课件：MRS颅内应用.ppt

MRS 磁共振成像的发展 1946年，哈佛大学Purcell和斯坦福大学Bloch各自独立地发现了核磁共振现象，为分子结构的研究提供了一种全新的手段，也因此获得1952年诺贝尔物理学奖。 1971年Damadian发现肿瘤组织的T1和T2值比正常组织长。 1973年Lauterbur得到了两个充水试管的核磁共振图像，并在1974年得到活鼠的核磁共振图像。 1978年Mallard、Hutchison及Lauterbur利用0.04~0.085 Tesla的磁共振装备取得了第一幅人体头、胸和腹部图像。 磁共振成像的原理 生物组织中含有1H、13C、19F、23Na、31P等元素，有磁性的元素有百余种。 在现今，研究和使用的最多的是1H。 1H是磁化最高的原子核，可以得到较强的信号（即SNR高）； 1H占活体组织中原子数的2/3，数量丰富。 MRI时，均指的是1H原子核。 MRS应用时，除1H外，还用到其它一些元素，如： 31P可用于判定磷代谢产物的浓度，并可根据无机磷波谱的位置，测定pH值； 13C可用于帮助诊断酶缺乏性疾病； MRI MRS比较 在本质上，MRS与MRI相同，其物理原理是相同的；不同的是，数据处理和数据显示方式的差别； MRI扫描后，一定时域内获得的信号被用于产生一个影像，如矢状、横轴和冠状等； MRS扫描后，一定时域内获得的信号通过快速傅立叶转换（Fourier Transform）产生一个质子成分按频率分布的波谱图，而此波谱图显示了构成该图像的各组成成分。 MRI MRS比较 MRI获得的信号是由不同体素内氢核发射的已经在不同的空间方向进行频率和相位编码的信号。 MRS能以质和量的方式获取氢原子核化学环境的信息，揭示某部分的质子组成成分。 MRI 的物理基础 绝大多数原子核都具有围绕自身轴线做旋转运动的特性，称之为自旋特性。 原子核是带电粒子，在做自旋运动时，会在其周围产生一个微小的磁场，像小磁针一样，具有南北两极，其矢量大小用自旋磁矩表示。 MRI 的物理基础 原子核在外加磁场中自旋的同时，还以一定的角度围绕外加磁场方向进行旋转运动，这种运动称为进动（precession)。 进动频率亦称角频率（ ω ），取决于外加磁场强度（B）和原子核的旋磁比（γ ）： ω= γB。 上述方程式称为拉莫方程（Larmor Equation），其角频率又称为拉莫频率。 旋磁比（γ）是原子核的固有特性，仅与原子核的种类有关。 MRI 的物理基础 外加射频脉冲（Radio Frequency，RF）频率与原子核拉莫频率相同时，原子核就会吸收射频脉冲的能量，从低能量状态转变到高能量状态，产生磁共振现象。 对于某种给定的原子核，如氢核，激发所需要的射频脉冲的频率与磁场强度成正比，如1.5 Tesla场强下RF频率为63.86MHz，3.0 Tesla场强下则为137.72MHz。 MRS 的物理基础 对于具有相同原子序数的原子核，即同种元素的同位素，如氢原子核的三种同位素（氕，氘和氚），即使它们是在理想均匀的磁场中，进行精确地测量，其共振频率也不完全相同，而是在一个较窄的频率范围内。 这种差异是由于原子核处于不同的化合物中，受到原子核周围的电子影响所致。 MRS 的物理基础 带负电荷的电子具有与原子核相似的自旋特性，在原子核周围形成具有屏蔽作用的磁场，这一磁场称为电子云。 电子云的作用使得外加磁场对原子核的作用减弱。这种磁屏蔽作用的大小用屏蔽系数（?）表示，被磁屏蔽作用消弱掉的磁场强度为?B。 这部分磁场（ ?B ）与外加磁场方向相反，强度与外加磁场强度（B）成正比。 MRS 的物理基础 屏蔽系数?与原子核的特性（或者说种类）以及原子核所在的化学环境有关。 化学环境指的是，原子核所在的分子结构。同一种原子核处在不同的分子结构中，甚至同一个分子结构的不同位置或者不同的基团中，其周围的电子数和电子分布都将有所不同，因而受到的磁屏蔽作用也不同。 MRS 的物理基础 所以，考虑到电子的磁屏蔽作用，拉莫方程应修正为： ω= γ（1- ? ）B。 上式表示，处于化合物中的同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同（即? 的大小不同），将具有不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象（Chemical Shift Phenomenon），也是磁共振波谱成像的基础。 化学位移的表示方法 化学位移（chemical shift）用于表示化合物中各组成成分的原子核共振的波峰位置。 实际应用中，此频率数值并非用其绝对值（Hz，赫兹）表示，而是用一个相对值ppm表示。 化学位移的表示方法 ?=（ f - fr ）/ f?106 ppm 其中，?表示化学位移， f表示被测原子核的共振频率， fr表示中心拉莫频率, ppm表示百万分之一。 上式