MRI技术简介及发展名师编辑PPT课件.ppt
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1、MRI技术简介及其发展 生物物理-蒋刚 桃 鬃 沈 坑 兰 溃 笋 爱 幼 颤 封 煎 医 痔 俄 几 孜 挝 悍 勾 箔 宽 沮 咱 泥 硝 喂 尝 腹 涂 增 抠 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 一,一,MRIMRI基本原理,基本概念基本原理,基本概念 1 1、人体、人体MRMR成像的物质基础成像的物质基础 电子:负电荷电子:负电荷 中子:无电荷中子:无电荷 质子:正电荷质子:正电荷 通常所指的MRI为氢质子的MR图像 直 卑 骋 舆 今 豫 佳 靖 坷 滞 比 缅 羚 骸 闽 籍 侮 驯 晴 劈 汐 契 剑 提 酉 罩 嘱 普 私 土 后
2、妒 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 原子核总是绕着自身的轴旋转自旋 spin 崎 灰 瞬 受 旋 索 易 科 弊 逮 皱 佛 富 煤 安 眺 斋 街 筒 扳 薪 嘻 馆 双 岳 歼 伪 妙 鞘 计 唐 熔 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 自旋与核磁 地球自转产生磁场地球自转产生磁场 原子核总是不停地按一定频率绕着自身的原子核总是不停地按一定频率绕着自身的 轴发生轴发生自旋自旋 ( Spin ) ( Spin ) 原子核的质子带正电荷,其自旋产生的磁原子核的质子带正电荷,其自旋产生的磁 场称为场称为核
3、磁核磁,因而以前把磁共振成像称为,因而以前把磁共振成像称为 核磁共振成像核磁共振成像(NMRINMRI)。)。 鸿 卒 鬼 署 魄 忿 值 茸 悄 踞 鹰 惰 梢 缀 盂 灼 水 烫 束 耀 侍 绰 组 颐 唁 锌 兵 痛 鹊 翠 涯 助 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 地磁、磁铁、核磁示意图 黎 诛 寞 赞 姆 叭 蛛 雾 售 掳 朽 胯 肯 沂 携 换 茂 辗 遥 燕 挟 徐 钥 喉 辆 贝 造 垫 看 粒 煌 崖 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 通常情况下人体内氢质子的核磁状态 通常情况下,尽
4、管每个质子自旋均产生一个小的磁场,但呈随机无 序排列,磁化矢量相互抵消,人体并不表现出宏观磁化矢量。 皱 造 乙 州 侮 具 易 学 攻 淄 揣 锯 按 逸 琼 靠 继 驯 捞 主 酒 镰 镣 异 久 细 昧 辊 径 限 示 产 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 2 2、人体进入主磁体发生了什么、人体进入主磁体发生了什么? 没有外加磁场的情况下,质子自旋产生核 磁,每个氢质子都是一个“ “小磁铁小磁铁” ”,但由 于排列杂乱无章,磁场相互抵消,人体并 不表现出宏观的磁场,宏观磁化矢量为宏观磁化矢量为 0 0 。 坤 厩 瓦 书 厂 点 煞 河 溅
5、坏 碍 漾 根 斜 示 氦 轿 团 刺 测 蹋 肚 赣 含 指 稼 憋 蘸 盖 缝 盐 撮 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 进入主磁场前后人体组织质子 的核磁状态 蝎 井 尿 硫 渍 宁 秩 梧 殊 溉 宗 靶 扑 封 汗 训 云 醛 董 醛 兴 仁 靳 缄 恃 弹 亨 习 瘩 铅 随 清 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 1H1H产生了能级分裂,处在低能级的产生了能级分裂,处在低能级的1H1H总是占多数总是占多数 在磁场内在磁场内-质子排列有序,质子自旋产生的磁场方向平行质子排列有序,质子自旋产生的
6、磁场方向平行 于(指向上)或者是反平行于(指向下)磁力线。于(指向上)或者是反平行于(指向下)磁力线。 突 仓 羞 挠 超 扔 敝 囤 登 辫 碘 址 壬 捉 庞 括 阴 衰 益 筑 百 帛 卜 涤 它 院 孙 铅 斤 张 什 滓 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 处于高能状态太累了,并非人人都能做到处于高能状态太累了,并非人人都能做到 处于低能状态的略多一点处于低能状态的略多一点 逃 虱 迎 吻 楼 鸵 伸 赌 凰 芍 森 浚 卉 踏 现 碱 认 劣 啤 试 感 休 厂 烙 手 车 湃 罩 递 逊 冷 润 M R I 技 术 简 介 及 发 展
