德国著名数学家，于1832年首次测量了地球的磁场。
1高斯为距离5安培电流的直导线1厘米处检测到的磁场强度
5安培 1厘米 1高斯
地球的磁场强度分布图
特斯拉（Tesla,T）
Nikola Tesla (18571943), 奥地利电器工程 师，物理学家，旋转磁 场原理及其应用的先驱 者之一。
1 T = 10000G
•非常重要
进入主磁场后，质子自旋产生的 核磁与主磁场相互作用发生进动
进动使每个质子的核磁存在方向稳定的纵 向磁化分矢量和旋转的横向磁化分矢量
由于相位不同，只有宏观纵向磁化矢量产 生，并无宏观横向磁化矢量产生
• 进入主磁场后人体被
磁化了，产生纵向宏 观磁化矢量
• 不同的组织由于氢质
子含量的不同，宏观 磁化矢量也不同
晶格震动频率接近于质子进动频率
能量传递快－－脂肪，含中小分子蛋白质 晶格震动频率低于质子进动频率 能量传递慢－－含高浓度大分子蛋白
•T1弛豫是由于高能质子的能量释放回到低能状态 •用T1值来描述组织T1弛豫的快慢
不同组织有不同的T1弛豫时间
人体各种组织的T2弛豫要比T1弛豫快得多
T2 <<< T1
T2弛豫的原因
自旋质子磁场暴露在大磁场与临近自旋质子的小磁 场中 由于分子的运动，质子周围的小磁场不断波动
每个质子感受的磁场不均匀
根据Lamor定律
磁场高－质子进动快
场强低－质子进动慢
同相位进动的 质子失相位
•T2弛豫是由于进动质子的失相位 •用T2值来描述组织T2弛豫的快慢
不同的组织横向弛豫速度不同（T2值不同）
按与检查部位的关系分
体线圈 表面线圈
第一代为线性极化表面线圈
第二代为圆形极化表面线圈
第三代为圆形极化相控阵线圈 第四代为一体化全景相控阵线圈
•利 用 2 . 3 c m 显微线圈采 集的指纹MR 图像
3D-FFE Matrix 512×512
FOV
2.5cm
4、计算机系统及谱仪
• 数据的运算
• 控制扫描
•非常重要
•检测到的仅仅是不同组织氢质 子含量的差别，对于临床诊断来 说是远远不够的。
•我们总是在90度脉冲关闭后过 一定时间才进行MR信号采集。
4、射频线圈关闭后发生了什么？
无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线 电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)
•弛豫
•Relaxation
•放松、休息
• 显示图像
5、其他辅助设备
空调 检查台 激光照相机 液 氦 及 水 冷 却系统 自 动 洗 片 机 等
二、MRI的物理学原理
1、人体MR成像的物质基础
• 原子的结构
电子：负电荷 中子：无电荷
质子：正电荷
原子核总是绕着自身的轴旋转－－自旋 ( Spin )
自旋与核磁
•地球自转产生磁场 •原子核总是不停地按一定频率绕着自身的 轴发生自旋 ( Spin ) •原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁 场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为 核磁共振成像（NMRI）。
•主磁场的均匀度
•MRI要求磁场高度均匀，??? •空间定位需要
•频谱分析（各种代谢物之间的共振频率 相差极小）
•脂肪抑制（脂肪和水分子中的氢质子共 振频率很接近）
磁场均匀度-频率半高宽
–50厘米球表面均匀度应该控制在<3 PPM –45厘米球体均匀度可控制在<1 PPM
2、梯度线圈
• 作用：
• MR只能采集旋转的横向磁化矢量
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量
•在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横 向的磁化矢量越大，MR信号越强
T2加权成像 （T2WI)
•重
• 不同组织有着不同
– 质子密度 – 横向(T2)弛豫速度 – 纵向(T1)弛豫速度
要 提 示
• 这是 MRI 显示解剖结 构和病变的基础
读后感：
• T2（横向---质子失相位）T1（纵向---高 能质子放出能量成为低能质子），不同 组织有不同的T2，T1值 • 相同组织的T2远小于T1
5、磁共振“加权成像”
纵向弛豫
• 也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主 磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直 至恢复到平衡状态的过程。
90度 脉冲
纵向弛豫的机理
90度激发 纵向弛豫 低能的质子获能进入高能状态 高能的质子释放能量
高能的质子把能量释放给周围的晶格 （分子）
晶格震动频率高于质子进动频率 能量传递慢－－纯水
高 能 与 低 能 状 态 质 子 的 进 动
•处于低能状态的质子略多于处于高能状态 的质子，因而产生纵向宏观磁化矢量
尽管每个质子的进动产生了纵向和横向磁化矢量，但 由于相位不同，因而只有宏观纵向磁化矢量产生，并 无宏观横向磁化矢量产生
由于相位不同，每个质子的横向磁化分矢量 相抵消，因而并无宏观横向磁化矢量产生
• 脉冲线圈的作用 • 如同无线电波的天线 – 激发人体产生共振（广 播电台的发射天线） – 采集MR信号（收音机 的天线）
•脉冲线圈的分类
•按作用分两类 –激发并采集MRI信号（体线圈） –仅采集MRI信号，激发采用体线 圈进行（绝大多数表面线圈）
