最新MRI成像原理-药学医学精品资料.ppt

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1、最新MRI成像原理-药学医学精品资料1.MRI概况1.1MRI发展历程磁共振成像（magneticresonanceimaging,MRI）是根据生物体磁性核（氢核）在磁场中的表现特性成像的高新技术。近20年来，随着磁体技术、超导技术、低温技术、电子技术和计算机技术等相关技术的进步，MRI技术得到飞速发展。如今，已广泛应用于临床，成为现代医学影像领域中不可缺少的一员。MRI的应用，不仅代表医院现代化程度的提高，而且标志其诊断水平的飞跃。磁共振成像的物理基础为核磁共振（nuclearmagneticresonance,NMR）理论，是指与物质磁性

2、和磁场有关的共振现象，也可以说，它是低能量的电磁波，即射频波，与既有角动量又有磁矩的核系统在外磁场中相互作用所表现出的共振特性，实验结果表明，利用这一现象可以研究物质的微观结构。据此，人们以不同的射频脉冲序列对生物组织进行激励，并用线圈技术检测组织的弛豫和质子密度信息，就出现了MRI技术。因而，磁共振成像曾被称为核磁共振成像（NMRI）。从NMR现象的发现，到成像技术的实现，经历了半个世纪的技术飞跃，完成了从物理研究到化学应用、生物应用、临床应用之路，凝聚了科学家的智慧和创造性。先后有14位科学家因此获得了诺贝尔奖。发展主要阶段列表年代研究进展

3、主要贡献者1946发现NMR现象Purcel,Bloch1977第一台MR机建成Damadian1980磁共振设备商品化商家参与19890.15T国产永磁机问世安科公司20000.23T永磁开放MRI问世东软数字医疗临床比较应用范围MRICT备注软组织对比度半月板、肌腱、软骨及椎间盘脊髓显示白质和灰质出血钙化灶骨皮质病变骨伪影心血管胎儿及孕妇检查高不使用造影剂，清晰清晰极明显可显示不敏感不敏感无不使用造影剂，可区别心肌、心脏轮廓和大血管可进行（妊娠三月内慎用）低使用造影剂，不清晰困难一般明显高度敏感敏感敏感有使用造影剂，只能显示心肌和心脏轮廓一

4、般不进行MRI可行乳腺成像MRI可行无创伤血管造影MRI可展示胎儿及母体等结构2.MRI基本原理2.1磁共振物理学1.核的自旋和拉莫进动人体的75％是水，水中1H（一个质子）核的分布可因疾病而发生变化，可以利用1H的核磁共振进行诊断。氢核1H具有自旋和磁矩，如氢核1H在一个均匀外磁场Bz中，自旋的小磁矩绕Bz作拉莫进动，进动频率ω0=γBz。一部分小磁矩沿着Bz方向，处于低能态；另一部分与Bz方向相反，处于高能态（图2-1）。当用频率为ω0的电磁波照射1H时，它会吸收电磁波从低能态跃迁到高能态，这叫做核磁共振。幸运地是，在平衡态下沿着Bz的1H

5、数目稍微多于反方向的1H，在平衡态下，质子处于不停的热运动中，拉莫进动的相位是异相的（图2-1），质子磁矩总和表现为宏观磁矩Mz。图2－1质子的自旋、进动和宏观磁矩的产生图2－2宏观磁矩的进动2.核磁弛豫现在与Bz（z轴）垂直方向上（x轴）加一个射频（RF）场B1，B1对Mz施加的力矩为Mz×B1。它使Mz偏离z轴。偏离z轴后的Mz要受到力矩Mz×Bz的作用而绕z轴进动，进动的拉莫频率ω0=γBz。如果B1的频率等于ω0，质子能吸收这种能量。在Bz和B1共同作用下，在实验室坐标系中宏观磁矩Mz以螺旋方式倒向x-y平面（图2-2）。在量子水平上，

6、有的质子从低能态跃迁到高能态上，同时随着Mxy分量加大，说明质子进动相位趋于同相。当Mz减小为零，Mxy达到最大时，所有的质子同相。一旦RF场B1被关掉，1H吸收的能量释放出来，Mz恢复，Mxy衰减，这个过程称为“核磁弛豫”。Mz的弛豫和Mxy弛豫都呈指数形式Mz（t）=M0（1－e-t/T1）Mxy（t）=M0cosωte-t/T2核磁弛豫过程用两个时间常数描述，纵向Mz弛豫时间T1和横向Mxy弛豫时间T2（图2-3）。纵向弛豫是核磁矩把能量传递给周围环境的过程，T1是由自旋与晶格相互作用决定的。T2是由自旋与自旋相互作用决定的，同时考虑到磁

7、场的不均匀性，横向弛豫时间变为T2﹡。图2－3纵向和横向弛豫3.MR信号的获得自旋回波的形成及信号（a）加上一个90○RF脉冲后，在t=0时，在与Mz一同旋转的坐标系（X′-Y′-Z′）中Mz指向y′轴。（b）与自旋异相（T2﹡机制）的同时，经过TE/2时间，Mxy展开了。加上180○RF脉冲将矢量绕x′轴翻转。（c）矢量逐渐同相的同时，经过另一个TE/2时间。（d）在t﹦TE时，矢量同相并且一个自旋回波信号得到了。这个信号称为自旋回波信号，如图2-5所示。图2－4自旋回波的形成梯度场回波信号的产生梯度场回波信号的产生如图2－6所示总之：MRI

8、是用磁共振信号来成像的，如果获取的信号大，噪音小，那么图像质量就好。因为磁共振信号是由人体的宏观磁化矢量的横向分量MXY产生的交变磁场在线圈两端感生的