一、物质基础：自旋和核磁共振原子核具有一定大小和质量，可以视作一个球体，所有磁性原子核都有一个特性，就
弛豫
六、核磁弛豫
A.在激发前平衡状态下，组织中只有宏观纵向磁化矢量（向上空白粗箭）； B.90°脉冲激发后即刻，组织中宏观纵向磁化矢量消失，产生一个旋转（带箭头圆圈）的宏观横向磁化矢量（水平空白粗箭）； C.等待一段时间后，组织中的宏观横向磁化矢量有所缩小，宏观纵向磁化矢量有所恢复； D.再等待一段时间后，组织中的宏观横向磁化矢量进一步缩小，宏观纵向磁化矢量恢复更多； E.再过一段时间，组织中的宏观横向磁化矢量已经完全衰减，而宏观纵向磁化矢量进一步恢复； F.到最后，组织中的宏观纵向磁化矢量已经完全恢复到平衡状态。

磁共振成像原理

磁共振成像原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种利用核磁共振现象获取人体内部组织结构和功能信息的医学成像技术。

它通过利用强磁场、射频脉冲以及梯度线圈的作用，产生影响生物体内原子核的局部磁场，并探测其信号来生成图像。

下面将详细介绍磁共振成像的原理。

一、原子核的核磁共振现象核磁共振现象是指当原子核处于强磁场中时，其核自旋会与外界磁场发生共振，进而产生一种特殊的电磁辐射现象。

核磁共振现象的产生基于原子核自旋角动量与外部磁场相互作用的量子力学效应。

在强磁场中，原子核自旋的辐射频率与外部磁场强度成正比。

当外部射频脉冲的频率与原子核自旋的共振频率相同时，原子核将吸收能量并处于激发态，随后通过释放能量回到基态。

这种吸收和释放能量的过程被称为共振现象，也是磁共振成像的基础。

二、强磁场的建立磁共振成像使用强磁场来激发和探测被成像物体内部原子核的信号。

强磁场的建立是磁共振成像的第一步。

在MRI设备中，使用超导磁体来产生一个稳定而均匀的强静态磁场。

超导磁体内部通入液氦使其冷却到超导状态，从而消除了电阻，使得磁场可以持续很长时间。

这样的超导磁体可以产生高达1.5特斯拉至3特斯拉的强磁场。

稳定的强磁场将所有原子核的自旋定向在同一个方向，并使其具有较大的自旋角动量，为之后的成像提供了条件。

三、射频脉冲的应用在磁共振成像中，射频脉冲用于激发原子核自旋，以实现信号的产生和增强。

使用射频线圈产生与特定谐振频率相匹配的射频脉冲，将其传输到成像区域。

当脉冲的频率与原子核自旋的共振频率相同时，能量被吸收，原子核进入激发态。

此时，通过改变射频脉冲的参数，比如脉冲强度和脉冲宽度，可以控制原子核的激发程度。

四、梯度线圈的作用梯度线圈在磁共振成像中起到了定位和空间编码的作用。

梯度线圈是位于主磁场中的一组线圈，产生额外的磁场，其方向和强度可以根据需要进行调节。

梯度线圈通过在不同时间点产生不同强度的磁场，使得成像区域内的原子核处于不同的共振频率状态。

核磁共振工作原理

核磁共振工作原理
核磁共振（NMR）是一种利用原子核的磁性来研究物质结构和性质的物理学和化学技术。

核磁共振成像（MRI）则是将核磁共振技术应用于医学影像学中，用来检查人体内部组织和器官的非侵入性成像技术。

核磁共振的原理基于原子核的磁性。

原子核带有电荷，因此在运动过程中会产生磁场，即磁矩。

当这些原子核置于外部磁场中时，它们会对外部磁场发生作用，使得原子核的磁矩方向发生改变，这种现象被称为磁共振。

核磁共振的工作原理可以简单地描述如下：
1. 样品置于外部强磁场中：将要研究的物质（比如水、蛋白质等）置于强磁场中，这个磁场通常是由大型超导磁体产生的。

2. 加入辅助磁场：在强磁场中加入一个辅助磁场，这个辅助磁场可以是一系列的脉冲磁场，它们的方向和大小可以控制，通过改变脉冲磁场的参数，可以控制样品内部原子核的磁矩方向和大小，使其发生磁共振。

