医用物理学论文

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1、课程论文班级：2011级生物医学工程学号：11111032姓名：陈颖怡核磁共振的原理及医学应用陈颖怡11级生物医学工程内容摘要：核磁共振也称为磁共振，是物质原子核磁矩在外磁场的作用下能级发生分裂，并在外加射频磁场的能量条件下产生的能级跃迁的核物理现象。核磁共振现象是1946年发现的，这一发现最初应用于波谱学。1950年化学位移理论的提出使第一台核磁共振谱仪诞生，经过20年的研究，核磁共振成像技术得到空前的发展，如今已成为临床诊断的重要手段。核磁共振成像技术不仅能获得人体器官和组织的解剖图像，而且还能显示它

2、们的功能图像，从而提供了与生理、病理变化有关的信息。关键词：核磁共振、核磁共振成像原理、优点、医学应用一核磁共振原子核除了具有电荷和质量外，约有半数以上的原子核具有自旋。没有外磁场时，自旋方向是任意的。由于原子核具有自旋，它在周围空间激发磁场，因而具有磁矩，磁矩方向与自旋方向相同。当原子核处在外磁场中时，不仅核自旋空间取向量子化，而且同时绕外磁场进动，如果在与外磁场垂直的平面内再施加一个射频脉冲，当射频脉冲的角频率与核磁矩绕外磁场的进动角频率相等时，会产生核磁共振现象。此时磁场中的自旋核最大限度地吸收外界

3、辐射进来的电磁能量，发生能级跃迁，并产生强弱不同的吸收讯号。当射频脉冲关断后，处于激发态的核系统释放能量而恢复到正常状态，这种现象称为弛豫。弛豫过程按照观测方向可以分为纵向弛豫和横向弛豫，弛豫过程进行的快慢用弛豫时间来描述。二核磁共振成像原理核磁共振成像，也称磁共振成像。是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核发生章动产

4、生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。核磁共

5、振波谱仪主要由5个部分组成。①磁铁:它的作用是提供一个稳定的高强度磁场。②扫描发生器：在一对磁极上绕制的一组磁场扫描线圈，用以产生一个附加的可变磁场，叠加在固定磁场上，使有效磁场强度可变，以实现磁场强度扫描。③射频振荡器：它提供一束固定频率的电磁辐射，用以照射样品。④吸收信号检测器和记录仪：检测器的接收线圈绕在试样管周围。当某种核的进动频率与射频频率匹配而吸收射频能量产生核磁共振时，便会产生一信号。记录仪自动描记图谱，即核磁共振波谱。⑤试样管：直径为数毫米的玻璃管，样品装在其中，固定在磁场中的某一确定位置

6、。整个试样探头是迅速旋转的，以减少磁场不均匀的影响。核磁共振成像过程：自旋核吸收外来电磁辐射的能量，核系统的磁化矢量通过进动而偏离磁场方向。当射频脉冲关断，处于受激共振状态的原子核通过弛豫过程释放能量和恢复原来状态，并且向外发射电磁波，即核磁共振信号。用探测线圈将核磁共振信号收集起来送到电脑系统作数据处理，借助梯度磁场对受检体的层面和体素进行位置编码，以及使用特定的图像重建算法，可以获得被扫描层面的磁共振图像。核磁共振成像方法是将人体组织所发出的微弱的核磁共振信号重建成一幅二维断面图像的方法。核磁共振成像

7、方法主要有点成像法﹑线成像法﹑面成像法﹑体积成像法。点成像法是对每个组织体素信号逐一进行测量成像的方法。线成像法是一次采集一条扫描线数据的方法。面成像法是同时采集整个断面数据的成像方法。体积成像法是在面成像法的基础上发展起来的，不使用选层梯度进行面的选择，而是施加二维的相位编码梯度和一维的频率编码梯度，同时对组织进行整个三维体积的数据采集和成像方法。三核磁共振成像系统核磁共振成像系统是根据核磁共振基本原理结合计算机断层图像重建原理而开发的一种影像设备，因此又称为核磁共振断层扫描装置。核磁共振成像系统分为：

8、磁体子系统，射频子系统，梯度场子系统，谱仪子系统，计算机系统等。磁体子系统是核磁共振成像装置的关键设备，用以产生主磁场，使组织在其中产生沿磁场方向的宏观磁化。射频子系统是核磁共振系统中实施射频激励并接收核磁共振信号的功能单元。由于核磁共振信号的幅值只有微伏级，因而射频接收系统的灵敏度和放大倍数都非常高。梯度场子系统提供确定质子核磁共振三维信号的磁场，即层面选择，频率编码，相位编码。谱仪子系统是核磁共振系统设备的中心控制系统，负