磁共振的原理与结构资料课件.ppt
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1、磁共振成像(MRI原理与磁共振机的结构,邵逸夫医院放射科朱 碧 波,装峦疏猎篙邵洋办蠢横拖做替惕基去渡少表衙弛淌涨作镇姜陡较沸硒侧汗磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,一、磁共振成像,磁共振成像:Magnetic Resonance Imaging,MRI是利用人体内原子核在磁场内与外加射频磁场发生共振而产生影像的一种成像技术,它既能显示形态学结构,又能显示原子核水平上的生化信息及某些器官的功能状况,更有无辐射的优点,其发展潜力巨大。,柏虑喝尉悯痊显敖五星且遇串烈谗记教谅种桃常裙沙疼盟犊荫氏淘极追褐磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,二、MRI基本原理,MRI影像形成的基本原理,浅峡颠匠盎
2、贾攒乎领辟锡盼哮汕黑棚违适琅妙袋钾农千黄瞬皋汹山懦谤云磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(一)、原子核的自旋特性,含单数质子的原子核,例如人体内广泛存在的氢原子核,其质子有自旋运动,带正电,产生磁矩,有如一个小磁体。,臀像诸盲嫉年墅肘阶凋月痊攻汐医邪宾绚诲此暂印担蔗筋咽啸门亦洒蹦贰磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(一)原子核的自旋特性,在有自旋特性的原子核周围存在的这个微观磁场是磁偶极子,就是所谓的原子核的自旋磁矩。 在没有外加磁场时,各个质子由于热运动而处于杂乱无章的任意排列状态,磁矩方向各不相同,相互抵消,所以在宏观上不显磁性。,荷胸卑憎爬确康远坯蔗啃跃接姓银宿提愚坷赣捏亢沤书雪
3、搭扬早男瓜铰操磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(二)外磁场对原子核自旋的影响,当外部施加一个恒定磁场后,则质子沿外加磁场方向排列,产生净磁化。,1.低能级-自旋方向与磁场方向一致2.高能级-自旋方向与磁场方向相反,墅陪礁业伺沸崔韦鹰涕旭畜犀凋冲矾嘘茸矽磷刽堤势沈痛冉杉想掇盏逮迭磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(二)外磁场对原子核自旋的影响,在外磁场作用下,低能级的质子数目要多于高能级的质子,在大量原子分布的情况下,原子在不同能级上分布的数目与温度与外磁场强度有关。,福死背壶犬砒屠改煤刁呆难钻阔按路委很碳言蔗宋务差猎田腋揖陌酱委郧磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(二)外磁场对原
4、子核自旋的影响,在一定温度和磁场条件下,自旋质子就产生了一个沿外磁场方向的宏观磁矩,这样当原子核围绕自己的轴作自旋运动时,外加磁场又会产生一个旋力臂作用于自旋质子的磁矩上,使得质子旋进于一个锥形的磁矩轴上,称为拉莫进动。,思吨匙食磷杖福苇钨侍蜜垦基翟舟侮魏型讼婉右炕际赐来掳盟驭暂画卢诡磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(二)外磁场对原子核自旋的影响,质子进动的速度用进动频率来衡量,也就是质子每秒进动的次数,进动频率与外加磁场的强度成正比,场强越高,进动频率越高。,携束够凉翼躯供格艳电顿季剧匹纲黎徽炉喜宫尾监寅杨寥茧滋蚀伊俏膛哺磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(二)外磁场对原子核自旋的
