磁共振一般原理

磁共振一般原理第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

1924年P(guān)auli發(fā)現(xiàn)原子核象帶電自旋的球體具有角動量及磁矩,1945年Bloch和Purcell證實了原子核自旋的確實存在,他們?yōu)榇斯餐@得了1952年諾貝爾物理學(xué)獎。五、六十年代磁共振主要為化學(xué)家及物理學(xué)家探測化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)型及反應(yīng)過程的分析工具,1973年Lauterbur首次進行了兩試管水的磁共振成像1976年P(guān)eterMansfield首次報導(dǎo)了人活體MR成像，1980年裝備商品。第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波譜圖第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月不同原子核的MRI特性第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.核磁質(zhì)子、中子或質(zhì)子和中子數(shù)不成對的原子核，高速自旋時產(chǎn)生的磁矩，相當于一個微型磁棒。第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁化如將生物組織置于一個大的外加磁場中（又稱主磁場，用矢量Ｂ０表示），則質(zhì)子磁矩方向發(fā)生變化，結(jié)果是較多的質(zhì)子磁矩指向與主磁場方向相同，而較少的質(zhì)子與B0方向相反，與B０方向相反的質(zhì)子具有較高的位能。常溫下，順主磁場排列的質(zhì)子數(shù)目較逆主磁場排列的質(zhì)子稍多，因此，出現(xiàn)與主磁場B０方向一致的凈宏觀磁矩Ｍ，如圖所示。第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月M第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.拉莫爾進動處在外磁場中的核磁矩方向，并不完全朝向主磁場方向，而是象受到地球引力的旋轉(zhuǎn)的陀螺一樣，進行著以外磁場的方向為軸的旋進和高速自旋的復(fù)雜運動。第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月方程ｆ＝ｒ·Ｂ０/２π

