磁共振成像原理与应用MagneticResonanceImagingMRI

1.0T 240 730 680 810 2500
1.5T 860 780 920 3000
影响T1的因素
组织分子大小(中等分子运动频率与共振频率相近，
可产生有效的能量转移，T1小；大分子和小分子运动
频率与共振频率相差甚远，T1大)
影响T1的因素
影响T1的因素
组织特异性的时间常数；与组织生理状态有关 晶格状态(固体、液体)，固体T1长(晶格振动频率
E1 1 2 hB0 E2 1 2 hB0
E E2 E1
能量差为 ： 信噪比也就越好。
所以 B0 越大，质Fra Baidu bibliotek之间能量差也越大，MRI图像
Boltzmann能量分布原理 N1 ( E1 E2 ) / kT e 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
高1012~1013Hz)
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)
主磁场强度(B0越大，T1越大)
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。
磁化矢量强度M
由于检测的是一定体积范围 内所有质子在磁场中的表现，所 以测量总的磁矩： M μ M 称为磁化矢量强度。 M0 称为稳定状态时的磁化矢量 强度。M0 与B0 方向一致。 M与组织质子密度、B0和绝对温
度有关。
静止与旋转坐标系
90脉冲作用于M
180脉冲作用于M
任意脉冲作用于M
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。
射频脉冲激励
在主磁场作用的基础上，在XOY平面内的OX轴
射出一个射频场B1，为了使核系统能吸收射频场发 出的能量，射频场的能量 E必须与质子系统的能级 差ΔE完全相等，E =ΔE
拉莫(Lamor)公式
r B0 0
是磁共振基本公式，称拉莫(Lamor)公式，要求系
统达到共振时，激励射频场的频率ωr 必须与质子系统 的共振频率ω0 相同(ω0与共振核和磁场强度有关)。 B0为主磁场强度，单位Telsa 1 Telsa= 10,000 Gauss 约为地球磁场20,000倍
B=0
B 0
沿着磁场方向排列的原子核称：平行状态原子核
逆着磁场方向排列的原子核称：反平行状态原子核
顺磁场排列原子的能量比逆磁场排列原子能量小。
原子核在外磁场中量化
质子处于主磁场B0中，氢核的磁矩就与主磁场发
生相互作用，而处一个稳定的状态，氢核不能随意
取向，它的能量是量化的：
平行状态原子核：
平行状态原子核：
常见组织横向弛豫时间
单位：ms
组织类型 脂肪 肌肉 白质 灰质 脑脊液
T2 值 85 45 90 100 1400
组织特异性；
影响T2的因素
与组织生理状态有关；
与主磁场强度无关，但与主磁场均匀度有关；
组织分子大小及物理状态：大分子及固体有固定
跃迁至低能态。
T1对比
T1 是一个具有组织特异性的时间常数，即不同
组织释放所吸收的射频能量的速度各不相同。成
像中由于不同组织的T1不同而形成的磁化不同，称
为“纵向磁化对比”。
T1加权图像就是利
用组织纵向弛豫时间
的不同来进行成像。
常见组织纵向弛豫时间
单位：ms
0.2T 脂肪 肌肉 白质 灰质 脑脊液 370 390 490 1400
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”。
原子核的磁性
具有磁性的原子核，必须满足以下的条件：
Z 偶 奇 奇/偶 N 偶 奇 偶/奇 A 偶 偶 奇 I 零 整数(1, 2, 3, 4, 5, 6,7,) 半整数(1/2, 3/2, 5/2, 7/2, 9/2)
磁 共 振 形 成 过 程
自旋弛豫(Relaxation)
质子系统在静磁场中逐渐被磁化，并在外加磁场
方向上形成磁化矢量M0，M0在射频脉冲激发下产生 磁共振现象，平衡状态被破坏，产生横向磁化Mxy， 系统平衡被破坏，系统处于激发态。 纵向磁化矢量Mz变小; 横向磁化矢量Mxy增大。
当射频脉冲关闭后，系统从激发态返回平衡态，
需要的时间，是纵向磁化矢量恢复快慢的一个指标。
纵向弛豫的机理
处于激发态的自旋核将能量释放至周围环境(晶格，
其它种类原子核)，恢复其平衡态的过程。
共振核周围有许多与之相似的磁矩，这些磁矩都
具有局部磁场，对质子产生影响。晶格磁场是由一
个无数频率组成的随机波动磁场。当晶格磁场为拉
莫频率时，共振核将能量释放至晶格，并从高能态
T2纵向弛豫时间：
等于Mz衰减过程中，衰减至最大值的37%所需要
的时间。
是横向磁化矢量恢
复快慢的一个指标。
横向弛豫机理
各自旋核的磁场
相互作用，使彼此
间的进动频率变化， 导致自旋间的相位 相干逐渐消失。使 Mxy逐渐衰减过程.
T2对比
T2 是一个组织特异性的时间常数，不同组织释放 所吸收的射频能量的速度各不相同，所以T2也不同， 从而形成的组织的磁化也不同，称为“横向磁化对 比”。
这过程就是弛豫。
纵向磁化矢量Mz恢复; 横向磁化矢量Mxy衰减。
纵向弛豫过程
纵向磁化弛豫
横向磁化弛豫
纵向弛豫过程
Mz M0 (1- e
-t/T 1
)
又称：自旋-晶格弛豫。指90脉冲终止后，纵向磁
化矢量Mz逐渐恢复至平衡态M0的过程。 T1纵向弛豫时间：为纵向弛豫时间常数。在数值上 等于纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的63%所
核的质子数或中子数为奇数，如：
1
H
31 15
P
23 11
Na
而无磁性核如：
16 8
O
12 6
C
原子核的磁矩
磁矩就是指磁性，用 表示。并非所有的核都具 有磁性。
=h/2
为旋磁比，1H的
=42.58 MHz/T
原子核在外磁场中磁化
B=0 B0
无外磁场时，原子核排列是无序的，总体并 不显示磁性。若存在外磁场时，原子核(H)只能按 两个方向进行定向排列，总体体现磁性。