3. 探测信号：当样品内部原子核发生磁共振时，会产生一个高频信号，这个信号可以被外部探测器（如射频线圈）接收并转换成电信号。

4. 数据处理：通过对接收到的信号进行处理，可以获得物质结构和性质的信息。

核磁共振技术广泛应用于物理学、化学、生物学、医学等领域，可以用于分析物质的分子结构、动力学过程、疾病诊断、治疗监测等。

1/ 1。

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。

核磁共振类实验-实验报告

核磁共振类实验-实验报告核磁共振类实验实验报告（一）核磁共振（二）脉冲核磁共振与核磁共振成像第一部分核磁共振基本原理1.核磁共振磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。

如果共振是由原子核磁矩引起的，则该粒子系统产生的磁共振现象称核磁共振（简写作NMR）;如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩提供的，则称电子自旋共振（简写ESR）,亦称顺磁共振(写作EPR)；而由铁磁物质中的磁畴磁矩所产生的磁共振现象，则称铁磁共振（简写为FMR）。

原子核磁矩与自旋的概念是1924年泡利（Pauli）为研究原子光谱的超精细结构而首先提出的。

核磁共振现象是原子核磁矩在外加恒定磁场作用下，核磁矩绕此磁场作拉莫尔进动，若在垂直于外磁场的方向上是加一交变电磁场，当此交变频率等于核磁矩绕外场拉莫尔进动频率时，原子核吸收射频场的能量，跃迁到高能级，即发生所谓的谐振现象。

研究核磁共振有两种方法：一是连续波法或称稳态法，使用连续的射频场（即旋转磁场）作用到核系统上，观察到核对频率的感应信号；另一种是脉冲法，用射频脉冲作用在核系统上，观察到核对时间的响应信号。

脉冲法有较高的灵敏度，测量速度快，但需要快速傅里叶变换，技术要求较高。

以观察信号区分，可观察色散信号或吸收信号。

但一般观察吸收信号，因为比较容易分析理解。

从信号的检测来分，可分为感应法，平衡法，吸收法。

测量共振时，核磁矩吸收射频场能量而在附近线圈中感应到信号，则为感应法；测量由于共振使电桥失去平衡而输出电压的即为平衡法；直接测量共振使射频振荡线圈中负载发生变化的为吸收法。

本实验用连续波吸收法来观察核磁共振现象。

2.核磁共振的量子力学描述核角动量P 由下式描述，（1）式中，I 是核自旋磁量子数，可取0，1/2，1，...对H 核，I=1/2。

核自旋磁矩μ与P 之间的关系写成P⋅=γμ （2）式中，称为旋磁比e 为电子电荷；pm 为质子质量；J g 为朗德因子。

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。

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;。

磁共振(MRI)成像原理

回波时间（TE)
• 横向磁化最初产生到测量间的时间间隔称为回波时间（TE），横向弛豫发生在该期间;
10
自旋回波法的脉冲序列及自旋回波法的脉冲序列及FID，SE信号，信号
13
• 相位重聚过程中，不是所有的自旋核都能准确地重聚相位，180º脉冲只能使由于静磁场不均匀性所造成的自旋去相位产生相位重聚； • 自旋-自旋作用所导致的局部磁场不均匀性是随机变化的， 180º脉冲不能重聚相位； •回波时间越长，回波信号越小；
ωRF
ω =γIB =ω
通过射频频率来选层通过改变射频频率来选择不同层面
不同的断层的磁场不同，旋进速度也不同，不同的断层的磁场不同，旋进速度也不同，使得自旋核进入去相位状态，衰减加快。使得自旋核进入去相位状态，Mxy衰减加快。衰减加快为此通常在梯度磁场脉冲后加入一个于其方向相反的相位重聚脉冲，向相反的相位重聚脉冲，使散开的相位趋于一致，以补偿信号幅度的降低；一致，以补偿信号幅度的降低；
6
自由感应衰减的影响因素
90º脉冲后立即采集信号；脉冲后立即采集信号；脉冲后立即采集信号
• 主要受质子的平均密度的影响 • 质子密度图像；
MR signal
e-t/T2*
time 90 RF
7
0
自由感应衰减的影响因素
90º脉冲后不立即采集信号；脉冲后不立即采集信号；脉冲后不立即采集信号
40
三、相位编码和频率编码
层面选出后,还需对标定出来的层面各体素进行空间编码. 层面选出后,还需对标定出来的层面各体素进行空间编码.
1）相位编码（行编码））相位编码（行编码）
梯度，沿Y轴方向施加梯度，则Y轴上不同位置的自旋核具有轴方向施加Y梯度轴不同的旋进频率，且成线性变化.使各体素的磁化强度矢量不同的旋进频率，且成线性变化使各体素的磁化强度矢量不等，在旋进园锥上所处位置不同，即它们的相位不等，所以空间位置Y用相位编码空间位置用相位编码. 用相位编码

