磁共振成像的原理及临床应用 PPT课件.pptVIP

磁共振成像的原理及临床应用 What is MRI ? 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging ,MRI)，又称核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance ,NMR），是一种新的、非创伤性的成像方法，它不用电离辐射而可以显示出人体内部解剖结构。 利用一定频率的射频信号（radio frequency，RF）在一外加静磁场内，对人体的任何平面，产生高质量的切面成像（cross sectional imaging）。 第一节 MRI发展概况 1946年美国斯坦福（Stanford）大学的Felix Bloch和哈佛（Harvard）大学的Edward Purcell各自进行研究，检测到大块物质内核磁共振吸收，更清楚地阐述了原子核自旋(Spin)的存在，几乎同时发表他们的研究成果，为此，他们共同获得了1952年诺贝尔物理学奖。 NMR的应用逐渐地从物理和化学领域，扩大到更为广泛的学科，如考古学直至医学。 第一节 MRI发展概况 在医学影像学方面，1973年Lauterbur研究出MRI所需要的空间定位方法，也就是利用梯度场。他的研究结果是获得水的模型的图像。 在以后的10年中，人们进行了大量的研究工作来制造磁共振扫描机，并产生出人体各部位的高质量图像，先后通过MR扫描，获得手、胸、头和腹部的图像。 1980年商品化MRI装置问世。 第二节 MRI的基本原理 本节介绍核磁共振这一物理现象最基本的理论知识，我们应用一般物理学、力学及磁学的原理阐述。 一、原子核及其在磁场内的特性 人体由很多分子组成，分子由原子组成； 所有原子的核心都是原子核； 带正电荷和中性粒子的集合体； 占原子质量的绝大部分； 一、原子核及其在磁场内的特性 从理论上讲，很多元素都可以用核磁共振来成像。也就是任何一个原子核，只要其所含的质子或中子的任何一个为奇数时，就具备磁性，就可以产生磁共振信号。 一、原子核及其在磁场内的特性 MRI主要是应用于氢核的成像，这是出于： 一是Ｈ对其磁共振信号的敏感性高；Ｈ的旋磁比最高，因此最敏感，即MR信号被测出的效率，随共振信号频率的增加而改善。 二是它在自然界含量丰富。氢存于水和脂肪中，因而在人体中极为丰富，每立方毫米软组织中含有约1019个Ｈ原子，其所产生的磁共振信号要比其他原子强1000倍。 一、原子核及其在磁场内的特性 由于1Ｈ只有一个质子，没有中子，所以氢核的成像也称质子成像。 氢核有两个特性： 其一是它含有一个不在核中心的正电荷； 其二是它有角动量或自旋。Pauli理论，具有奇数原子质量或奇数原子数的核均具有角动量及具有特征性的、大于零的自旋量子数。 一、原子核及其在磁场内的特性 自旋的氢核其正电荷沿着一近似圆形路线运动，犹如电流通过环形线圈一样，从而在其周围产生一磁场。此滋场的大小与方向用磁矩 来表示，形成一个微观的磁体偶极子。 一、原子核及其在磁场内的特性 共振是一种常见的现象。指南针是我们最熟悉的磁体，地球是一个磁场。 指南针在地球表面作定向排列，即在静止状态下指北。 如果我们用手指轻击指南针，使之来回摆动，直到指南针从我们手指上得到的能量全部放出后，又回到原来的位置，指北。这就是共振现象。针摆动的频率为共振頻率。 一、原子核及其在磁场内的特性 共振频率与外磁场强度成正比。地球的两极场强最强，赤道最弱。 在赤道与两极之间，磁场强度逐渐变化，称梯度磁场或简称梯度。 如果指南针在赤道摆动的频率为１周/秒，越向北其摆动的频率越快。这是因为北极滋场强度较赤道大2.3倍。 一、原子核及其在磁场内的特性 这个简单的例子可以帮助我们了解磁共振成像中的基本要点： ①指南针置于磁场中与外磁场的方向作定向排列； ②指南针的共振频率与外磁场强度成正比； ③当有梯度磁场时，根据指针摆动频率的变化可以推断其在磁场中所处的位置。 一、原子核及其在磁场内的特性 众多的氢核（质子）就是许多微观的磁偶极子，在没有外加磁场影响下，它们的磁矩是任意指向，杂乱无章地排列着。 在这种情况的组织标本中，净磁量为零。 一、原子核及其在磁场内的特性 将这些指向杂乱无章的质于置于强大的静磁场(B0) 中时，质于群的磁矩将会沿静磁场的方向作定向排列。 略超过半数的质子与静磁场B0平行排列，略少于半数的质子则指向相反（与静磁场呈反平行方向排列)。 一、原子核及其在磁场内的特性 当有两种可能的排列状态时，耗能少的、 处于低能态的排列状态占优势。 一、原子核及其在磁场内的特性 低能量级的、平行于静磁场方向的质子与高能量级的、反平行于静磁场方向的质子来回翻转，相互抵消，而产生平衡的磁化量Ｍ0，也就是在一定量的组织中，所有氢核的磁化量的总和。 这一净平衡磁化量的指向与外加静磁场是一致的。要使置于外