磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRI磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRIGE1.5TMRI磁共振成像Magneticresonanceimaging,MRIT1Weightedslice原子核及其磁特性自旋（spin)——MRI基础自旋角动量大小—原子核、质子、中子数方向—自旋轴自旋磁矩原子核自旋运动产生的微观磁场—磁旋比，磁矩与角动量之比—约化普朗克常数净自旋只有奇数质子或奇数中子数的原子核产生的自旋磁矩泡利不相容原理：原子核内成对质子或中子的自旋相互抵消第一节：磁共振现象自旋在磁场中的运动1.进动1、核的自旋磁矩2、自旋质子在磁场中的旋进无外加磁场时自旋的运动磁化：磁场中样体在外磁场作用下，在磁场方向上产生磁性的过程。大小用磁化强度m表示磁化率：样体在磁场中被磁化产生磁化的能力。（磁敏感性）磁化强度来源：原子核自旋磁矩核外电子分布*自旋核磁矩在外加磁场中能量自旋核的能级自旋核的能级量子化自旋系统在外磁场作用下趋于磁场方向两种能态：上旋—平行于磁场方向的核磁矩低能态E（+1/2）下旋—反向磁场方向的核磁矩高能态E（-1/2）磁场对自旋的量子化作用TheEffectofIrradiationtotheSpinSystemSpinSystemAfterIrradiation两种能态自旋粒子分布服从波尔兹曼分公式H:下旋态,上旋态k—波尔兹曼常数，1.38×10-23Jk-1T—绝对温度两种能态自旋粒子分布两种能态自旋粒子分布两种能态自旋粒子分布两种能态自旋粒子分布两种能态自旋粒子分布两种能态自旋粒子分布原子核系的静磁学原子核系的静磁学原子核系的静磁学剩余自旋与净磁化剩余自旋：平衡磁场中上旋态核磁矩与下旋态核磁矩之差净磁化：平行于磁场方向由剩余自旋产生的磁化矢量（宏观磁化矢量）净磁化的产生影响净磁化矢量的因素净磁化矢量M：由于自旋的量子化分布，平衡态样体在磁力线方向上形成的稳定磁化矢量。M=·B0·N/T—常数B0—磁场强度N—单位体积样体质子数（组织质子密度）T—绝对温度核磁矩在净磁场0作用下产生力矩=0核磁矩对时间的变化率核磁矩在净磁场0中的运动磁矩分解为Z轴、X-Y平面矢量旋进过程中Z轴矢量方向不变X-Y平面矢量绕Z轴方向不断变化X-Y平面矢量相位随机不形成宏观磁化矢量进动时核磁矩各分量的运动在静磁场中，核磁矩围绕0进动，运动轨迹为圆锥进动的特征频率——拉莫频率0(Larmorfrequency)0=0拉莫进动——核磁矩的进动0取决于：原子核种类外加磁场强度二、磁共振现象核磁共振NMR的条件原子核在进动中吸收外界能量产生能级跃迁现象外界能量短射频脉冲激发源射频磁场RF自旋磁矩在主磁场中进动.核磁共振NMR的条件射频脉冲频率必须与磁场中自旋磁矩的旋进频率相同，与宏观磁化M的固有频率相同，与质子的拉莫频率相同。射频对自旋系统做功，系统内能增加，在RF激发下，宏观磁化矢量产生共振—NMR。三、磁共振的宏观描述激发—射频磁场对自旋系统的作用过程核磁共振——原子核自旋系统吸收相同频率的射频磁场能量而从平衡态变为激发态的过程系统激发后特征：MZ<M0；MXY0饱和现象(Saturation)自旋核系统对射频能量的吸收减少或完全不能吸收，导致NMR信号减小或消失的现象化学位移（chemicalshift)由化学环境不同而引起的共振频率偏移的现象MRI中的弛豫原子核系统从受激的不平衡态向平衡态恢复的过程包括两方面:纵向磁化分量MZ的恢复横向磁化分量MXY的衰减磁化强度矢量的弛豫过程核磁化强度的运动-Bloch方程核磁化强度的运动-Bloch方程2、射频电磁波对样品的激励。角脉冲ElectromagneticExcitationPulse(RFPulse)3、自由感应衰减信号（freeinduceddecay,FID):射频脉冲停止后样品的射频辐射。a.横向弛豫：在垂直于主磁场的横向磁化矢量由初始值逐渐复零的过程。满足下式，T2称为横向弛豫时间，经过T2，Mxy减少63%。由于磁矩之间的相互作用，各磁矩的旋进速度不一样，从而使基本一致的取向逐渐消失，变为在横向杂乱无章的排列，从而使横向磁化矢量减小至最后为零。又称自旋——自旋弛豫。主要反应样品磁环境的不均匀性。b.纵向弛豫：和主磁场方向平行的磁化矢量由零逐渐恢复最大值的过程。满足下式，T1称为纵向弛豫时间，经过T1，Mz恢复63%。这是由于热辐射的存在，从低能态跃迁