• 反平行与平行质子的磁力可互相抵消。但有多余的平行 的处于低能级的质子（指向上方）残留下来，它们的磁 力不被抵消。这些质子都指向上方，它们的磁力叠加起 来指向外磁场的方向。因此当我们把病人放入MR磁体 内时，病人有自己的磁场，这一磁场纵向于MR磁体磁 场，因为是纵向，所以，它不能被直接测得。
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物理学基础
• 质子带正电荷，具有自旋性。因此它们有一个磁场，可 看做是有个小磁棒。
• 把质子放入强磁场时，它们就沿着外磁场的方向排列： 一些平行（指向上），一些反平行（指向下）。
• 质子并非静止不动，而是围绕着磁力线进动，外磁场越 强，进动频率越高，它们之间的关系可用Larmor方程说 明。
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物理学基础----介绍坐标系
• 使用坐标系较易描 述磁场内运动的质 子，也不必画外部 磁体。
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱZ轴沿着磁力线方 向，可以用它代表 磁力线。
• 小箭头代表质子的 矢（向）量。图中 矢量的力为磁力。
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纵向磁化
Longitudinal magnetization
• 把一个病人放进MR 机磁体内，病人本 身成为一个磁棒， 即有它自己的磁场。 这是由于不能互相 抵消的质子矢量叠 加的结果。
磁共振（MRI）基本原理
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物理学基础
• 原子包括一个核与一个壳，壳有由电子组成，核 内有带正电荷的质子。
• 这些质子类似小行星，像地球一样不停的转动或 围绕着一个轴做自旋运动，即质子具有自旋性。
• 正电荷附着于质子，在自然状态下，与质子一起 旋转。运动的电荷---电流。电流可产生磁力或磁 场。
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物理学基础----射频脉冲 radio frequency(RF)pulse
• 一个短促的电 磁波，称为射 频脉冲。
• 当质子频率与 射频脉冲频率 相同时，就能 进行能量交换。
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物理学基础----共振
• 质子有进动频率，这一频率可由Larmor 方程算出。
• Larmor方程提供了需要发射的RF脉冲频 率。
• 一个旋转的陀螺受到撞击时，则进行摇摆式运动，处于强 磁场内的质子也表现为这种运动形式，称为进动。
• 质子的进动速度可用进动频率来测量。即质子每秒进动多 少次。进动频率不是一个常数，他依赖于质子所处的场强， 场强越强，进动频率越高。
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Larmor方程
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物理学基础
•质子带正电荷，这一正电荷在不停的运动，因为质 子具有自旋性。
• 施加与质子进动频率相 同的RF脉冲，则引起两 种效应：产生一个新的 横向磁化，而纵向磁化 减少（b）。在RF脉冲 的作用下，纵向磁化甚 至可完全消失（c）。
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物理学基础----横向磁矢量
• 横向磁矢量随着质子的进 动作同相运动。磁矢量通 过不停地运动与变化，产 生电流--产生质子的磁场。
• 运动的磁场产生电流。
•这一运动的电荷即为电流，电流产生磁场。
•所以每一个质子都有一个小磁场，可把质子看作一 个小磁棒。
•当把病人放入MR磁体时，作为小磁棒的质子以两 种形式沿外磁场方向排列：平行或反平行，需能少 的状态占优势。
•质子沿磁场的磁力线进动，好像一个旋转着的陀螺 沿地球的磁力线进动一样。
•用Larmor方程能计算出进动频率，它在强磁场中较 高。
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物理学基础
无线电波对质子产生两种效应
• 它把一些质子升到一个较高的能级水平 （指向下方）。导致Z轴即纵向磁化减少
• 它引起质子同步、同相运动，在x---y平 面上产生一个新的磁化，即横向磁化。 它随着进动的质子而运动。
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同向进动的质子产生一个新的横向磁化
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物理学基础
• 把病人置入强外磁场中， 沿着外磁场方向产生一 个新的磁矢量（a）。
• 这种磁化是沿着外
磁场纵轴方向，故
称之为纵向磁化。
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纵向磁化
Longitudinal magnetization
• 把病人置入强外磁场 中，可诱发一个新的 磁矢量，这个磁矢量 与外磁场平行。
• 因为它平行于外磁场， 与外磁场处于同一方 向，故不能测量。
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横向磁化
• 沿着外磁场 的磁化不能 测的，因此， 需要一个横 向于外磁场 的磁化。
• 在MR机内运动/变化的磁 矢量，能在一根天线内感 应电流，这就是MR信号。
• 因此，MR信号也有进动 频率。
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物理学基础---驰豫
• 如果质子同步、同相的转动，而 且没有什么变化，就会得到左图 一样的信号。然而，事实并非如 此。
• RF脉冲一旦终止，由脉冲引起的 系统改变，很快就回到原来静止 时的状态，即发生驰豫 （relaxation）。新建立起来的横 向磁化开始消失(此过程称为横 向驰豫 transverse relaxation)，纵 向磁化恢复到原来的大小（这一 过程称为纵向驰豫（longitudinal relaxation ）。
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物理学基础
当施加RF脉冲后,质子会发生什么变化
• 正常情况下，无 线电波的图形类 似一根鞭子， MRI的无线电波 也起着一根鞭子 样的作用。它使 进动的质子同步 化。
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物理学基础
当施加RF脉冲后,质子会发生什么变化
• 由于RF脉冲,质子不再指向 任意方向，而是做同步、 同速运动，即处于‘同相’ （inphase）。质子现在是 同一时间指向同一方向， 其矢量也在该方向上叠加 起来，因而导致磁矢量指 向进动质子的那一边。由 于是横向，故称横向磁化 （transversemagnetization）。
• 只有当RF脉冲与质子频率相同时，质子 才能从无线电波中吸收一些能量，这种 现像称为共振。
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物理学基础
当施加RF脉冲后,质子会发生什么变化
• 射频脉冲与质子交 换能量（a)，一些 质子被升到一个较 高的能级水平如图 中指向下方(b)。实 际上Z轴磁化减少， 因为指向下方的质 子‘中和’等数目 的指向上方的质子。
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物理学基础
• 正常情况下，质子处于 杂乱无章的排列状态。 当把它们放入一个强外 磁场中，就会发生改变。 它们仅在平行或反平行 于外磁场两个方向上排 列。
• 两种排列方式处于不同 的能级水平。
• 当有两种可能的排列状 态时，耗能少的处于低 能状态的排列状态占优 势。
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物理学基础----质子的运动形式