M
3.拉莫尔进动
• 氢质子自旋的同时， 又沿主磁场B0方向作 圆周运动，将质子磁 矩的这种运动称为进 动或旋进。 • 在主磁场中宏观磁矩 像单个质子磁矩那样 作旋进运动，其频率 用larmorg公式表示。
方程
• ｆ＝ｒ· Ｂ０/２π ｆ：进动的频率 Ｂ０：主磁场强度 ｒ：旋磁比（对于每一种原子核 是恒定的常数）
⑴频率编码
• 启动Ｇｚ选出被激励的横轴层面后，再启动 Ｇｘ，频率编码梯度使得信号共振频率沿Ｘ 轴增加，经ＦＴ，各点的信号强度描点连线 成沿Ｘ轴方向的一维轮廓线，Ｇｘ也称读出 梯度。由于人体X轴的各质子群相对位置不 同，在频率编码梯度上有不同的位置，则可 在X轴上分出不同频率质子群的位置。
⑵相位编码
• 90º RF 脉冲停止后 , 因Ｔ １ 、Ｔ ２ 的作用引 起的信号衰减，称为自由感应衰减(FID) FID代表在横向测到的的振荡信号的 演变，将自旋-自旋相互作用及磁场不均 匀所引起的信号衰减时间称作T2*。
9.信号与MR波谱
• 在一个窄频率带的范围内， FID 信号代表叠加 到一起的正玄振荡，用数学方法（傅里叶变换） 可把振幅随时间而变化的函数变成振幅随频率 变化的函数，即 MR 波谱。钟形波的波峰高度 （信号强度）代表质子密度。
６、人体部分组织Ｔ１、Ｔ２值
几种常见组织在不同场强下的T1，T2及质子密度值 组织 脂肪 白质 灰质 脑脊液 肌肉
T1
0.2T 240 390 490 1400 370 1.0T --620 810 2500 730 1.5T --718 998 3000 860
T2 60 76 91 140 50
质子密度 (%)
9.6 10.6 10.6 10.8 9.3
７、核磁共振的量子物理学简介
• 低能态的质子被激励跃迁为高能态，以 及高能态衰减为低能态均为量子过程。 • 激励射频光子的频率为质子的larmor频 率，后者由主磁场的场强决定，因此高、 低能态的差别与场强成正比。
N
8.磁共振信号
• 90º RF 脉冲使质子群净磁矩 旋进到 XY 平面 , 脉冲停止后 , 横向磁化矢量的变化使得 RF 线圈产生感应电动势 ， 这个感应电流即 MR 信号。 由于受到Ｔ １ 、Ｔ ２ 的影响， 该信号以指数曲线形式衰 减 , 称为自由感应衰减 (FID)
５、核磁弛豫
• 射频脉冲停止后,已 吸收能量发生共振的 质子群磁矩释放能量 , 回到原平衡状态的过 程称核磁弛豫（固 有）。弛豫过程用两 个时间来表示，即纵 向弛豫Ｔ１ 、横向弛 豫Ｔ２ 。弛豫过程表 现为一种指数曲线。
• Ｔ１弛豫是质子群通过释放已吸收的能量以恢 复到原来平衡状态的过程。 • ９０°射频脉冲的一个作用是激励质子群使之 在同一方位、同步旋进（相位一致），横向磁 化矢量最大；射频脉冲停止后，质子群同步旋 进变为异步，横向磁化矢量由最大减小到零， 称为去相位。 • 各种正常组织和病变组织的Ｔ１、Ｔ２是不同的。 正常组织和病变组织氢原子的Ｔ１、Ｔ２受周围 环境（化学环境或磁环境）的影响，而改变了 氢质子的行为，进而改变了组织所发出的射频 波。
• ＭＲＩ与ＣＴ一样，是人体剖面的数字图像。 • ＭＲＩ是多参数成像，每个体素的亮度灰阶值 与Ｔ１、Ｔ２、质子密度以及流动液体参数有关， 而ＣＴ只与组织的Ｘ线衰减有关。 • 人体不同组织有其各自的Ｔ１、Ｔ２、质子密度， 这是ＭＲＩ区分正常与异常以及诊断疾病的基 础。
• 加权像：人们通过调节重复时间ＴＲ和 回波时间ＴＥ，以得到突出某个组织特 征参数的图像，这种图像被称为加权像 ＷＩ。
的90°脉冲构成。
• 反转恢复脉冲序列：先施加以180°脉冲，
再给一个90°脉冲。
磁共振信号强度
三、磁共振成像的基本原理
• 根据larmor定律，在均匀的强磁场中，生物体内的 质子群旋进频率由场强决定且一致的。在主磁场中 附加一个线性梯度磁场，被检体各部位质子群的旋 进频率可因磁场强度不同而有区别，这样可对被检 体某一部位行MR成像；因此，MRI空间定位靠的是梯 度磁场。 • 用于MRI的梯度磁场有三种： ⑴横轴位（GZ）自上至下场强不同的梯度磁场 ⑵矢状位（GX）自右至左场强不同的梯度磁场 ⑶冠状位（GY）自后至前场强不同的梯度磁场
2.相位离散与相位重聚
• 由于断层面有一定的 厚度，将脉冲波形中 心频率作为断层平面 的位置，其上下质子 群的旋进频率有快有 慢，并呈螺旋楼梯的 台阶状散开，引起信 号减弱，为了获得最 大信号强度，采用一 相反极性的梯度磁场， 使该层自旋磁矩相位 重聚。
３.断层平面信号的编码
• 为区别断层面空间一个点的信号需在选 择二维定位，目前MRI用的是频率和象棋 两个编码方法。
９０°射频脉冲的作用
• 处于平衡状态的净磁 矩 , 并不能产生ＭＲ信 号，该磁矩Ｍ在具有 拉莫尔频率的90º RF脉 冲的激励下旋进到XY 平面 , 也即垂直于主磁 场的方向，产生横向 的宏观磁化矢量。（） Ｍ的方向和大小的变 化取决于射频脉冲的 强度和时间。
