MRI基础知识
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子及中子数时，因相互抵销，原子核不表现有 净自旋磁矩 ? 只有奇数质子和 /或奇数中子时，原子核才可有 净自旋磁矩 ? 磁矩＝磁旋比 *角动量 ? 磁共振成像使用氢原子核，即氢质子
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选择氢原子的理由
? 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
? 1H在人体中的自然丰度高、 摩尔浓度最 高、磁化率在磁性原子核中也是最高的
不显示宏观磁化矢量
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? 相位：平面内旋转的矢量与某一参照轴 的夹角称相位
? 多个旋转矢量在空间中的方向一致时为 同相位，不一致时为离相位
? 从同相位到离相位的过程称为聚相位， 反之为失相位
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核磁共振现象
? 共振是自然界普遍规律 ? 音叉的共振：一个振动的音叉可以将振动
能量传递给相同振动频率的另一个音叉 ? 核磁共振：也就是磁化的自旋质子接受与
其进动频率（Larmor频率）相同的外来能 量，从平衡态变为激发态的过程
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磁共振的条件
? 必须有外加能量源，即射频脉冲 ? 射频脉冲频率须和质子Larmor频率一致 ? 射频磁场对自旋系统的作用称激发或激
励
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? 自旋：质子的自旋运功，有时也指自旋 的质子
? 晶格：自旋质子的周围环境 ? PPM：parts per million，1x10-6，百万
分之一
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自旋在磁场中的运动－进动
? 进动：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
MRI基础原理
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MRI发展重要事件及贡献者
? 美国斯坦福大学Felix Bloch和哈佛大学 的Edward Purcell在1946年各自独立发 现核磁共振现象
? 两人共同研制出第一台NMR谱仪 ，用 于物质分子结构的研究
? 为此共同获得1952年诺贝尔物理学奖
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? 美国纽约州立大学Raymond Damadian， 一位物理学家、内科医生
? 1H仅有一个质子而没有中子 ? 人体MR图像，除非特殊说明，一般所指
的即为1H的磁共振图像。
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人体进入磁场的结果
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人体进入磁场前
? 体内各自旋矢量方向是随机分布的，所 以综合的净自旋为0，不显磁性
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人体进入磁场后
? 磁化：进入外磁场后，在磁场方向上产 生磁性的过程称磁化。
? 自旋磁体绕外加磁场方向旋进的特性频率 ? 拉莫频率决定于两个因素： ? 原子核的种类 ? 外加磁场的强度 ? ? 0 = ?? 0 （?为磁旋比常数， ? 0为拉莫频
率） Байду номын сангаас 外加磁场越强，拉莫频率越高
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净宏观磁化矢量（ M0）
? 存在于Z轴方向 ? XY平面由于各自旋相位随机分布相互抵消，
一致 ? 根据波尔兹曼公式， T=300K(室温)，
B0=1Tesla ，低能态比高能态自旋粒子多 6.59x10 -7倍
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影响净磁化矢量 M0的因素
? 与组织的质子密度成正比 ? 与磁场强度成正相关 ? 与绝对温度成负相关
? 净磁化矢量是MR信号产生的基础。因此场 强越高，信噪比越好
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质子物理性质
? 原子核绕核轴线的转动称为自旋（spin） ? 自旋具有方向性，又称为自旋角动量，是
矢量，常用矢量表示 ? 其方向与自旋轴一致，大小与原子核及原
子的质子和中子数有关，对应于一个自旋 磁动量。
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? 任何原子核都具有自旋特性
? 自旋是微观粒子的自然属性，其来源尚 不清，就像万有引力如何使宇宙中星系 旋转运动一样
? 样体在磁场中被磁化产生磁性的能力称 为磁化率x，又称为磁敏感性。
? 产生净磁化矢量M=x*B0(磁场强度)
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磁化的机理