核磁共振原理(经典由简入深)

❖ 如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈，会接收到什么信号？
自由感应衰减(FID):
信号随着时间而消失（类似于阻尼
精品课件震荡信号），但频率不变。
46
如何区分T1WI、T2WI
T2WI T1WI
• 1、看TR、TE
• T2WI：
• 长TR（>2000毫秒）、
• 长TE（>50毫秒）
• T1WI ：
• 短TR （400-800毫秒）
• 短TE（10-15毫秒）
精A品C课=扫件的图像的第几层，这是第2层 47 图像。 TA=扫这层的当时的时间。
精品课件
38
5、磁共振“加权成像”
T1WI
PD
精品课件
T2WI
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何为加权？？？
• 所谓的加权就是“重点突出”
的意思
• T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别
• T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别
• 质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质子含量差别
•处于低精品能课件状态的略多一点
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• 进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏观磁化矢量
• 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
精品课件
20
MR能检测到怎样的磁化矢量呢？？？
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
精品课件
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• 安培想：在原子、分子或分子团等物质微粒内部，存在着一种环形电流--分子电流(后人也叫它“安培电流”)，分子电流使每个物质微粒都形成了一个微小的磁体，环性的分子电流的磁场使它的两侧相当于两个磁极。这两个磁极是跟分子电流不可分割地联系在一起的。未磁化的物体分子电流的方向非常紊乱，对外不显示磁性。磁化后，分子电流的方向变得大致相同，于是对外显示出磁作用。

磁共振的工作原理

磁共振的工作原理磁共振成像（MRI）是一种常用的医学影像学技术，它利用磁共振现象来获取人体内部的高分辨率影像，广泛应用于临床诊断和科学研究领域。

要了解MRI的工作原理，首先需要了解磁共振现象的基本原理。

磁共振现象是指在外加磁场的作用下，原子核会发生共振现象，产生特定的信号。

在MRI中，主要使用的是氢原子核的共振信号。

当人体置于强磁场中时，人体内的氢原子核会受到磁场的影响，产生共振现象。

这种共振现象会产生信号，经过信号采集和处理，最终形成人体内部的影像。

MRI的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 强磁场作用，首先，患者被置于强磁场中，通常是1.5特斯拉或3.0特斯拉的强磁场中。