180°射频脉冲的作用
• 施加180°射 频脉冲后，质 子群的宏观磁 化矢量与B0平 行，方向相反， 横向磁化矢量 MＸＹ为零。
１.层面选择
• 由于共振频率是磁场强 度的函数，在人体长轴 方向上附加一梯度磁场 Ｇｚ，则每一横断面的 共振频率均不一样，层 面厚度取决于磁场梯度 和射频带宽（射频脉冲 其频率并非完全一致， 有一个频率范围）。 梯度场强越高，层厚越 薄 射频脉冲越短，带越宽， ＭＲＩ层厚有一定限度，一般为３－2０mm 层厚越厚
Fo
FT
0
Time
Fo
t
Fo Fo+1/ t
Frequency FT
Fo
t
DF= 1/ t
二、自旋回波序列－ＳＥ
180 90 回波 90 180 回波
TE TR
TE：回波时间 TR：重复时间
1、自旋回波序列成像理论
• 由于磁场的不均匀使 90º 脉冲后的宏观净 磁矩很快相位离散, 即去相位；在 TE/2 后 , 施加 180º RF 脉冲使质 子群离散的相位又相 互趋向一致，称为相 位重聚,并出现可测 量的MR信号。
7.Ｋ空间
• 伴随数据区域的空 间编码，必须有一 个解码方法来获得 具有一定空间分辨 率的ＭＲ图像。不 同的编码方法，图 像品质有很大差异。
2.磁化（原子核在外加磁场中）
• 磁场用磁矩（m）来表示，磁场有其强度、 方向和方位。 • 主或静磁场：外加磁场，用矢量Ｂ０表示。
• 将生物组织置于主磁场中，则质子磁矩方 向发生变化，结果是较多的质子磁矩指向 与主磁场方向相同，而较少的质子与B0方 向相反，与B０方向相反的质子具有较高 的位能。常温下，顺主磁场排列的质子数 目较逆主磁场排列的质子稍多（约10-6） 因此，出现与主磁场B０方向一致的净宏 观磁矩Ｍ（宏观磁化矢量，MRI研究和讨 论的主要是其变化规律）
PDW
T1WI T2WI
TR PDW T1WI 长 短
TE 短 短
T2WI
长
短
长
长
FA（翻转角）
• 在梯度回波使用的 是小角度激励。 • MZ（小）＞MZ（大） • 小角度激励等效于 长TR。
5、其它序列
• 对比逆转 • 多回波序列：90°脉冲后，连续施加180°脉
冲。
• 部分饱和脉冲序列：有两个以一定时间间隔
4.共振
• 共振现象为能量传递 过程，当驱动者能源 频率与被激励者固有 频率相一致时，就发 生共振现象。 • 在MR成像中，被激励 者是氢质子团，激励 者是射频脉冲。 • 在主磁场中顺主磁场 方向的质子处于低能 态，逆主磁场方Байду номын сангаас的 质子处于高能态。
M
• 在主磁场中，以larmor频率施加射频脉冲，被 激励的质子从低能态跃迁至高能态，出现核磁 共振(只有射频脉冲的频率与质子群的旋进频 率一致时，才能出现共振)。
• 施加垂直于Ｇｘ的相位 编码梯度Ｇｙ，９０º Ｒ Ｆ停止时，所有核磁处 于同一相位及频率旋进， 此时施加Ｇｙ，Ｙ轴上， 不同位置的核磁旋进频 率各异，关闭Ｇｙ，各 核磁又以同频旋进，然 而，位置却发生了变化， 并记忆了此时的位置。
4.２Ｄ傅里叶变换
• ９０º 脉冲后，施加频率编码梯度和相位 编码梯度，即可完成被选层面的空间编 码，Ｇｘ和Ｇｙ是２Ｄ傅里叶变换的基 础。 • 傅里叶变换可将一个混合的FID信号区分 出不同的其不同的频率成分，可将一个 信号的频率（读出）和相位成分区别开。 这样，沿着一个平面的两个垂直方向进 行相位（行）和频率（列）编码，可得 到该层面每个体素的信息。
Lauterbur等
Damadian Mallard Lauterbur Mansfierd
电磁波谱图
1.核磁
• 永磁体：所有物质具有不同程度的磁性 （如铁、镍、钴、钆等），在其周围产 生磁场。 • 电磁：电子流过环形线圈，产生类似磁 铁棒的磁场。
• 质子、中子或质子 和中子数不成对的 原子核，高速自旋 （相当于正电荷在 环形线圈流过）时 产生磁场，称为核 磁。
•人体组织中含有1H、13C、19F、23Na等元素， 有磁性的元素约百余种。 • 现今MRI中研究和使用最多的为1H（氢质 子），原因有：
–1、1H的磁化最高的原子核； –2、1H占人体原子数量的2/3（大部分位于水 和脂肪中）。
• 通常所指的MRI为氢质子的MR图像（或称 质子像）。
不同原子核的MRI特性
长TR 短TE 短TR
短TE
抑制 抑制 提高
抑制
T 1W T 2W T 1W
PDW
T1WI
T 2W
4、T2加权像
• 如何设置参数才能得到T2加权像？ 通过抑制组织的质子密度和Ｔ1加权特性， 就可以得到T2加权像。
长TR 短TE 短TR 短TE 长TR 长TE 抑制 抑制 提高 抑制 抑制 提高 T 1W T 2W T 1W T 2W T 1W T 2W