磁共振成像原理.ppt
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1、第九章 核磁共振成像原理,2,内容导航,一、引言二、核磁共振的基本原理三、核磁共振的检测参数四、核磁共振信号的采集五、核磁共振成像方法六、小结与作业,3,一、引言,核磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生的信号经重建成像的一种技术。,特点:,无创伤,无电离;,无机械运动,任意截面成像;,多个参数成像T1,T2,密度。,4,一、引言,多参数成像,5,一、引言,T1 ContrastTE=14 msTR=400 ms,T2 ContrastTE=100 msTR=1500 ms,Proton DensityTE=14 msTR=1500 ms,多截面成像,6,一、引言,1945年两个独立小组在几
2、天内同时发现核磁共振现象:1)Bloch Stanford 大学(1946)Physics Review 69,127;2)Purcell MIT,(1946)Physics Review 69,37,核磁共振现象的发现:,7,一、引言,Felix Bloch 1905-1983,Stanford University,Edward Mills Purcell 1912-1997,MIT,1952 Nobel Prize for Physics,8,一、引言,1973年2个独立小组利用磁场梯度解决空间信息获取的问题:图像形成 1)Lauterbur,State University of Ne
3、w York(85年 Univ.of Illinois)(1973)Nature 242,736 2)Mansfield,Nottingham University(1973)J.Phys.C 6,L422,核磁共振现象的成像应用:,9,一、引言,2003 Nobel Prize in Physiology or Medicine,Lauterbur,1929,Mansfied 1933,10,一、引言,Damadian,1969,提出MR scanner 的设想;,1971,“tumor detecting by MR”,T1,T2;,1977,第一台MRI;,1978,Fonar 公司;,
4、1980,上市,11,一、引言,Raymond Damadian与第一台MRI装置(1977),“The Shameful Wrong that must be righted”,12,Damadian申请的专利,世界上第一张 MRI 图像,实事求是地讲,Damadian应该算是最早把核磁共振用于生物医学研究的人之一。早在1970年他便把从人身上切除的肿瘤移植到老鼠身上,并观察到携带肿瘤的老鼠的核磁共振信号发生了变化。这一结果发表在1971年的科学杂志上。,13,一、引言,Damadian的工作直接启发了Lauterbur对成像技术的研究,Lauterbur在认识到这一发现的医学价值的同时,也
5、敏锐地意识到如果不能进行空间上的定位,核磁共振在临床应用的可能性微乎其微。于是便有了那篇1972年发表在自然杂志上的著名文章。,而且,Damadian前瞻性地预言了核磁共振作为临床诊断工具的可能性。,14,二、核磁共振的基本原理,核磁共振是自旋的原子核在磁场中与电磁波相互作用的一种物理现象。,人体组织和其他物体一样,也是由分子、原子组成。组成人体的元素有C、O、H、Ca、P及其他微量元素,这就为利用人体中的元素进行成像检测提供了物质基础。,15,二、核磁共振的基本原理,原子核由质子和中子组成,质子带有正电荷,自旋将产生一个小磁场,称为磁矩。中子自旋时也会产生磁矩(约为质子磁矩的2/3)。,对于
6、质子和中子总数为奇数的原子核,存在明显的自旋磁矩,即存在发生核磁共振现象的可能性。比如。,自旋,16,二、核磁共振的基本原理,氢原子核 只有一个自旋的质子,结构最单纯,又能提供最强的核磁共振信号,目前磁共振成像主要利用人体内的氢原子核。,无外磁场时,自旋质子的取向是随机的,当把它放在磁场中时,将按磁场方向取向,可能倾向南极,也可能倾向北极。,17,二、核磁共振的基本原理,氢原子核1H,18,二、核磁共振的基本原理,在磁场中,质子倾向于北极的比倾向于南极的要多,因为向北点的质子处于低能级,更稳定一些。向北和向南的质子能级间有一个能量差。当磁力和热力使磁针达到平衡状态时,产生了净磁化。,该磁化过程
7、可以表示为时间的指数函数:,(9-1),19,二、核磁共振的基本原理,表示物质核磁共振性质的一个重要参数,与磁场强度、温度和粘滞度有关。T1不仅表示从激发态回到平衡态需要多少时间,也表示进行磁化需要的时间。,指时间足够长时的净磁化强度。,驰豫时间T1,磁化强度的最大值M0,20,二、核磁共振的基本原理,核在磁场中,磁针保持南、北向的百分比,与磁场强度和随机热效应的相对比值有关,在任一瞬间,磁针取向都是使其持南、北向的磁力和使之随机取向的热力的平衡结果,21,二、核磁共振的基本原理,进动是磁共振成像中另一个非常重要的概念,用它来表示质子在磁场中的磁化过程。类似于重力作用下的自旋陀螺的进动,外磁场
8、与质子磁矩相互作用也会产生使之进动的扭力,使自旋的质子绕磁场轴进动。,进动,也称为拉莫(Larmor)进动,22,二、核磁共振的基本原理,P:动量矩 T:力矩:磁距,质子进动与陀螺进动的类比,23,二、核磁共振的基本原理,质子的进动,24,二、核磁共振的基本原理,在观察的样本磁化后,如果再对它施加一个与主磁场垂直的交变磁场,当这个交变磁场的频率与进动频率一致时,原来处于随机相位的进动质子将趋于同相(相位相干)。当质子的进动相位完全一致时,就发生了共振现象,即核磁共振。发生共振时,质子大量吸收交变场的能量,同时向外辐射能量。,核磁共振,25,二、核磁共振的基本原理,经典力学观点,带正电荷且具有自
9、旋的核会产生磁场,该自旋磁场与外加磁场相互作用,将会产生进动。进动频率与自旋核角速度及外加磁场的关系可用拉莫尔方程表示:,核磁共振的解释,(9-2),:旋磁比,B0为外加磁场的强度。,26,二、核磁共振的基本原理,当进动的质子在射频场的作用下出现相位相干时,净磁化向量M0将偏离z轴,并绕着z轴以共振频率进动。此时的磁化向量可以分解为一个z方向的垂直分量Mz和一个在平面旋转的水平分量Mxy。,27,二、核磁共振的基本原理,增加,势能增加,能量增量由外加交变磁场提供;减小,势能减小,能量交给外加交变磁场;仅当交变磁场角频率满足=B=0 时才发生此种能量交换;此时与B1_ 绕z轴同步旋转 核磁共振现
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- 磁共振 成像 原理
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