（1）医疗图像处理：MRI磁共振成像-基本原理--(杨正汉

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目录

一、基本原理
1.组成
1）主磁体：
2）梯度系统：
3）射频系统 ：
二、MRI的物理学原理
1.人体MR成像的物质基础
2 MRI可以探测出什么磁化矢量
3.怎么产生磁共振
4.射频线圈关闭后采集信号
5.磁共振加权成像
6.MRI空间定位
7.K空间
8.总的过程

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一、基本原理

1.组成

对应了解
1）主磁体：

基本构建，用于产生磁场，主要有两种方式产生磁场==永磁（磁铁）、电磁（给线圈通电）。MR按主磁场的场强分类主要有四类，分类的原因是MR信噪比与主磁场场强成正比，低场<0.5T，中场0.5T-1.0T，高场1.0T-2.0T，超高场强>2.0T。1T=10000高斯，1高斯=5安培电流流过的铜线距离1厘米原距离的磁场强度。

核磁共振不仅需要磁场，还必须是要高度均匀的磁场，因为它能帮助我们空间定位、提高信噪比等
强度均匀度磁场的一种表示方法为频率半高宽：

2）梯度系统：

主要用于空间定位、产生信号、扩散梯度等，由梯度线圈和梯度 放大器组成。医学中里面的梯度是一个线性向上的坡度 ，而不是常见的楼梯。
梯度的产生主要是如下图（这只是Z轴的 梯度磁场，其他XY轴都是如此），从图中可以看出黄线 头部磁场高，脚部磁场低，因为在头部电流线圈产生的磁场与主磁场一致，故加强了磁场强度，在脚步电流线圈产生的磁场方向与主磁场相反，故减少了磁场强度，从而形成了一个坡度。

梯度线圈的性能指标：梯度场强和切换率，下图就是梯度场强的计算，而切换率就是当我们设置一个场强强度，然后通电之后要达到这个强度需要一定的时间，故切换率=场强强度/需要的时间。

现在的梯度模式主要有：单梯度、双梯度
3）射频系统 ：

主要用于激发人体产生共振、采集MR信号，由射频放大器、射频通道、脉冲线圈（发射线圈 、接收线圈）组成。有的设备既能激发又能采集。
接收线圈与MRI是密切相关的，接收线圈离目标越进，所接收的信号越强、线圈内体积越小，所接收到的噪声越低。所以就产生了对应人体线圈的设备，专门检测。
4）计算机系统与谱仪
二、MRI的物理学原理

1.人体MR成像的物质基础

人体内带电的原子总是在自旋，所以就会产生磁场，这里就叫核场。利用氢原子核来生成MR图像，通常情况下氢原子核产生的磁场方向是随机的，更加矢量原则那么存在磁场抵消的情况，所以一般情况下人不能向磁铁一样有吸引力，即使再精密的仪器也检测不了如此细小的磁场。
所以就把人放到主磁体里面，运用主磁体产生的磁场，那么人体中的氢原子就完全平行了，只是指向的方向不同罢了，最后就得到了一个方法的磁场。

进动是核场（小磁场人体产生）与主磁（主磁体）相互作用的结果，存在一定的角度不是完全平行好比陀螺斜着也能转动。进动的频率明显低于质子的自旋频率，但是进动更重要。

2 MRI可以探测出什么磁化矢量

不同的人体组织由于氢质子含量不同，宏观磁化矢量也不同。但是此时的核共振线圈还是不能检测出纵向磁化矢量，因为它在主磁体中的磁场还是太小了。但是根据电磁原理，如果磁体切割电场那么就能产生电流，所以如果纵向和主磁体方法一致无法探测出，那么如果得到横向来切割主磁体 是否就能被探测出，不过由上面结论得知，无法产生横向磁化矢量==》这就需要共振。
3.怎么产生磁共振

这个时候就需要发射系统中的发射线圈给低能氢质子发射无线电波，运用共振原理，使其获得能量，然后进入到高能状态，不同的强度会让其发生不同的角度偏转。

通过上面能检测到不同组织氢质子含量的差别，但是对于临床诊断而言还是不够的，所以我们总是在90度脉冲关闭后过一定时间才进行MR信号采集。
4.射频线圈关闭后采集信号

1）纵向弛豫：

不同组织释放能力的时间是不同的，这个时间T1弛豫的快慢。
2）横向弛豫

而横向磁化矢量的衰减是由于质子失相位。失相位是指：氢质子的位置不再统一了，而是随机地分在每个位置，横向磁化矢量就逐渐消失。

不同组织有着不同质子密度、横向(T2)弛豫速度、纵向(T1)弛豫速度，这是MRI显示解剖结构和病变的基础。如何利用这些技术得知不同组织的特性和结构、以及正常组织和病变组织，这就需要磁共振加权成像。
5.磁共振加权成像

什么是加权：

弱就黑，强就白，T1为一段时间后恢复为纵向，T2为一段时间后横向减少

但是线圈没办法探测出纵向矢量，所以把一定时间之后恢复的纵向矢量再给脉冲变为横向，所以我们就能知道不同组织所表现出来来颜色，比如水为黑色，脂肪为白色。

6.MRI空间定位

射频系统通过线圈发射脉冲，那么到底发射在人体组织的那个地方呢，这就靠MRI的空间定位。

所以MRI空间定位也就利于磁场强度来确定具体的位置，MRI的三维空间定位也通过三个梯度场强来实现。
1）层面层厚选择
利用梯度场和脉冲带宽进行配合。通过控制脉冲的带宽那么就会映射到人体的不同部位。

2）频率编码

那么就能把这个信号中的所有信息都分辨出来。
3）相位编码

所以要频繁的转化相位场的强度，使其内部发送转变。

7.K空间

K空间为MR图像原始数据的填充存储空间格式，填充后的资料经傅里叶转化，重建出MR图像。
K空间中间的相位编码线决定图像的对比，周边区域（高频）的相位编码决定图像的解剖细节

8.总的过程