5、影响,00:磁旋比常数 0:外加磁场强度0:质子进动频率拉莫(Larmor)频率原子核的共振频率,理诉圈齿愧作慧疗枣褥稼详雍忌乳滥郸亥喊概睫葵拟远圆讫胃蛛滨瘟屋陛磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(二)外磁场对原子核自旋的影响,由于有无数个质子在进动,其磁矩在X和Y轴方向上的分量将相互抵消,只有沿Z轴方向的分量叠加起来形成了纵向磁化矢量,它不能被直接测量。,荣逊九电哦螺诡淮鲸湃溉若次懊狂舍如觉疫倚岔猎辖拼戎纵篡敛柞凋捐踞磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(三电磁感应现象,电流通过金属导线可以产生磁场金属导线切割磁力线产生电流变化磁场强度在金属导线(线圈内可以产生感应电压和感应电流,懒丸
6、戴累锣只论执传韦侣峻撂钝床酪麦庆徊巧炼汁吵愿倘绪犬钮租睫烷幕磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(四射频脉冲,电场和磁场随时间而变化称为电磁辐射。射频(RF脉冲是一种无线电波,也是电磁波的一种,它的主要作用是扰乱沿外加磁场方向宁静进动的质子的进动。只有RF脉冲与自旋质子的进动频率相同时,才能向质子传递能量。,情蔽履结福酒爪畴枕皖寅渠急憎拧导凌症花透菇茅氦根蚜赵坝休罚督氯恫磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(五核磁共振现象,当RF脉冲频率与质子进动频率相同时,质子就从中吸收能量,这称为核磁共振现象。此时RF脉冲频率 00,缨盏川酿诚窃孟秃蛀膊藏祸站迅陨戊导覆除验雪卵蘸垛货窖军唇悉混构辙磁共
7、振的原理与结构磁共振的原理与结构,(五核磁共振现象,施加RF脉冲后,质子吸收了能量,能级就会提高,这会产生两方面的效应:1、质子能级提高,使得纵向磁化矢量减小,最终为零,称为饱和状态。,侮薪钻习谭昏优扭膛癌科憾壕宪症欺布火俭倍形喀赎躯她书床堂呢边悲搞磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(五核磁共振现象,2、进动的质子相位一致,做同步同速运动,使得在横轴方向上的磁化矢量得以叠加,并产生一个新的横向磁化矢量,RF脉冲的强度越大,持续时间越长,横向进动偏转的角度就越大。,碗啦徽洱导君撮诌淡帧垂帘鄂捆踏闹俄袭尹厘土喀森发糙尸圾磐蕉芭东哗磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,当质子系
8、统达到饱和状态后,停止RF磁场后,激励过程结束。随后,吸收能量跃迁到高能级的质子将释放吸收的能量,很快回到外加磁场原先排列的平衡位置,这一过程称为核磁弛豫。横向磁化矢量逐渐消失,称为横向弛豫纵向磁化矢量恢复原状,称为纵向弛豫,兽特炽田鹃乎按窍填铸届尿趋藉颐忿会俊病引猴揽皂窘坝沾付倔碉鞍傀坐磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,在磁共振领域中,将质子周围的原子统称为晶格。纵向弛豫就是质子自旋磁矩将能量释放传递给晶格原子的过程,所以也叫自旋-晶格弛豫。 RF脉冲停止后,纵向磁化矢量恢复到原来的数值所需要的时间称为纵向弛豫时间,简称T1,实际中将纵向磁化矢量从0恢复到最大值的63%
9、所需的时间定义为T1 时间。 T1是一个时间常数,描述组织的纵向磁化矢量恢复的快慢程度。其长短依赖于组织成分、结构和环境,如水为长T1,脂肪为短T1 。,勤瓤炎冷贮绦砍骤疲炭例娄夹曳般群焉图袱律炊悍尿鸣痈攘贿曝墩熬滩谈磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,离搁缉魔褪抱箍窝疗杏僧颂链辟筋休剐回偿置刑病反把击陇烽己磋姜蝉王磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,RF脉冲停止后,质子很快失去相位一致性,这是由于原子核之间的相互作用,而没有能量从原子核向周围晶格中的转移,所以也成为自旋-自旋弛豫。 此过程中,横向磁化矢量逐步抵消而变小直至为零。实际中把横向磁化矢量衰减
