MRI基础知识

纵向弛豫一
• 纵向弛豫是一个从零状态恢复到最大值的过程。 • 磁矩是有空间方向性的，当人体进入B0环境后， 将形成一个与方向一致的净磁矩，我们称其为 M0 。
纵向弛豫二
• B0方向是一条空间的中心轴线，我们定 义它为纵轴。在外加的RF(B1)作用下， B0将发生偏离纵轴的改变，此时B0方向 上的磁矩将减小，当B1终止后，纵轴 （ B0轴）上的分磁矩又逐渐恢复，直至 恢复到RF作用前的状态，这个过程就叫 纵向驰豫。所需时间就是纵向驰豫时间。
进动频率
• 进动频率也叫Lamor（拉莫）频率，原子核在 1.0Tesla的磁场中的进动频率称为该原子的旋 磁比（γ ），为一常值。 • 氢原子的旋磁比为42.58MHz，B0等于0.5Tesla 时，氢原子进动频率为21.29MHz, B0等于 1.5Tesla时，氢原子进动频率为63.87MHz。 • Lamor公式： f＝γ .B0/2π
核磁弛豫一
• 原子核在外加的RF(B1)作用下产生共振 后，吸收了能量，磁矩旋进的角度变大， 偏离B0 轴的角度加大了，在B1消失后将 迅速恢复原状。 • 原子核发生磁共振而达到稳定的高能态 后，从外加的B1消失开始，到恢复至发 生磁共振前的磁矩状态为止，整个变化 过程就叫弛豫过程。
核磁弛豫二
• 弛豫过程是一个能量转变的过程，需要 一定的时间，磁矩的能量状态随时间延 长而改变，磁矩的整个恢复过程是较复 杂的，但却是磁共振成像的关键部分。 • 弛豫分为纵向弛豫和横向弛豫。
横向驰豫二
• 我们将横向磁矩减少至最大时的37%时 所需时间为一个单位T2时间。也叫T2值。 横向驰豫与纵向驰豫是同时发生的。
T2驰豫曲线
人体正常组织的MR信号特点
组织
自由水
脂肪与骨髓
T1驰豫时间
长T1
短T1
T2驰豫时间
长T2
长T2
低信号
高信号
高信号
高信号
中等灰黑信号
肌肉
骨 骼
较长T1 长T1
稍短T1 较长T1
较低信号 低信号
中等偏高信号
较短T2 短T2
稍长T2 较短T2
致密骨
松质骨 淋巴 气体
低信号
中等偏高信号 中等稍高信号
中等低信号
无信号
无信号
信号强弱排列
T1驰豫时间：
气体<骨骼<水<肌肉<脂肪
T2驰豫时间：
气体<骨骼<肌肉<脂肪<水
形象比喻
有学者将核磁共振形象的分解为： • “核”的意思是指核磁共振现象主要涉及到原子核。 • “磁”有两个含义： ①磁共振过程发生在一个巨大磁体的孔腔内，他能产 生一个恒定不变的强大静磁场。 ②在静磁场上按时叠加另外一个小的射频场进行核激 发并诱发核磁共振；还要叠加梯度磁场以进行空间标 记并控制成像。 • “共振”是借助宏观世界常见的自然现象来解释微观 世界的物理学原理。
MRI检查注意事项
一、带有神经刺激器，心脏起搏器，人工 心脏金属瓣膜，体内有金属或磁性物植 入史及早期妊娠的病人不能进行检查， 以免发生意外。 二、颅脑、神经系统检查者，无需特殊准 备，作头颅、颈部的病员，检查时请不 要眨眼及作吞咽动作。
三、腹部检查者，检查前一周内不做胃肠 钡餐检查，检查前禁食四小时。 四、检查前需要更换衣服，请除去项链、 手表、硬币、银行卡、磁卡、手机、活 动假牙、假肢、义眼等。 五、MRI检查时间较长，危重病员不能配 合者，不宜作此检查。
• 1973年，美国纽约州立大学教授 Lauterbur首先提出利用磁场和射频 相结合的方法来获得核磁共振图像， 用反投影法完成了MRI的实验室侧模 拟成像工作，为MR成像奠定了基础。
• 1978年英国第一台头颅MRI设备 投入临床使用。 • 1980年全身的MRI研制成功。
磁共振成像的定义
• 磁共振成像是利用射频（radio frequency RF）电磁波对置于磁场中的含有自旋不 为零的原子核的物质进行激发，发生核 磁共振，用感应线圈采集磁共振信号， 按一定数学方法进行处理而建立的一种 数字图像。
磁矩
