磁共振成像原理.ppt

*五、核磁共振成像方法层面选择第52页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理进动是磁共振成像中另一个非常重要的概念，用它来表示质子在磁场中的磁化过程。类似于重力作用下的自旋陀螺的进动，外磁场与质子磁矩相互作用也会产生使之进动的扭力，使自旋的质子绕磁场轴进动。进动也称为拉莫(Larmor)进动第20页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理P：动量矩T：力矩μ：磁距质子进动与陀螺进动的类比第21页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理质子的进动第22页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理在观察的样本磁化后，如果再对它施加一个与主磁场垂直的交变磁场，当这个交变磁场的频率与进动频率一致时，原来处于随机相位的进动质子将趋于同相（相位相干）。当质子的进动相位完全一致时，就发生了共振现象，即核磁共振。发生共振时，质子大量吸收交变场的能量，同时向外辐射能量。核磁共振第23页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理经典力学观点带正电荷且具有自旋的核会产生磁场，该自旋磁场与外加磁场相互作用，将会产生进动。进动频率与自旋核角速度及外加磁场的关系可用拉莫尔方程表示：核磁共振的解释（9-2）γ：旋磁比，B0为外加磁场的强度。第24页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理当进动的质子在射频场的作用下出现相位相干时，净磁化向量M0将偏离z轴，并绕着z轴以共振频率进动。此时的磁化向量可以分解为一个z方向的垂直分量Mz和一个在平面旋转的水平分量Mxy。x0yzB00ωtωtB1+=B1eiωtB1_=B1e-iωtyxB1=2B1~第25页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理B0μy’x’B1_z’0θθ增加，势能增加，能量增量由外加交变磁场提供；θ减小，势能减小，能量交给外加交变磁场；仅当交变磁场角频率满足ω=γB=ω0时才发生此种能量交换；此时μ与B1_绕z轴同步旋转—〉核磁共振现象交变磁场引起磁矩变化第26页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理量子力学观点施加外磁场：质子指南或指北，刚开始时，指南指北数量相同，净磁化向量为零，随时间推移，开始磁化过程，最终慢慢地趋向于最大平衡值M0，变化过程可由自旋－晶格驰豫时间T1表示。无外磁场：质子随机指向；第27页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理共振时：能量由无线电波提供，并且外加射频波量子的能量正好与指南、指北质子之间的能量差相等。质子在两个能级（指北能级低）之间是翻动的，能量来回转移。从能级低的位置吸收能量后跃至较高能级，较高能级的质子释放能量到达较低能级。平衡态时：运动能量由热运动提供；第28页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理产生共振所需射频信号的频率是与外加磁场的强度有关的。外加磁场强度越大，指南指北质子能量差越大，产生共振所需的射频信号的频率或能量越大。只要激励射频场的频率和能量合适，就能产生共振。规律第29页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理在短时激励脉冲过后，质子将继续辐射同样频率的射频能量。这个信号的衰减过程被检出，可以用于磁共振成像，即自旋－自旋驰豫时间T2。根据量子力学理论，指南指北质子间的能量差取决于外加磁场B0和自身的磁矩μ：（9-3）第30页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理发生共振的条件是：指南指北质子间的能量差等于射频波光子的能量，即（9-4）这样，共振频率为：（9-5）第31页，课件共70页，创作于2023年2月*二、核磁共振的基本原理共振角频率为：（9-6）可见，共振频率与磁场强度成正比，从量子力学推出的共振关系式与从经典力学推出的关系式是完全一样的！第32页，课件共70页，创作于2023年2月*三、核磁共振的检测参数核磁共振时，共振（同相进动），净磁化矢量M0偏离z轴以共振频率绕z轴旋转，可以分解为垂直矢量Mz和横向矢量Mxy；首先要明确质子的三个运动状态：无外磁场时，自旋，磁矩随机指向；有外磁场时，进动，磁矩指南或指北，净磁化矢量M0；第33页，课件共70页，创作于2023年2月*三、核磁共振的检测参数能提供能量使M0旋转180o的射频