《MRI基本原理》课件.ppt

MRI基本原理磁共振成像(MRI)是一种非侵入性成像技术，利用磁场和无线电波创建人体内部的详细图像。

什么是MRI磁共振成像MRI是核磁共振成像（MagneticResonanceImaging）的简称，是一种非侵入性的医学影像技术，利用强磁场和无线电波产生人体内部的详细图像。无辐射与X射线、CT等影像技术不同，MRI不会产生有害的电离辐射，对人体无害，可以安全地用于各种人群，包括儿童、孕妇等。

MRI的发展历程11946年美国物理学家费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔因在核磁共振方面的研究独立获得诺贝尔物理学奖。21971年美国科学家保罗·劳特伯发表文章，提出使用梯度磁场来定位核磁共振信号，为MRI技术的诞生奠定了基础。31973年英国科学家彼得·曼斯菲尔德首次成功应用梯度磁场获得人体第一张核磁共振图像。41977年美国科学家雷蒙德·达马迪安发明了第一台用于医学诊断的MRI扫描仪。51980年美国科学家理查德·恩斯特因其在核磁共振波谱学方面的贡献获得了诺贝尔化学奖。61991年美国科学家保罗·劳特伯因其在MRI成像方面的贡献获得了诺贝尔生理学或医学奖。

MRI的基本原理核磁共振MRI利用原子核在强磁场中的自旋特性，通过射频脉冲激发核磁共振信号，从而获取人体组织的图像。梯度场在磁场中加入梯度场，使不同位置的原子核产生不同的共振频率，从而实现空间定位。图像重建将采集到的核磁共振信号进行傅里叶变换，并根据空间定位信息，重建人体组织的图像。

磁场的产生磁共振成像(MRI)依赖于强磁场，这些磁场是由强大的电磁铁产生的。这些电磁铁通常使用超导线圈，在极低温度下运行，以产生强大的磁场。1.5T1.5T常见的磁场强度3T3T更高分辨率和信噪比7T7T用于研究和特殊成像

磁场的强度单位特斯拉（T）临床应用0.5-3T超高场7T以上磁场强度是MRI的关键参数，直接影响信噪比和分辨率。较强的磁场可以提高信噪比，使图像更清晰，同时也能提高分辨率，显示更多细节。超高场MRI能够提供更高的灵敏度和分辨率，但技术难度也更大，成本更高。

核磁共振现象原子核原子核带正电，并像一个小磁体，具有磁矩。原子核的自旋运动产生磁矩。磁场作用在强磁场中，原子核的磁矩会受到磁场力的作用，排列整齐。电磁波特定频率的电磁波可以使原子核的磁矩发生共振。信号产生共振后，原子核会释放出信号，被MRI仪器接收，进而生成图像。

共振频率1核磁共振频率核磁共振频率取决于原子核的种类和所处磁场的强度，不同的原子核在同一磁场中具有不同的共振频率，氢核的共振频率最高，因此在MRI中应用最广泛。2共振频率公式核磁共振频率可以通过公式f=γB/2π计算，其中f为共振频率，γ为原子核的旋磁比，B为磁场强度。3频率调谐通过改变磁场强度，可以改变核磁共振频率，这种技术被称为频率调谐，在MRI中，利用频率调谐技术可以区分不同的组织结构。

前述的简单解释核磁共振成像利用了原子核的自旋特性。这些原子核就像微小的磁体，在磁场中会以特定的频率旋转。当外部射频脉冲的频率与原子核自旋频率一致时，就会发生共振，原子核会吸收能量并改变自旋方向。当射频脉冲停止后，原子核会逐渐回到初始状态，释放能量，这个过程可以被检测到，并用来构建图像。

对于氢核的解释氢核的组成氢原子只有一个质子，没有中子，因此氢核仅由一个质子构成。自旋和磁矩氢核具有自旋，并产生磁矩，其大小和方向与自旋角动量相关。

横向磁化和纵向磁化1纵向磁化氢核自旋方向与外磁场方向一致2横向磁化氢核自旋方向与外磁场方向垂直3磁化矢量表示磁化强度和方向的矢量4磁化过程外磁场使氢核自旋方向趋于一致纵向磁化反映了氢核自旋方向与外磁场方向一致的程度，横向磁化反映了氢核自旋方向与外磁场方向垂直的程度。磁化矢量的方向和大小决定了MRI信号的强度和相位。

自旋和磁矩原子核自旋原子核内部带电粒子运动产生自旋，如同地球自转。磁矩产生自旋运动会产生磁矩，类似于一个小磁铁，具有南北极。磁场方向磁矩的方向取决于原子核自旋的方向，形成一个微小的磁场。磁场强度磁矩的大小决定了磁场强度，不同的原子核具有不同的磁矩。

自旋系综的态势在MRI中，大量的氢原子核的自旋方向并非完全一致，而是呈现随机分布。这些自旋方向的随机性导致总体磁矩相互抵消，因此在没有外磁场的情况下，物质整体上不会表现出磁性。当外磁场施加后，氢原子核的自旋方向会发生变化，部分氢原子核的自旋方向会与外磁场方向一致，产生磁化。这种现象称为自旋系综的态势，是MRI成像的基础。

激发和放松过程激发应用射频脉冲，使自旋系综中的核磁矩发生共振，从而改变核磁矩方向，使其不再指向Z轴。能量吸收氢核从低能级跃迁至高能级，吸收射频能量。弛豫射频脉冲结束后，核磁矩不再受到外力，逐渐恢复到初始状态，即沿Z轴方向排列。能量释放氢核从高能级跃迁至低