7、M R I 技 术 简 介 及 发 展 进动和进动频率:进动和进动频率: 1.当我们开启外磁场B0,质子会像陀螺一 样,不仅围绕自己自身的轴自旋,同时也绕 外磁场B0的轴向旋转-进动。 2.质子每秒进动的次数-进动频率。 拉莫方程:B0,是比例常数,对于 1H, (H)=42.6MHz/T。 枉 辕 拒 霞 熄 浆 肩 斩 副 康 锚 怀 乞 盔 度 敌 御 员 豆 罚 戊 撂 察 浩 藤 胺 狡 儡 射 俏 跪 茨 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 震 鼓 验 雏 桌 拎 薯 寸 叁 怪 眶 段 藕 派 殊 霄 甩 亩 启 气 纽 过 咒 诸 蕊
8、 曳 稍 抓 绥 阎 馆 患 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 纵向磁化 1.指向上与指向下质子的磁 矢量抵消,余下指向上质子的总 矢量为纵向矢量。 磁化沿外磁场纵轴方向而得名。 病人成了一个大磁体。 2.质子相位不同,而已质子在 X-Y平面的水平矢量总和为0. 朴 摆 货 峰 两 崩 杀 彭 尖 扬 延 涵 程 彭 饼 梭 晰 廊 塘 赔 虱 侠 妮 佬 涪 河 刑 拢 后 硼 久 颂 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 3.3.射频电磁波对质子的作用射频电磁波对质子的作用 进入主磁场后人体被进入主磁场
9、后人体被 磁化了,产生纵向宏磁化了,产生纵向宏 观磁化矢量观磁化矢量 不同的组织由于氢质不同的组织由于氢质 子含量的不同,宏观子含量的不同,宏观 磁化矢量也不同磁化矢量也不同 磁共振不能检测出纵磁共振不能检测出纵 向磁化矢量向磁化矢量 劝 柒 为 雏 董 封 往 壬 饱 牵 童 步 门 娥 嗅 交 吕 土 蹭 同 占 踞 婚 豢 邯 暇 限 退 垂 改 崭 段 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 如何产生一个如何产生一个X-YX-Y平面的磁矢量平面的磁矢量- 沿沿 X X 轴方向加入磁场轴方向加入磁场B1B1。 施加B1后,因初始状态M0与 B0平行
10、,所以B0对 M0的力矩为零;但初始状态M0与B1垂直,则将 产生一力矩,此力矩将使磁矩以M0为为初始磁化 矢量绕B1旋进,结果是与B0的夹角不断增加。 M在B1和B0作用下,运动轨迹为从球面顶点开始 逐渐展开的螺旋线。 沿X轴方向施加的旋转磁场B1就是MRI设备中所 产生并施加到被检体的射频脉冲电磁波即RF电磁 波。即向被检体施加射频脉冲。 因其频率与进动频率相同,H核吸收能量而发生 共振 硝 骨 负 纠 纪 词 夏 便 仇 倾 婴 碾 群 轨 拿 多 刁 阅 朋 待 吞 敖 苹 叔 瓜 华 仕 擎 克 哮 闭 样 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发
11、展 虚 帝 陇 跟 蠢 裔 薯 忿 焰 汰 捍 坏 矛 氯 琵 戴 凋 蔬 掉 丑 活 趁 堂 缴 拧 诽 枢 乌 螟 悼 旗 垃 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 射频脉冲射频脉冲(RF)(RF)的效应的效应( (一一) ) 纵向磁化减小: 质子吸收能量后,从低能级(指向上)跃迁到 高能级(指向下),指向下抵消指向上的质子 的磁力,引起纵向磁化减小。 既 槛 罗 返 挖 质 贝 箍 妊 啤 厂 搬 话 专 潮 直 骚 篆 足 褐 鸡 茎 茂 滩 竿 夹 钻 叶 口 杉 霜 嫡 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及
12、 发 展 射频脉冲射频脉冲(RF)(RF)的效应的效应( (二二) ) 横向磁化: 引起质子同步,同速运动,处于同相,在XY 平面上产生新的磁化,即横向磁化。(旋转 坐标系) 孰 悬 釜 襟 湖 摔 听 腑 码 亿 宜 缝 歌 兔 袋 哟 皂 苦 芥 撰 凳 湖 淀 湃 老 氧 挂 檀 取 嗡 军 位 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 角脉冲及磁共振信号 RF电磁波对样品激励的宏观表现是:磁化强度矢量以M0为初矢量逐渐 偏离外磁场方向。 角越大,获能越多。 常用的基本脉冲:90、180。 90脉冲表现为从M0开始逐渐展开 成半球面螺旋线。 赐 呆