ｆ：進動的頻率Ｂ０：主磁場強度ｒ：旋磁比（對于每一種原子核是恒定的常數(shù)）第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4.共振處于平衡狀態(tài)的凈磁矩,并不能在接收線圈中產(chǎn)生信號,該磁矩在具有拉莫爾頻率的90oRF脈沖的激勵下旋進到XOY平面,也即垂直于主磁場的方向。第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月5.磁矩的分量被激勵的質(zhì)子群的宏觀磁矩分別投影在Ｚ軸和XOY平面上形成兩個分量：Ｍz、Ｍxy第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月6.弛豫射頻脈沖停止后,已吸收能量發(fā)生共振的質(zhì)子群磁矩釋放能量,回到原平衡狀態(tài)的過程稱弛豫過程.分Mz、Mxy的還原為縱向、橫向弛豫，弛豫時間Ｔ１、Ｔ２的定義見圖示第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月7.人體部分組織Ｔ１、Ｔ２值第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月8.磁共振信號90oRF脈沖使質(zhì)子凈磁矩旋進到XY平面,脈沖停止后,RF線圈將探測到弛豫過程所產(chǎn)生的信號,該信號逐漸減小,稱為自由感應(yīng)衰減(FID)第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月磁共振信號強度第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月9.信號與頻譜對于一個單一正弦信號可用其幅度和頻率描述,而對于一個復(fù)雜的信號可用其頻譜來描述,即把信號進行分解為各種不同的頻率成份和不同的幅度.也即把隨時間變化的幅度函數(shù)變成隨頻率變化幅度函數(shù)(二維付立葉變換，2DFT)第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月10.自旋回波由于磁場的不均勻使90o脈沖后的宏觀凈磁矩很快相位離散,在TE/2后,施加180oRF脈沖使相位重聚,并出現(xiàn)可測量的MR信號.第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月磁共振成像的基本原理當RF脈沖停止時，MR信號就可接收到了。問題是：接收線圈范圍內(nèi)的所有原子核會以相同的頻率輻射信號，并且不會攜帶任何空間位置信息。為了重建圖像，必須確定組織間的空間位置，涉及兩個方面：１）層面選擇２）層面上共振信號的空間編碼第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月１.層面選擇由于共振頻率是磁場強度的函數(shù)，在人體長軸方向上附加一梯度磁場Ｇｚ，則每一橫斷面的共振頻率均不一樣，層面厚度取決于磁場梯度和射頻帶寬。第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.相位離散與相位重聚由＝Ｂ，被選層面的自旋磁矩的旋進頻率將有微小差異，并呈螺旋樓梯的臺階狀散開，為了獲得最大信號強度，采用一相反極性的梯度磁場，使該層自旋磁矩相位重聚。第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月３.頻率編碼垂直于Ｇｚ梯度的Ｇｘ頻率編碼梯度使得信號共振頻率沿Ｘ軸增加，經(jīng)ＦＴ，各點的信號強度描點連線成沿Ｘ軸方向的一維輪廓線，Ｇｘ也稱讀出梯度。如果旋轉(zhuǎn)Ｇｘ并不斷重復(fù)這一過程，就可通過大家熟知的ＣＴ成像的方法，來投影重建圖像。ＭＲ不用此法。第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月４.相位編碼施加垂直于Ｇｘ的相位編碼梯度Ｇｙ，９０oＲＦ停止時，所有核磁處于同一相位及頻率旋進，此時施加Ｇｙ，Ｙ軸上，不同位置的核磁旋進頻率各異，關(guān)閉Ｇｙ，各核磁又以同頻旋進，然而，位置卻發(fā)生了變化，并記憶了此時的位置。第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月５.２Ｄ付里葉變換９０o脈沖后，施加頻率編碼梯度和相位編碼梯度，即可完成被選層面的空間編碼，Ｇｘ和Ｇｙ是２Ｄ付里葉變換的基礎(chǔ)。第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月6.成像過程由A原始數(shù)據(jù)(正弦信號)經(jīng)過2DFT后成為B--2D頻譜，最終圖像C是B的亮度灰階描述。第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月７.Ｋ空間伴隨數(shù)據(jù)區(qū)域的空間編碼，必須有一個解碼方法來獲得具有一定空間分辨率的ＭＲ圖像。不同的編碼方法，圖像品質(zhì)有很大差異。第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月７.Ｋ空間（續(xù)１）Ｋ空間是在信號采集期間收集的原始數(shù)據(jù)所組成，此時并不重建解剖圖像。每一圖像都有其自己的Ｋ空間。水平軸Ｋｘ代表頻率編碼方向，縱軸均勻刻度，每一刻度代表一Ｋｙ值，成比例對應(yīng)于相位編碼的梯度磁場。Ｋ空間實際是由各回波信號組成。第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月７.Ｋ空間（續(xù)２）Ｋ空間可以模擬ＭＲ圖像，另外，Ｋ空間可以對不同梯度的影響、弛豫現(xiàn)象及變換采集方案提供定量評價。不管如何采集，只要能確定Ｋ空間的映射圖，就能準確構(gòu)造用來進行２ＤＦＴ的數(shù)據(jù)。第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月8.自旋回波（ＳＥ）圖像自旋回波序列為最常用的脈沖序列。先發(fā)射90o脈沖，隔ＴＥ/2后再發(fā)射180o脈沖，至ＴＥ時間測量回波信號，重復(fù)這一過程，完成所有采集。兩９０o脈沖間的時間為重復(fù)時間ＴＲ。第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月9.梯度回波圖像梯度回波與自旋回波的區(qū)別是采用<90o的ＲＦ脈沖及不采用180o脈沖，而是施加強度相同、方向相反的讀出梯度磁場，使相位回歸出現(xiàn)回波。既保持了較好的圖像信噪比，又縮短檢查時間。第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁共振成像采用靜磁場使該磁場的局部變化，磁場梯度對組織樣本的原子核進行空間信息編碼，射頻脈沖發(fā)生器發(fā)出的射頻脈沖與其共同作用來產(chǎn)生信號，然后射頻接收系統(tǒng)探測出這些重新發(fā)射出來的射頻能量信號，并將這些信號傳輸給計算機系統(tǒng)進行數(shù)字化處理和影像顯示。第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磁體：產(chǎn)生靜磁場2.磁場梯度系統(tǒng)：由梯度放大器和梯度線圈所組成用于空間選擇和空間編碼3.射頻放大器和射頻發(fā)射線圈：產(chǎn)生測量脈沖，激勵原子核4.射頻接收線圈和放大器：探測來自原子核的信號5.采集和控制系統(tǒng)：進行數(shù)字化信號處理影像處理及數(shù)據(jù)采集、控制6.生理學(xué)硬件：用來獲得病人的心電圖、呼吸周期波第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月7.重建系統(tǒng)8.操作/顯示控制臺以顯示圖像和操作者輸入控制參數(shù)9.存檔系統(tǒng)10.磁屏蔽：減少磁共振成像儀周圍雜散磁場的影響11.射頻屏敝：使系統(tǒng)免受外部射頻的相互干擾12.掃描床檢查時在磁體內(nèi)擺放病人13.病人監(jiān)視設(shè)備以便檢查時觀察病人第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月磁共振造影劑能引起質(zhì)子弛豫時間縮短的離子或小分子稱為順磁性物質(zhì)。用于MRI檢查的順磁性物質(zhì)稱為順磁性造影劑，主要機理為改變局部組織的磁環(huán)境。Gd+3順磁性最強，具有7個不成對的電子