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磁共振成像原理 医学工程器材科 倪工 一、概况 磁共振的历史 磁共振成像的优越性 磁共振的局限性 磁共振的历史 1946年美国斯坦福大学的BLOCK 和哈佛大学的PURCELL发现了物质的磁共振现象。1952年他们因此共同获得了诺贝尔物理奖。 1978年英国的物理学家获得了第一幅人体头部的磁共振图像。 磁共振成像的优越性 1、可以在同一组织层面进行多种参数的成像，如T1,T2,质子密度等。 2、可以任意截面成像 3、很高的软组织对比度 4、很高的组织学、分子学特征，使影像诊断由形态学涉及到生理病理学 5、没有骨伪影干扰，解决了后颅凹诊断显示盲区 6、没有电离辐射 7、丰富的特殊序列成像， 8、功能成像，MRS，磁共振介入等 磁共振成像的局限性 1、容易产生各种伪影 2、对钙化和骨骼的显示不敏感 3、抢救设备不能进入现场 4、容易产生幽闭恐惧性 5、金属异物等禁忌较多 二、磁共振系统硬件介绍 磁体 梯度系统 射频系统 磁共振系统的硬件组成 磁体 磁体的作用：产生强大的静磁场，用于组织的磁化。 磁体的类型：常导、永磁、超导。 磁体的主要参数：磁场强度、均匀性、孔径大小。 常导型磁体 常导型磁体指电流在常温下通过螺线型线圈来产生磁场，一般场强小于0.4T。 优点：工艺简单，造价低；磁场可关闭；重量较轻 缺点：耗电量大，产热量大，需要水冷却，磁体均匀性受环境温度影响大，场强低；磁场的稳定性差，需要高精度的直流恒流电源提供稳定直流电流。 永磁型磁体 由永磁材料组成。 优点：造价及维护费用低，不耗电，也无需制冷剂消耗；杂散磁场少，对周围环境的影响小；磁体多为开放式，有利于消除幽闭恐惧症，便于介入的开展。 缺点：场强低，一般小于0.5T；重量大；磁场稳定性差，受室温影响大；磁场无法关闭 超导磁体 利用超导材料（铌钛合金）在低温环境（8K）下的零电阻特性，在很小的截面上可以通过大电流，产生强磁场。 利用液氦提供低温环境。绝对温度0K=-273℃,液氦温度4.2K。 优点：场强高，磁场稳定而且均匀；紧急情况下可以关闭； 缺点：需要消耗制冷剂；制造工艺复杂，造价高。 梯度系统的作用 1、提供质子磁共振信号的三维坐标信息，有三种功能，层面选择梯度，相位编码梯度，频率编码梯度。 2、在梯度回波和其它一些快速成像序列中，梯度磁场的翻转还起着射频激发后自旋系统的相位重聚作用。 梯度系统的主要性能指标 有效容积，也叫均匀容积，指梯度线圈所包容的、其梯度场能满足一定线性要求的空间区域。 梯度场的强度：梯度场能够达到的最大值，越大，层厚可以越薄，象素越小，空间分辨率越高。单位是：mT/M 爬升时间和梯度切换率：衡量单位时间内梯度场变化程度，影响扫描时间。单位是：mT/M/ms GE 1.5T 双梯度 ZOOM 40mT/m 150mT/m/ms WHOLE 23mT/m 80mT/m/ms 射频系统 射频系统的作用：发射射频脉冲，使磁化的质子吸收射频能量产生磁共振。质子在驰豫的过程中释放能量，发出MR信号，被接收系统检测接收。 射频系统的组成：发射和接收，包括射频功率放大器、发射线圈、接收线圈、低噪声放大器等。 射频线圈的分类：主动线圈和被动线圈、全容积线圈和表面线圈、正交和非正交、单通道和多通道等。 三、磁共振信号的产生 组织的磁化 人体中有几百亿的氢原子 氢原子容易产生磁化 磁场中质子磁性运动的表现 人在磁体中被磁化 发射RF RF发射后 原子核在静磁场B0中产生磁性运动－进动 拉莫尔公式 w= gB 共振－－吸收和释放能量的过程 在磁共振中，射频脉冲被吸收和释放 总结 产生磁共振的条件 1、大量的粒子－－氢原子 2、静磁场－－磁体 3、射频脉冲 磁共振就是吸收和释放能量。 四、射频脉冲 射频激励 怎样检测信号？ 1.净磁化在横断面感应电流 (电磁学原理) 射频脉冲有什么用？ 1. 它使原子核自旋同相 这种翻转运动实际上是一种螺线运动 90° 脉冲, 180° 脉冲 射频脉冲停止后 原子核进动（从上面） 相位重聚 Rephase 180°脉冲使磁化矢量重新回到相同相位。 回顾 射频脉冲使磁化矢量翻转 当射频线圈停止发射射频时，它相当于一个接收线圈。 磁共振信号实际上是磁化矢量所感生的电流 当射频脉冲关断后，感应的电流变弱，信号开始衰减 (FID) 五、梯度系统 梯度磁场由梯度线圈产生，梯度线圈是一组带电线圈，用来产生在某方向上线性变化的磁场梯度。 梯度在磁共振成像中的空间定位作用 1.进行层面选定---确定成像平面 2、通过相位梯度磁场确定在这个平面内行的位置 3、经