? 各自旋按外磁场方向排列 ? 自旋核在磁场中分为不同能态，称为能级劈
裂（塞曼劈裂） ? 能态级别： 2I+1 （I为自旋量子数），氢质
子自旋量子数为 1/2，所以有两种能态 ? 低能态多于高能态，产生净磁化，与 B0方向
? 1970年观测到恶性肿瘤的T1时间延长， 并认为NMR信号可用于诊断疾病
? 1977发明了第一台磁共振成像仪 ? 扫描采集了第一幅人体图像，耗时近5
小时
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? 美国纽约州立大学Paul Lauterbur ? 1973创造了梯度磁场用于选择定位系统 ? 创立了投影重建成像方法
? 1988年raymond damadian和Paul lauterbur获得里根颁发的国家技术勋章
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? 英国诺丁汉大学peter mansfield ? 1973年几乎与Paul lauterbur同时撰文提出
梯度磁场，用于空间定位 ? 提出具体的理论演算及解决方案
? Paul Lauterbur和 peter Mansfield 共同获得 2003年诺贝尔生理学和医学奖，以表彰他 们在磁共振成像技术领域的突破性成果
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? 质子的运动：进动频率 0 = ?? 0
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进动（ precession ）
? 正如陀螺在重力场的运动一样 ? 自旋磁矩在磁场中的运动除了自旋运动外，
还绕着主磁场轴进行旋转摆动 ? 是由于磁场对自旋磁矩的偶合作用所致。 ? 进动频率比自旋频率低的多，但还是很快
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进动频率 -拉莫频率（ Larmor频率）
? 并非所有原子核的自旋运动均能产生核 磁矩
? 如果原子核内的质子数和中子数均为偶 数，则这种原子核的自旋并不产生核磁 矩
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? 根据电磁效应，带电粒子旋转产生磁场 ? 质子带正电荷，自旋时能产生磁场 ? 中子呈电中性，但内部电荷分布不均，自旋时
也能产生磁场 ? 由于原子核内粒子自旋的随机性，当有偶数质
? 为什么需要相同频率呢？ ? 相同频率的脉冲可看作旋转磁场，相对
自旋质子是静止的，使质子除了绕B0进 动还绕B1进动，从而诱导MZ转向MXY
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磁共振的量子基础
? 自旋质子中的部分低能态者吸收相同频率射 频脉冲的能量，而跃迁为高能态的过程
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选择氢原子的理由
? 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
? 1H在人体中的自然丰度高、 摩尔浓度最 高、磁化率在磁性原子核中也是最高的
不显示宏观磁化矢量
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? 相位：平面内旋转的矢量与某一参照轴 的夹角称相位
? 多个旋转矢量在空间中的方向一致时为 同相位，不一致时为离相位
? 从同相位到离相位的过程称为聚相位， 反之为失相位
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核磁共振现象
? 共振是自然界普遍规律 ? 音叉的共振：一个振动的音叉可以将振动
能量传递给相同振动频率的另一个音叉 ? 核磁共振：也就是磁化的自旋质子接受与
其进动频率（Larmor频率）相同的外来能 量，从平衡态变为激发态的过程
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磁共振的条件
? 必须有外加能量源，即射频脉冲 ? 射频脉冲频率须和质子Larmor频率一致 ? 射频磁场对自旋系统的作用称激发或激
励
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? 自旋：质子的自旋运功，有时也指自旋 的质子
? 晶格：自旋质子的周围环境 ? PPM：parts per million，1x10-6，百万
分之一
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自旋在磁场中的运动－进动
? 进动：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
MRI基础原理
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MRI发展重要事件及贡献者
? 美国斯坦福大学Felix Bloch和哈佛大学 的Edward Purcell在1946年各自独立发 现核磁共振现象
? 两人共同研制出第一台NMR谱仪 ，用 于物质分子结构的研究
? 为此共同获得1952年诺贝尔物理学奖
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? 美国纽约州立大学Raymond Damadian， 一位物理学家、内科医生