这个强磁场会使人体内的氢原子核产生共振现象。

2. 平行磁场作用，在强磁场的作用下，MRI设备还会施加一个平行的磁场，这个平行磁场会使氢原子核的共振频率发生变化，从而产生不同的信号。

3. 平行磁场的调节，MRI设备会根据不同组织的特性，调节平行磁场的强度和频率，以便获取不同组织的信号。

4. 信号采集和处理，MRI设备会采集患者体内产生的信号，并进行数字化处理，最终形成图像。

总的来说，MRI的工作原理是利用强磁场和平行磁场的作用下，人体内的氢原子核产生共振现象，产生特定的信号，经过采集和处理，最终形成人体内部的影像。

这种影像具有高分辨率，可以清晰显示人体内部的组织结构和病变情况，对临床诊断和治疗提供了重要的帮助。

除了临床应用，MRI的工作原理也在科学研究领域得到了广泛的应用。

科研人员可以利用MRI技术研究人体内部的生理和病理过程，探索人体结构和功能的奥秘，为医学科研和临床诊断提供重要的数据支持。

总之，MRI的工作原理是基于磁共振现象，利用强磁场和平行磁场的作用下，获取人体内部高分辨率的影像。

这种技术在医学影像学和科学研究领域发挥着重要的作用，为人类健康和医学科研做出了重要贡献。

磁共振工作原理

磁共振工作原理磁共振（Magnetic Resonance）是一种常用的医学成像技术，也被广泛应用于化学分析和物理实验中。

它基于原子核或电子在外加磁场的作用下，发生共振吸收或发射电磁波的现象。

本文将详细介绍磁共振的工作原理。

一、原子核的自旋和磁矩原子核在自旋运动中产生一个自旋磁矩μ，其大小与原子核的自旋量子数有关。

自旋磁矩在外加磁场的作用下会发生预cession（即类似于陀螺仪的进动运动）。

当外加磁场的频率与原子核自旋运动的固有频率一致时，原子核将吸收外加磁场的能量。

二、磁共振现象的发生当医学成像设备中的磁场被打开时，原子核在外加磁场中立即开始运动。

初始状态下，原子核的自旋与外加磁场方向相搭配。

此时，外加射频脉冲被加入，频率与原子核自旋的固有频率匹配。

射频脉冲通过磁场传递给原子核系统，进一步激发了原子核的自旋磁矩。

由于原子核电磁波的吸收具有共振特性，一部分原子核自旋状态会由低能量状态跃迁到高能量状态。

这种跃迁会导致吸收能量的减少，通过探测器可以发现这种能量减少的信号。

这就是磁共振的基本原理。

三、磁共振成像的实现过程1. 建立外加磁场：在磁共振成像设备中，首先需要建立一个强大且均匀的外加磁场。

通常使用超导磁体来产生一个几Tesla的恒定磁场。

2. 激发原子核：通过加入射频脉冲，与原子核的自旋频率匹配，激发原子核的共振吸收。

3. 探测吸收信号：通过探测器等设备，捕捉原子核跃迁吸收能量的信号，并进行信号的放大和处理。

4. 形成影像：通过计算机对原子核吸收信号进行处理，可以重构出高分辨率的图像，从而实现对人体组织结构和病变的观察、诊断。

四、磁共振成像的优势和应用相对于传统的X射线成像和CT扫描，磁共振成像有许多优势。

首先，磁共振成像不使用任何放射性物质，对人体无辐射损害。

其次，磁共振成像可以提供不同角度和平面的图像，提高了诊断的准确性。

此外，磁共振成像对软组织的显示效果更好，可以观察到更细微的结构变化。

磁共振的工作原理

磁共振的工作原理
磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种医学成像技术，通过对人体或物体进行高强度磁场和无害无线电波的作用，利用核磁共振现象获取图像。

MRI的工作原理基于原子核（如氢核）具有自旋的特性，当处于磁场中时，原子核的自旋会朝向磁场方向先偏离，然后以一定速率再回到平衡状态。

在这个过程中，原子核会吸收和发射特定的无线电波能量。

在进行MRI时，首先需要在患者或被检测物体周围建立强大的静态磁场。

这个磁场可以使得原子核自旋朝向磁场的两个方向对应于两个能量状态，分别称为自旋向上和自旋向下。

接下来，通过应用调制的无线电波脉冲，人体或物体的原子核自旋会从平衡状态偏离。

在应用脉冲后，原子核自旋会迅速重复向上和向下的过程，发出特定的无线电信号。

这些信号被接收线圈捕获并转换为数字信号，最终形成MRI图像。

MRI图像的生成基于原子核自旋的特性和不同组织之间的差异。

不同组织的原子核具有不同的特征和强度，而这些差异可以通过调整脉冲序列和扫描参数来显示出来。

根据原子核自旋的特性和扫描参数的选择，MRI可以提供高对比度和详细的解剖信息。

总之，MRI利用调制的磁场和无线电波与人体或物体中的原
子核相互作用，通过检测产生的无线电信号来获取图像。

这种非侵入性的成像技术在医学诊断中具有广泛的应用，并且对患者没有放射性风险。