《医学物理学》课程教学课件（PPT讲稿）核磁共振成像的物理原理

核磁共振成像的物理原理第一节核磁共振基本原理第二节核磁共振成像（MIRI)第三节质子密度T1T2加权图像第四节MRI成像方法第五节核磁共振成像及医学应用

核磁共振成像的物理原理 第一节 核磁共振基本原理 第二节 核磁共振成像（MRI) 第三节 质子密度T1、T2加权图像 第四节 MRI成像方法 第五节 核磁共振成像及医学应用

核磁共振成像的物理原理教学内容（3学时）在医学中，利用它既能显示人体任意断层的解剖学结构，又能反应受检器官的代谢功能生化和生理信息的空间分布。质子密度加权图像、T1加权图像、T2加权图像

教学内容（3学时） 在医学中，利用它既能显示人体任意断层的 解剖学结构，又能反应受检器官的代谢功能、 生化和生理信息的空间分布。质子密度加权 图像、 T1加权图像、T2加权图像 核磁共振成像的物理原理

本次作业习题71、2

本次作业 习题 1、2

第一节核磁共振基本原理(nuclearmagneticresonance1946年，由FelixBloch和EdwardPurcell发现了核磁共振，并广泛用于化学物质的大范围的离子分离，也可测量物质的一些物理性质，最主要的应用是通过NMR波谱学来确定的分子结构。又能反在医学中，利用它既能显示人体任意断层的解剖学结构，应受检器官的代谢功能、生化和生理信息的空间分布。是癌症早期诊断以及诊断急性心机梗死等疾病的先进技术。磁场中的原子核拉莫尔关系三、核磁共振

第一节 核磁共振基本原理 （ nuclear magnetic resonance ) 1946年，由Felix Bloch和Edward Purcell 发现了核磁共振，并广 泛用于化学物质的大范围的离子分离，也可测量物质的一些物理 性质，最主要的应用是通过NMR波谱学来确定的分子结构。 在医学中，利用它既能显示人体任意断层的解剖学结构，又能反 应受检器官的代谢功能、生化和生理信息的空间分布。 是癌症早期诊断以及诊断急性心机梗死等疾病的先进技术。 一、磁场中的原子核 二、拉莫尔关系 三、核磁共振

磁场中的原子核1、核的自旋和磁矩（1）自旋根据量子理论，原子核中的中子和质子的轨道角动量与自旋角动量的矢量和（总角动量）是量子化的，即自旋角动量或自旋为：L%=Vj(+1)i为自旋量子数。对于中子数和质子数都为偶数的原子核-0,对于其它的分别取一些独立的值。组成有机体的主要元素12C、160、1H中，只有1H的自旋不为零（j=1/2）。13C、15N、19F、31P的j均为1/2。其它核自旋不为零的元素入14N的j=1;10B的j=3。这些自旋不为零的原子核称为磁性核

１、核的自旋和磁矩 （１）自旋 根据量子理论，原子核中的中子和质子的轨道角动量与自旋角动量的矢 量和（总角动量）是量子化的，即自旋角动量或自旋为： j为自旋量子数。对于中子数和质子数都为偶数的原子核j=0,对于其它的j 分别取一些独立的值。 2 h ( 1)  LN = j j + 一、磁场中的原子核 组成有机体的主要元素12C、 16O、 1H中，只有1H的自旋不为零(j=1/2)。 13C、 15N、 19F、 31P的j均为1/2。其它核自旋不为零的元素入14N的j=1;10B的j=3。 这些自旋不为零的原子核称为磁性核

(2）核磁矩这磁矩称因为原子核带正电荷，其自旋转时，会产生磁矩，为核磁矩。ehμn =gVj(j+1)gβ/j(j+1)福4元M其中g称为原子核的g因子，与核的种类有关；β=eh/4元M，为核磁子

（２）核磁矩 其中g称为原子核的g因子，与核的种类有关；β＝ eh/4πMp,为核磁子。 ( 1) 4 M eh ( 1) p N = g j j + = g j j +   因为原子核带正电荷，其自旋转时，会产生磁矩，这磁矩称 为核磁矩

2、磁场中的原子核在没有外磁场的作用时，原子核磁矩的取向是随机的，整体上是相互抵消，对外不显磁性。在恒定磁场中，各原子核除自旋外还绕着外磁场方向旋转，这种双重运动称为进动。进动的频率の称为拉莫尔频率，与外磁场B成正比。BoR平行反平行(a)(b)在磁场中的原子核对于1/2的原子核，核磁矩在外磁场中的取向只有两种可能，一是平行的低能态，另一种是反平行的高能态

２、磁场中的原子核 在没有外磁场的作用时，原子核磁矩的取向是随机的，整体上是相互抵 消，对外不显磁性。 在恒定磁场中，各原子核除自旋外还绕着外磁场方向旋转，这种双重运 动称为进动。进动的频率ω0称为拉莫尔频率，与外磁场B0成正比。 对于j=1/2的原子核，核磁矩在外磁场中的取向只有两种可能，一是平行的 低能态，另一种是反平行的高能态

二、拉莫尔关系式根据量子理论，核磁矩的高能态与低能态的能量差为△E = hv。 = gBBVo = △E / h = gβB。 / h0。=2πV。= 2元ehgβB. / 4元hM,= geB / 2M。 = yB。上述关系式称为拉莫尔关系式，式中=ge/2Mp称为磁旋比

二、拉莫尔关系式 根据量子理论，核磁矩的高能态与低能态的能量差为： E = hv0 = gB0 v0 = E / h = gB0 / h B hM p geB M p 0 = 2v0 = 2ehg 0 / 4 = 0 / 2 0 = B0 上述关系式称为拉莫尔关系式，式中γ＝ge/2Mp称为磁旋比

用于医学诊断的一些核的磁旋比如表所示核的磁旋比核的名称(MHz/Tesla)g(*10~7)相对灵敏度"H42.588.899113C10.712.2380.01619F40.058.3690.83023Na11.262.3530.09331P17.233.6010.06639K1.1905.080×10-4

用于医学诊断的一些核的磁旋比如表所示

三、核磁共振处于外加恒定磁场B.中的原子核，再外加一个电磁辐射（射频辐射RF），只要射频辐射的圆频率.与外加磁场B满足拉莫尔关系式，原子核就吸收电磁辐射的能量，即共振吸收当原子核吸收了电磁辐射的能量就会从低能态（平行能态）跃迁到高能态（反平行态）。原子核吸收了电磁辐射能量后，从高能态跃迁到低能态，并以射频电磁波释放能量的过程（其频率等于原激发频率），称为共振辐射。原子核在高能态和低能态之间不断变化的现象称为核磁共振

三、核磁共振 处于外加恒定磁场B0中的原子核，再外加一个电磁辐射（射频辐 射ＲＦ），只要射频辐射的圆频率ω0与外加磁场B0满足拉莫尔 关系式，原子核就吸收电磁辐射的能量，即共振吸收。 当原子核吸收了电磁辐射的能量就会从低能态（平行能态）跃 迁到高能态（反平行态）。 原子核吸收了电磁辐射能量后，从高能态跃迁到低能态，并 以射频电磁波释放能量的过程（其频率等于原激发频率）， 称为共振辐射。 原子核在高能态和低能态之间不断变化的现象称为核磁共振