【正文】 — 磁旋比，磁矩與角動(dòng)量之比 — 約化普朗克常數(shù) ??sJ ??? ? 34100 5 4 5 7 2 ?I??? ?? ?凈自旋 ? 只有奇數(shù)質(zhì)子或奇數(shù)中子數(shù)的原 子核產(chǎn)生的自旋磁矩 ? 泡利不相容原理： 原子核內(nèi)成對(duì)質(zhì)子或中子的自旋 相互抵消 第一節(jié)：磁共振現(xiàn)象 一、旋進(jìn) （ precession)：角動(dòng)量受到一個(gè)與之垂直的力矩的作用，角動(dòng)量矢量沿一圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。 LT??Ω為進(jìn)動(dòng)角速度（反映旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢）， T為力矩， L為角動(dòng)量（反映旋轉(zhuǎn)的快慢）。 L?? ?自旋質(zhì)子在磁場(chǎng)中的旋進(jìn) 量子力學(xué)告訴我們，質(zhì)子在磁場(chǎng)中形成定態(tài)時(shí)，有如圖所示的兩種狀態(tài)。這稱為自旋核能級(jí)在外磁場(chǎng)中的劈裂。 大小用磁化強(qiáng)度 m表示 ? 磁化率 ：樣體在磁場(chǎng)中被磁化產(chǎn)生磁 化的能力。 M=?N/T ?— 常數(shù) B0— 磁場(chǎng)強(qiáng)度 N— 單位體積樣體質(zhì)子數(shù)（組織質(zhì)子密度） T— 絕對(duì)溫度 核磁矩 ?在凈磁場(chǎng) ?0作用下 產(chǎn)生力矩 ? ?= ? ??0 核磁矩對(duì)時(shí)間的變化率 ? ?Bdtd ????? ???? 核磁矩 ?在凈磁場(chǎng) ?0中的運(yùn)動(dòng) ? 磁矩分解為 Z軸、 XY平面矢量 ? 旋進(jìn)過(guò)程中 Z軸矢量方向不變 ? XY平面矢量繞 Z軸方向不斷變化 ? XY平面矢量相位隨機(jī) ? 不形成宏觀磁化矢量 進(jìn)動(dòng)時(shí)核磁矩各分量的運(yùn)動(dòng) 在靜磁場(chǎng)中，核磁矩圍繞 ?0進(jìn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為圓錐 進(jìn)動(dòng)的特征頻率 —— 拉莫頻率 ?0 (Larmor frequency) ?0=??0 ? 拉莫進(jìn)動(dòng) —— 核磁矩的進(jìn)動(dòng) ? ?0取決于：原子核種類 外加磁場(chǎng)強(qiáng)度 二、磁共振現(xiàn)象 分子、原子或原子核能級(jí)在外磁場(chǎng)中劈裂后，當(dāng)外界電磁場(chǎng)（電磁波）的頻率適當(dāng)（光子能量適當(dāng)）時(shí)，處于低能態(tài)的分子、原子或原子核等吸收電磁波的能量躍遷至高能態(tài)，這種現(xiàn)象稱為磁共振現(xiàn)象。 ? 射頻對(duì)自旋系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，在 RF激發(fā)下，宏觀磁化矢量產(chǎn)生共振 — NMR。在外磁場(chǎng)的作用下，這些磁矩有沿外磁場(chǎng)排列的趨勢(shì)，從而對(duì)外顯磁性，這就是我們熟知的磁化現(xiàn)象。 如圖：在射頻電磁波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，磁化強(qiáng)度矢量或宏觀磁矩矢量沿著如圖所示的曲線變化，從而改變了宏觀磁矩的大小和方向。） 角脈沖 ?射頻（ RF電磁波）脈沖使磁化矢量偏離外磁場(chǎng)方向的角度，與脈沖時(shí)間成正比。 （ 1）弛豫過(guò)程（ relaxation process)：磁矩在射頻場(chǎng)結(jié)束后，在主磁場(chǎng)的作用下，進(jìn)行“自由旋轉(zhuǎn)”，由于粒子之間的能量交換，所有磁矩將從不平衡態(tài)逐漸過(guò)渡到平衡態(tài)，這一過(guò)程稱為弛豫過(guò)程。下面以 90度脈沖后弛豫過(guò)程加以說(shuō)明。滿足下式， T2稱為橫向弛豫時(shí)間，經(jīng)過(guò) T2， Mxy減少 63%。又稱自旋 —— 自旋弛豫。 2/m a xTtxyxy eMM??：和主磁場(chǎng)方向平行的磁化矢量由零逐漸恢復(fù)最大值的過(guò)程。