接收线圈与MRI图像SNR密切相关
接收线圈离身体越近，所接收到的信号越强 线圈内体积越小，所接收到的噪声越低
• 一般的MRI仪由以下几部分组成
– – – – – 主磁体 梯度线圈 脉冲线圈 计算机系统 其他辅助设备
1、主磁体
分类 磁场强度 磁场均匀度
•MRI按磁场产生方式分类
主 磁 体
永磁
常导
电磁 超导
0.35T 永磁磁体
1.5T 超导磁体
•按磁体的外形可分为
•开放式磁体 •封闭式磁体 •特殊外形磁体
•处于高能状态太费劲，并非人人都能做到
•处于低能状态的略多一点，007
进入主磁场后磁化矢量的影响因素
温度、主磁场强度、质子含量
•温度
•温度升高，磁化率降低
•主磁场场强
•场强越高，磁化率越高，场强几乎与磁化 率成正比
•质子含量
•质子含量越高，与主磁场同向的质子总数 增加（磁化率不变）
处于低能状态的质子到底比处于高能 状态的质子多多少？？？
无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线 电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)
• 射频脉冲停止后，在主磁场的作用下， 横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向 宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态， 这个过程称为核磁弛豫。 • 核磁弛豫又可分解为两个部分： • 横向弛豫 • 纵向弛豫
90度脉冲
横向弛豫
• 也称为T2 弛豫，简 单地说， T2弛豫就 是横向磁 化矢量减 少的过程。
磁共振成像基本原理
刘淼
医学影像科
•MRI基本原理
•非常重要 •难以理解
•非常重要
学习MRI前应该掌握的知识
• • • • 电学 磁学 量子力学 高等数学 • • • • 初中数学 初中物理 加减乘除 平方开方
磁共振成像基本原件构成
进动是核磁（小磁场）与主磁 场相互作用的结果 进动的频率明显低于质子的自 旋频率，但比后者更为重要。
= .B ：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比
42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
矢量的合成与分解
由于在主磁场中质子进动，每个氢质子均 产生纵向和横向磁化分矢量，那么人体进 入主磁场后到底处于何种核磁状态？
度 脉 冲 继 发 后 产 生 的 宏 观 和 微 观 效 应
90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转 横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接 收线圈，MR仪可以检测到。 氢 质 子 多 氢 质 子 少
•非常重要
• 无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了 90度，MRI可以检测到人体发出的信号 • 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90 度脉冲后磁化矢量偏转，产生的旋转的宏 观横向矢量越大，MR信号强度越高。 • 此时的MR图像可区分质子密度不同的两 种组织
地磁、磁铁、核磁示意图
原 子 核 自 旋 产 生 核 磁
•非常重要
核磁就是原子核自旋产生的磁场
所有的原子核都可产生核磁吗？
质子为偶数，中子为偶数 不产生核磁
质子为奇数，中子为奇数 质子为奇数，中子为偶数 产生核磁
质子为偶数，中子为奇数
何种原子核用于人体MR成像？
•用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有：
• 实质
– 能量传递
体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？
给低能的氢质子能量，氢质子获得能 量进入高能状态，即核磁共振。
怎样才能使低能氢质子获得能量， 产生共振，进入高能状态？
微观效应
磁共振现象是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）激 发人体内的氢质子来引发的，这种射频脉冲的频率必须 与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态
OpenMark 3000
•MR按主磁场的场强分类
–MRI图像信噪比与主磁场场强成正比
–低场: 小于0.5T –中场：0.5T－1.0T
–高场: 1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）
–超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）
高斯（gauss, G）。 Gauss (1777-1855)
– 空间定位 – 产生信号 – 其他作用
• 梯度线圈性能的 提高 磁共振成 像速度加快 • 没有梯度磁场的 进步就没有快速、 超快速成像技术
梯度、梯度磁场
梯度磁场的产生
Z轴方向梯度磁场的产 生
X、Y、Z轴上梯度磁场的产生
•梯度线圈性能指标
–梯度场强 –切换率 25 / 60mT/m 120 / 200mT/m.ms