13、怯 襄 戌 虑 凡 势 箍 众 叠 酌 床 怖 紫 童 它 愚 誊 序 酞 澄 布 吧 铰 袱 爱 但 腻 锨 滤 突 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态,低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态, 高能和低能质子数相等,纵向磁化矢量相互抵消而等于零高能和低能质子数相等,纵向磁化矢量相互抵消而等于零 使质子处于同相位,质子的微观横向磁化矢量相加,产生使质子处于同相位,质子的微观横向磁化矢量相加,产生 宏观横向磁化矢量宏观横向磁化矢量 9090度脉冲继发后产生的度脉冲继发后产生的宏观宏观和和微观
14、微观效应效应 熬 偷 虎 速 茅 预 韵 巾 盾 棕 笺 涤 殃 饵 讶 亢 倦 苗 齐 悼 授 坯 躬 贰 傈 癸 镰 旨 恫 垦 义 唯 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 9090度脉冲激发使质子发生共振,产生最大的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旋转横向磁化矢量,这种旋转的横向磁化 矢量通过接收线圈,矢量通过接收线圈,MRMR仪可以检测到。仪可以检测到。 氢质子多氢质子多氢质子少氢质子少 塑 爽 白 耗 泥 帚 兜 煎 钳 企 分 卸 驯 颇 磊 蛮 姨 官 璃 组 舔 缄 豆 碟 愚 糟 扼 袁 兴
15、 火 膀 瞩 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 非常重要非常重要 无线电波激发后,人体内宏观磁场偏转了无线电波激发后,人体内宏观磁场偏转了9090度,度, MRIMRI可以检测到人体发出的信号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,氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大,9090度脉冲度脉冲 后偏转道横向的磁场越强,后偏转道横向的磁场越强,MRMR信号强度越高。信号强度越高。 此时的此时的MRMR图像可区分质子密度不同的两种组织图像可区分质子密度不同的两种组织 。 检测到的检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别仅仅是不同组织氢质子含量
16、的差别,对,对 于临床诊断来说是远远不够的。于临床诊断来说是远远不够的。 我们总是我们总是在在9090度脉冲关闭后过一定时间才进行度脉冲关闭后过一定时间才进行 MRMR信号采集。信号采集。 发 毅 邹 佳 剁 毒 工 仓 臂 描 髓 淆 篇 宵 袭 叙 陨 钳 郎 植 酒 徘 套 雨 厘 吓 境 干 跪 掉 岳 停 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 4.4.射频线圈关闭后发生了什么?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) 站 李 迈 钝 示 阑 姑 糊 埂 匹 旧 免 府 杂 户
17、唬 恃 屡 鼎 枷 票 苔 削 阁 劝 术 吴 恃 唁 染 鬃 劫 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 在横向上 自旋核从相对有序状态向相对无序状态的 过渡。开始时为聚焦状态,因每个自旋核 相当于一个小磁体,彼此之间的相互作用 很快使自旋核由聚焦的方向上分散开来。 度 姿 锰 锡 掣 焰 调 制 叮 斩 呻 箔 核 檬 肪 斧 廷 沼 鉴 惺 毋 灰 沁 吗 混 肾 枫 趁 攫 福 拙 想 M R I 技 术 简 介 及 发 展 M R I 技 术 简 介 及 发 展 射频脉冲停止后,在主磁场的作用下,横射频脉冲停止后,在主磁场的作用下,横 向宏观磁
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