這是由于熱輻射的存在，從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)的磁矩逐漸躍遷至低能態(tài)，恢復(fù)平衡態(tài)。主要反映局部的能量交換信息 。而且，不同的組織與器官的弛豫時(shí)間顯著不同，從而對(duì)軟組織及器官有特殊的分辨能力。 縱向弛豫與縱向弛豫時(shí)間常數(shù)的關(guān)系 t=T1時(shí) , Mz/M0=1e1=63% 縱向磁化對(duì)比（組織對(duì)比） 各種組織在縱向磁化完全恢復(fù)之前，已恢復(fù)的縱向磁化內(nèi)產(chǎn)生的不同組織T1不同而形成縱向磁化不同的現(xiàn)象。 翻轉(zhuǎn)脈沖重聚相位而產(chǎn)生回波信號(hào)。 翻轉(zhuǎn)脈沖作用后，慢頻率自旋磁矩在遠(yuǎn)位趕上快頻率自旋磁矩的過(guò)程 自旋回波信號(hào) —— 隨著相位的重新 聚合， 產(chǎn)生的新的 MR信號(hào) Hahn回波 —— 沿與激發(fā)脈沖垂直方向施加 180176?；夭ㄔ?+Y 方向 CPMG自旋回波序列 —— 沿激發(fā)脈沖方向施加 180176?；夭ㄔ?Y 方向 與 FID同相位的 SE(Hahn回波） 與 FID反相的 SE(CPMG回波） 回波時(shí)間 TE 自旋回波信號(hào)幅度隨相位重聚達(dá)到峰值的時(shí)間。 翻轉(zhuǎn)脈沖只能使由于靜磁場(chǎng)不均勻所造成的自旋去相位產(chǎn)生相位重聚 自旋回波信號(hào)的變化 四、弛豫時(shí)間的測(cè)量 （自旋回波（ SE)法） 在磁共振現(xiàn)象中，物質(zhì)的宏觀磁化強(qiáng)度及變化與自旋核的密度?、 T T2密切相關(guān)，但這些信息不能直接測(cè)出，只能通過(guò)弛豫過(guò)程中輻射的射頻信號(hào)來(lái)分析。 不同時(shí)刻測(cè)得的信號(hào)各因素起的作用（權(quán)重）不一樣。這就是核磁共振成像的數(shù)理基礎(chǔ)。稱為 ?加權(quán)。稱為 T2加權(quán)。稱為 T1加權(quán) 通過(guò) ?的測(cè)量可以判斷自旋核的密度，例如，人體氫核磁共振圖像反映不同組織含水量的多少， T1， T2的測(cè)量可能反應(yīng)自旋核所處的化學(xué)環(huán)境的差異，如水以自由水還是結(jié)合水存在，或者氫核存在于特定的原子團(tuán)中等。 二 、空間位置編碼 我們測(cè)到的 MR信號(hào)，但如何知道這一信號(hào)來(lái)自何處呢？收音機(jī)給了我們有益的啟示。這就是層面選擇的原理。從而使不同層面的磁場(chǎng)強(qiáng)度不一樣，共振頻率不一樣，依據(jù)不同的共振頻率可以確定自旋核所處的層面。一般為 3~20mm。 ），使層面內(nèi)質(zhì)子相位相干，補(bǔ)償信號(hào)幅度的降低 選層梯度及相位重聚梯度 相位重聚梯度 相位編碼： 在激勵(lì)脈沖結(jié)束后，在沿層面的 Y軸方向加一短時(shí)間的梯度磁場(chǎng) GY，由于不同 Y坐標(biāo)的自旋磁矩的進(jìn)動(dòng)頻率不一樣，從而在磁場(chǎng) GY撤除后，磁矩的位相不一樣。這稱為相位編碼。 t=0時(shí)，相位編碼梯度 Gy開啟 相位編碼數(shù)學(xué)原理 Gy加入前磁化矢量的相位 相位編碼數(shù)學(xué)原理 相位編碼數(shù)學(xué)原理 Gy作用下，相位編碼方向上各體素處于不同磁場(chǎng)。稱為頻率編碼。 沿 x軸方向施加 x梯度 Gx；與 y軸平行的各列體素的進(jìn)動(dòng)頻率 ?x為 ?x= ? (B0+xGx) ? ?x是 x的函數(shù)，不同的 x決定了不同的進(jìn)動(dòng)頻率 ? 所接受的信號(hào)中已包含有體素的空間位置信息 頻率編碼數(shù)學(xué)原理 頻率編碼數(shù)學(xué)原理 ? 頻率編碼梯度一般只在 NMR信號(hào)出現(xiàn)時(shí)施加，所以又被稱為讀出梯度或測(cè)量梯度。 頻率編碼基本特征 頻率編碼信號(hào)特征 頻率編碼信號(hào)特征 三 、磁共振成像系統(tǒng) 磁場(chǎng)系統(tǒng)： （ 1）靜磁場(chǎng)：是核心部鍵，要求磁場(chǎng)強(qiáng)度大， ~1T，且要求均勻度高，常用超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生，維護(hù)費(fèi)用高。 （ 2）梯度磁場(chǎng)（ 3個(gè)）：是空間編碼磁場(chǎng)，比靜磁場(chǎng)小得