? 1H仅有一个质子而没有中子 ? 人体MR图像，除非特殊说明，一般所指
的即为1H的磁共振图像。
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人体进入磁场的结果
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人体进入磁场前
? 体内各自旋矢量方向是随机分布的，所 以综合的净自旋为0，不显磁性
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人体进入磁场后
? 磁化：进入外磁场后，在磁场方向上产 生磁性的过程称磁化。
? 自旋磁体绕外加磁场方向旋进的特性频率 ? 拉莫频率决定于两个因素： ? 原子核的种类 ? 外加磁场的强度 ? ? 0 = ?? 0 （?为磁旋比常数， ? 0为拉莫频
率） Байду номын сангаас 外加磁场越强，拉莫频率越高
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净宏观磁化矢量（ M0）
? 存在于Z轴方向 ? XY平面由于各自旋相位随机分布相互抵消，
一致 ? 根据波尔兹曼公式， T=300K(室温)，
B0=1Tesla ，低能态比高能态自旋粒子多 6.59x10 -7倍
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影响净磁化矢量 M0的因素
? 与组织的质子密度成正比 ? 与磁场强度成正相关 ? 与绝对温度成负相关
? 净磁化矢量是MR信号产生的基础。因此场 强越高，信噪比越好
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质子物理性质
? 原子核绕核轴线的转动称为自旋（spin） ? 自旋具有方向性，又称为自旋角动量，是
矢量，常用矢量表示 ? 其方向与自旋轴一致，大小与原子核及原
子的质子和中子数有关，对应于一个自旋 磁动量。
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? 任何原子核都具有自旋特性
? 自旋是微观粒子的自然属性，其来源尚 不清，就像万有引力如何使宇宙中星系 旋转运动一样
? 样体在磁场中被磁化产生磁性的能力称 为磁化率x，又称为磁敏感性。
? 产生净磁化矢量M=x*B0(磁场强度)
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磁化的机理
? 各自旋按外磁场方向排列 ? 自旋核在磁场中分为不同能态，称为能级劈
裂（塞曼劈裂） ? 能态级别： 2I+1 （I为自旋量子数），氢质
子自旋量子数为 1/2，所以有两种能态 ? 低能态多于高能态，产生净磁化，与 B0方向
? 1970年观测到恶性肿瘤的T1时间延长， 并认为NMR信号可用于诊断疾病
? 1977发明了第一台磁共振成像仪 ? 扫描采集了第一幅人体图像，耗时近5
小时
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? 美国纽约州立大学Paul Lauterbur ? 1973创造了梯度磁场用于选择定位系统 ? 创立了投影重建成像方法
? 1988年raymond damadian和Paul lauterbur获得里根颁发的国家技术勋章
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? 英国诺丁汉大学peter mansfield ? 1973年几乎与Paul lauterbur同时撰文提出
梯度磁场，用于空间定位 ? 提出具体的理论演算及解决方案
? Paul Lauterbur和 peter Mansfield 共同获得 2003年诺贝尔生理学和医学奖，以表彰他 们在磁共振成像技术领域的突破性成果
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? 质子的运动：进动频率 0 = ?? 0
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进动（ precession ）
? 正如陀螺在重力场的运动一样 ? 自旋磁矩在磁场中的运动除了自旋运动外，
还绕着主磁场轴进行旋转摆动 ? 是由于磁场对自旋磁矩的偶合作用所致。 ? 进动频率比自旋频率低的多，但还是很快
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进动频率 -拉莫频率（ Larmor频率）
? 并非所有原子核的自旋运动均能产生核 磁矩
? 如果原子核内的质子数和中子数均为偶 数，则这种原子核的自旋并不产生核磁 矩
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? 根据电磁效应，带电粒子旋转产生磁场 ? 质子带正电荷，自旋时能产生磁场 ? 中子呈电中性，但内部电荷分布不均，自旋时
也能产生磁场 ? 由于原子核内粒子自旋的随机性，当有偶数质
? 为什么需要相同频率呢？ ? 相同频率的脉冲可看作旋转磁场，相对
自旋质子是静止的，使质子除了绕B0进 动还绕B1进动，从而诱导MZ转向MXY
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磁共振的量子基础
? 自旋质子中的部分低能态者吸收相同频率射 频脉冲的能量，而跃迁为高能态的过程