• 进入主磁场前后质子核磁状态对比
• 磁共振现象
磁共振现象的物质基础
原子结构：
原子由原子核和绕核运动的电子组成，原子核由质子 和中子组成。电子带负电荷，质子带正电荷，中子不带电。
质子和中子如果不成对，将使质子在旋转中产生 角动量，磁共振就是要利用这个角动量的物理特 性来实现激发、信号采集和成像的。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
进动频率也称Larmor 频率，其计算公式为： ω＝γ·B
式中ω为Larmor 频率，γ为磁旋比（γ对于某一种磁性原子核来说是 个常数，质子的γ约为42.5 mHz/T ），B 为主磁场的场强，单位为特斯 拉（T）。从式中可以看出，质子的进动频率与主磁场场强成正比。
射频系统
• 组成：主要由射频脉冲发射单元和射频脉冲接收单元两部分 组成，其中包括射频发射器、射频功率放大器、射频发射线 圈、射频接收线圈、以及低噪声射频信号放大器等关键部件。 • 作用：负责实施射频（Radio Frequency，RF）激励并接收 和处理射频信号，即MR信号。
计算机系统
计算机系统控制着MRI 仪的脉冲激发、信 号采集以及实现图像处理、显示、传输、存 储 等功能。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
二、进入主磁场后质子核磁状态
进入主磁场后，人体内的质子产生的小磁场不再是杂乱无章， 呈有规律排列。一种是与主磁场方向平行且方向相同，另一 种是与主磁场平行但方向相反，处于平行同向的质子略多于 处于平行反向的质子。 从量子物理学的角度来说，这两种核磁状态代表质子的能量 差别。平行同向的质子处于低能级，因此受主磁场的束缚， 其磁化矢量的方向与主磁场的方向一致；平行反向的质子处 于高能级，因此能够对抗主磁场的作用，其磁化矢量尽管与 主磁场平行但方向相反。 由于处于低能级的质子略多于处于高能级的质子，因此进入 主磁场后，人体内产生了一个与主磁场方向一致的宏观纵向 磁化矢量。

磁共振现象的物质基础
自旋：质子以一定的频率绕轴高速旋转。
高速旋转
带正电荷的质子

电流环路
核磁
并非所有原子核的自旋运动都能产生核磁根据原子核内中子 和质子的数目不同，不同的原子核产生不同的核磁效应。 非磁性原子核：质子数和中子数均为偶数 磁性原子核：中子数和质子数至少一个为奇数

磁共振现象的物质基础
进入主磁场前后质子核磁状态对比
图a 为进入主磁场前，尽管每 个质子自旋都产生一个小磁场， 但排列杂乱无章，磁化矢量相 互抵消，因此没有宏观磁化矢 量产生。
图b 示进入主磁场后，质子自旋 产生的小磁场与主磁场平行排列， 平行同向者略多于平行反向者， 最后产生一个与主磁场方向一致 的宏观纵向磁化矢量。
MRI发展历史
• 1930年代，物理学家伊西多•拉比发现在磁场中的原子核会 沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之 后，原子核的自旋方向发生翻转。
• 1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个 核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特 定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象， 这就是人们最初对磁共振现象的认识。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
三、进动和进动频率
进入主磁场后，无论是处于高能级还是处于低能级的质子， 其磁化矢量并非完全与主磁场方向平行，而总是与主磁场 有一定的角度。 质子除了自旋运动外，还绕着主磁场轴进行旋转摆动，我 们把质子的这种旋转摆动称为进动。进动是磁性原子核自 旋产生的小磁场与主磁场相互作用的结果。
• 梯度系统是指与梯度磁场相关的电路单元和相关系统，由梯度线圈、 梯度控制器、数模转换器（DAC）、梯度放大器（梯度电源）和梯度 冷却系统等部分组成。 • 梯度系统主要作用包括： （1）对MRI 信号进行空间编 码，以确定成像层面的位置和厚度 ； （2 ）产生MR 回波（梯度回波）； （3）施加扩散加权梯度场； （4 ）进行流动补偿； （5） 进行流动液体的流速相位编码。
• 用于人体磁共振成像的原子核为质（H1），选择（H1） 的理由有：
（H1）是人体中最多的原子核，约占人体中总原 子核数的2/3 以上； （H1）的磁化率在人体磁性原子核中是最高的。
进入主磁场前后质子核磁状态对比
一、进入主磁场前质子核磁状态
人体的质子不计其数，产生无数个小磁场，尽管每个 质子均能产生一个小磁场，这种小磁场的排列是随机无序 （即杂乱 无章）的，使每个质子产生的磁化矢量相互抵 消。因此，人体自然状态下并无磁性，即没有宏观磁化矢 量的产生。
屏蔽系统
干扰 磁屏蔽
磁屏蔽不仅可防止外部铁磁性物质对磁体内部磁场均匀性
的影响，还能大大削减磁体外部杂散磁场的空间分布范围。
有源屏蔽：外线圈通以反向电流 无源屏蔽：铁磁性屏蔽体
其他辅助系统
检查床 液氦及水冷却系统 空调系统 胶片处理系统
三、磁共振现象的基本原理
• 磁共振成像的物质基础
• 1946年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫宣布， 他们发现了磁共振NMR。两人因此获得了1952年诺贝尔奖。
MRI发展历史
• 1973年Lauterbur研究出MRI所需要的空间定位方法，也 就是利用梯度场。他的研究结果是获得水的模型的图像。 • 在以后的10年中，人们进行了大量的研究工作来制造磁共 振扫描机，并产生出人体各部位的高质量图像，先后通过 MR扫描，获得手、胸、头和腹部的图像。 • 1980年商品化MRI装置问世。
磁共振成像基本原理
徐文鹏 2015-08-04
MRI设备
一、MRI发展历史
• 磁共振成像概述
一种生物磁自旋成像技术，利用原子核（氢核）自旋 运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号， 用探测器（接收线圈）检测并输入计算机，经过处理转换 在屏幕上显示图像。 英文简称MRI(magnetic resonance imaging )
二、MRI主要硬件 主磁体
• 主磁体是MRI 仪最基本的构件，是产生磁场的装 置，主要作用是产生稳定均匀的静磁场使组织产 生磁化。根据磁场产生的方式可将主磁体分为永 磁型和电磁型，根据导线材料不同又可将电磁型 主磁体分为常导磁体和超导磁体。 （一）常导型磁体 （二）永磁型磁体 （三）超导型磁体
梯度系统