• 人体在强大的B0中时，多数的质子的角 动量与主磁场方向一致，少数的质子角 动量与主磁场方向相反，方向一致与方 向相反的质子角动量总和之差就出现了 角动量总的净值，我们把它称为磁矩。 • 磁矩是一个总和的概念。磁矩的方向总 是与主磁场的方向一致。
进动
• 在磁矩的作用下，原子核自身旋转的同 时又与以主磁场为轴做旋转运动，此称 进动。进动是在主磁场存在时出现。 • 磁矩在磁场中是随质子进动的不同而变 化，而且进动是具有特定频率，此称进 动频率。
核磁共振现象
• 共振是一种自然界普遍存在的物理现象。 • 一个静止的音叉在另外一个振动音叉的作用下即可引 起同步振动，前提是两个音叉固有的振动频率相同。 • 质子在一定的磁场强度环境中，它的磁矩是以Lamor频 率作旋进运动的。质子在受到另外一个磁场（B1）的 重复作用时，当B1的频率与Lamor频率一致，方向与B0 垂直，进动的磁矩将吸收能量，旋进方向将偏离B0 方 向。 • 质子的角动量在外加主磁场（B0 ）的条件下，受到另 外一个磁场（B1）的作用而发生的共振现象。
纵向弛豫三
• 我们人为地把纵向磁矩恢复到原来63% 时，所需时间为一个单位T1时间，也叫 T1值。“T”就是Time， T1值一般以秒或 毫秒为表示单位。 • 人体各种组织因组成成分不同而具有不 同的T1值。
T1驰豫曲线
横向驰豫一
• 横向驰豫是一个从最大值恢复至零状态的过程。 • 在RF作用下，纵向的磁矩发生了偏离，与中心 轴有了夹角，横向上则出现了分磁矩,当B1终止 后，横向（XY平面）上的分磁矩又将逐渐减 小。直至恢复到RF作用前的零状态，这个过程 就叫横向驰豫。所需时间为横向驰豫时间。
原子核在外加磁场中的自旋变化
• 在没有磁场的情况下，自旋中的磁矩方向是杂 乱无章的，磁矩方向不一，相互抵消。 • 当人体在强大的外加磁场(也称主磁场)（B0） 中时，体内质子的磁矩趋向于与B0磁力线的方 向平行。其中多数与B0磁力线同向（处于低能 级），少数与B0磁力线逆向（处于高能级）， 最后达到动态平衡。
永久磁体
超导磁体
C型超级开放式核磁共振
磁共振成像基本原理
原子核的自旋
• 原子核中的质子类似地球一样围绕着一 个轴做自旋运动，正电荷附着于质子， 并与质子一起以一定的频率旋转，此称 自旋。 • 自旋运动产生自旋角动 量和自旋磁矩。
• 质子的自旋就好比电流通过环形线圈，将产生一定值 的微小磁场，它的能量是一个有方向性的矢量，成为 角动量。 • 质子自旋产生的角动量的空间方向总是与自旋平面垂 直。 • 磁共振就是要利用这个角动量的物理特性来进行激发、 信号采集和成像的。
磁共振设备
• 主磁体（直接关系到磁场的强度、均匀度、
稳定性）
• 梯度线圈（改变主磁体场强，用作选层和信
息空间定位。有三套相应的线圈组成） • MR信号接受器
主磁体
场强单位为特斯拉（T）或高斯（G）， 1Tesla=104Gause，地球磁场为0.30.7Gause，场强在0.15-3T。 主磁体结构分为永久磁体、常导磁体和 超导磁体。
磁共振基础知识
磁共振成像
• 磁共振成像即MRI为Magnetic Resonance Imaging的英文缩写
磁共振成像的历史
• 1946年，美国哈佛大学Purcell和斯 坦福大学的Bloch就发现了物质的核 磁共振现象，以后主要应用在化学 分析上，并形成了核磁共振波谱学。
• 1971年，美国纽约州立大学的达曼迪恩 （Damadian）用核磁共振波谱仪对正常 组织和癌变组织样品进行研究，发现氢 原子核的驰豫时间T1在癌变组织中变长 了，根据这一结果，他提出了利用磁共 振现象诊断癌症的可能性。
• 如果原子内的质子和中子是成对的，那么总的 角动量保持为零；在不成对的条件下，质子自 旋运动产生的角动量将不能保持零状态，出现 了角动量。 • 人体中的氢、碳、钠、磷原子都存在质子、中 子不成对的情况，都可用来作磁共振成像的。 但目前只有氢原子被用作磁共振成像的对象。 • 人体内最多的分子是水，水约占人体体重的 65%，氢原子是人体中含量最多的原子。