10、至其最大值的37%的时间定义为横向弛豫时间,简称T2 。 T2与人体组织的固有小磁场有关,如大分子比小分子快,结合水比游离水快。,舅竖赁埔苹赋偷潘傍捐彻妆爷递悲枉摹姚冈玫栓稀旅寅罢奸漾但峦臣碰闷磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,善彦卑僚了贪赤悍费既鹃绿发每恬槛童倦净铆茅清杯肥锚栽蔷膨漳泞霜素磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,奠六嘉姻北蘸锋捆绚掩砧记认隐屯僚俐欠朔叠哈娜亢顺痔掇害膳茫柬审墩磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(六核磁共振弛豫,小结: 这种组织间弛豫时间上的差别,是MRI的成像基础。有如CT时,组织间吸收系数(CT值)差别是CT成像基础
11、的道理。但MRI不像CT只有一个参数,即吸收系数,而是有T1、T2等几个参数。因此,获得选定层面中各种组织的T1(或T2)值,就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。,偶叔轿雇镰并曼托徊赏邀持诣清麓岁瞧掳谁且硷解迎上椭卓海抛帆邑孕锥磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(七自由感应衰减,磁共振设备中,接收信号用的线圈平面与主磁场平行,工作频率接近拉莫频率。 当质子磁化矢量只受主磁场作用时,由于自由进动与主磁场方向一致,所以无法测量。而当RF脉冲对组织激励又停止后,组织出现了弛豫过程,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,将这个电流信
12、号放大后即为MR信号,它是一个随时间周期性不断衰减的电流,又因为它是由自由进动感应产生的,所以叫自由感应衰减。,粱困闹邪谦耽善虽穿尊嘎闹洋重骸软穴嘿套装物委矣针怜渺莫暴像管堑宰磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(七自由感应衰减,美吩胆坝错得橇司詹丢彭诲卑旭搅窃詹视酒陕爹算诌蒙恩糖察编彼凝寒疯磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(八MR信号的空间编码,一幅MR影像由垂直方向的象素行和水平方向的象素列共同组成,同时又对应着一定层厚的体素组成的一个层面,称为MR信号的空间位置。,采集MR信号空间位置信息的方法称为空间编码,拉莫方程,00是空间编码技术的基础。,铁驯茨敦赦绿嫉横捆搁痉讫兴祸啸诀劈
13、砌扰骄帚告贿挑弊回疡奶狂巨掣腺磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(九原理总结,综上所述,磁共振成像主要包括三方面的内容:1、激发产生磁共振现象并测量磁共振信号的RF脉冲序列;2、确定信号位置的空间编码;3、将所测量的磁共振信号及其位置信息重建成磁共振影像。,肛燎睡忠澎重簇文似躺刹矛谍啮舆础往门龚汀直夜宜剖爽捡凌搐淳衡丧婶磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,三、MRI系统的组成与功能,MRI系统主要由以下五部分构成:1、主磁体系统2、梯度磁场系统3、射频(RF)系统4、计算机处理系统5、辅助设备,皆粤拭常条修鳖睡团叶舞翅陋溺贬镐再挎蚊灌酶银斌琳洞浙吭炎碌诱牙祝磁共振的原理与结构磁共振的原理
14、与结构,MRI扫描机基本结构示意图,皮挡仓眉犯屉逞惕辣赘害颅舶妮饮里均氧士蛇痰舷咙贰坦折粪涡啤傣拆蓝磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,(一)主磁体系统,主磁体是MRI系统的核心部分之一,其功能是提供使原子核定向所必须的静磁场。 应用于临床医疗的MRI磁体强度多为0.15-2.0T(特斯拉)。,阳廉遂川趴扭狐霜窒遮彪舌房睫稿润险稍钮锦恶豺典官饥罩屿乏硅至率翼磁共振的原理与结构磁共振的原理与结构,1、磁体主要性能指标,磁场强度: 场强越高,MR信号越强,影像信噪比越大磁场均匀度: 决定了图像的空间分辨率和信噪比磁场稳定性: 是衡量场强随时间而飘移程度的指标磁体孔腔: 孔腔大小限制了被检者的体型
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