《医学影像物理学》课程教学资源（教案讲义）概述、磁共振成像

教 案 姓名邱建峰 _学年第二学期时间节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 概论 学时数 教学目的 了解成像原理内容、学习方法、对专业方向的把握 重点 无 难点 无 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 信号与系统、数字信号处理 教学法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 自我介绍 课程介绍 学习要求 实验要求 第一章医学影像物理学概论 学习内容： 1、医学影像成像是借助于某种介质（如X线、电磁场、超声波、放射性核素等） 与人体的相互作用，把人体内部组织、器官的结构、密度、功能，以影像的方式表现 出来，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验针对医学影像中所提供的信 息进行判断，从而对病人的健康状况讲行判断的一门科学技术。 20 2、医学影像成像原理、医学影像处理技术和医学影像临床应用技术。医学影像成 像原理是指图像形成过程的物理原理，主要任务是根据临床的需求或医学研究的需费 对成像原理、成像系统的分析研究，将人体内感兴趣的信息提取出来，以图像的形式 进行显示，并对各种医学图像的质量因素进行分析。 医学影像处理技术 医学影像临床应用技术 第一节医学成像技术的分类 生物医学显微图像学(biomedical microimaging,BWW): 现代医学影像学(modern medical imaging,MWI): 15

教 案 姓名_邱建峰 学年第一 学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 概论 学时数 教学目的 了解成像原理内容、学习方法、对专业方向的把握 重 点 无 难 点 无 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 信号与系统、数字信号处理 教 学 法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 自我介绍 课程介绍 学习要求 实验要求 第一章 医学影像物理学概论 学习内容： 1、医学影像成像是借助于某种介质(如 X 线、电磁场、超声波、放射性核素等) 与人体的相互作用，把人体内部组织、器官的结构、密度、功能，以影像的方式表现 出来，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验针对医学影像中所提供的信 息进行判断，从而对病人的健康状况进行判断的一门科学技术。 2、医学影像成像原理、医学影像处理技术和医学影像临床应用技术。医学影像成 像原理是指图像形成过程的物理原理，主要任务是根据临床的需求或医学研究的需要， 对成像原理、成像系统的分析研究，将人体内感兴趣的信息提取出来，以图像的形式 进行显示，并对各种医学图像的质量因素进行分析。 医学影像处理技术 医学影像临床应用技术 第一节 医学成像技术的分类 生物医学显微图像学(biomedical microimaging，BMMI)； 现代医学影像学(modern medical imaging，MMI)： 10 20 15

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） X线成像：测量穿过人体组织、器官后的X线强度： 磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号： 超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波： 核素成像：测量放射性药物在体内放射出的Y射线： 光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态。 红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。 一、X线成像 1、传统的X线放射学，开始于1895年德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(i1helm Konrad Roentgen))对X线的伟大发现。 2、模拟成像，是在X线摄影范围内，X线照片、荧光屏的记录或显示从几乎完全透 明（白色）到几乎不透明（黑色）的一个连续的灰阶范围。 3、数字X线成像 数字X线成像包括计算机X线摄影(computed radiography,CR)数字X线摄影 (digital radiography,DR)和数字减影血管造影(digital subtraction angiography, DSA) 4、X-CT成像原理 图像性质 成像特点 发展 局限与不足 二、MRI成像 1、图像性质 2、成像特点 3、发展 4、局限与不足 5、核磁共振技术发展 三、超声成像 1、超声成像是继X线成像之后发展最迅速、推广应用普及最快的一种成像方法 20 2、目前临床上使用的超声成像系统（即B型超声显像仪）大多是采用脉冲回波方式成 就会 强的回波信号。根据接收到的回波信号可 直接获取扫查平面上的人体结构图像

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） X 线成像：测量穿过人体组织、器官后的 X 线强度； 磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号； 超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波； 核素成像：测量放射性药物在体内放射出的γ射线； 光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态； 红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。 一、X 线成像 1、传统的 X 线放射学，开始于 1895 年德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(Wilhelm Konrad Roentgen)对 X 线的伟大发现。 2、模拟成像，是在 X 线摄影范围内，X 线照片、荧光屏的记录或显示从几乎完全透 明(白色)到几乎不透明(黑色)的一个连续的灰阶范围。 3、数字 X 线成像 数字 X 线成像包括计算机 X 线摄影(computed radiography，CR)数字 X 线摄影 (digital radiography，DR)和数字减影血管造影(digital subtraction angiography， DSA) 4、X-CT 成像原理 图像性质 成像特点 发展 局限与不足 二、MRI 成像 1、图像性质 2、成像特点 3、发展 4、局限与不足 5、核磁共振技术发展 三、超声成像 1、超声成像是继 X 线成像之后发展最迅速、推广应用普及最快的一种成像方法 2、目前临床上使用的超声成像系统(即 B 型超声显像仪)大多是采用脉冲回波方式成 像，即用一个短暂的电脉冲激励换能器晶片，使之振动产生超声波并射入体内，进入人 体的超声波在遇到组织界面时，就会产生较强的回波信号。根据接收到的回波信号可以 直接获取扫查平面上的人体结构图像。 20 20

3、超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时它又能提供人体断 面实时的动态图像，因而广泛地用于心脏或腹部的检查。超声成像除了断面成像外，还 可借助经典的多普勒原理进行超声血流测量，用于对心血管与脑血管等疾病诊断。 4、图像与设备特点 四、放射性核素成像 20 I、放射性核素(radiosotope)成像主要是利用人体内不同组织对放射性核素的吸收状 况不同，通过示踪剂在体内和细胞内转移速度和数量的差异及变化而产生特征图像，从 而提供时器的形状、大小、功能和血流量的动态测定指标，以及测量病变部位的范围， 能反映体内生理、生化和病理过程 可以显示出组织、器官的功能等。核素成像是目 核医学研究和临床诊断所采用的主要手段。 2、核素成像特点：功能像 3、核素成像设备 4、核素成像原理 大、红外、微波成像 1、红外成像在医学上主要用于人体浅表疾病的探查，其主要技术可分为被动成像方 式的红外热像术和主动成像方式的红外摄影术。 2、红外医学成像的最大优点，一是对人体无辐射损害：二是不会因检查而引起人信 状态的改弯：一是作方法简便、经济，是一种县有应田前途的医学影像拾查方法 微波是指波长从0.001m-m波段的电碰波(3×10Hz3×102H2,除利用微波热效 应制成的各种临床治疗仪器外，微波还是CT机的一种理想能源，也可作为显微镜的“光 源”。近年来微波医学成像技术在不断进步。 除了上述各种成像技术外，还有利用人体组织的电阻抗成像等， 第二节医学图像的识别 医学图像的识别就是将图像与解制学、生理学、病理学知识作对照，捕捉图像中有 意义的细节和特征，来判断是否有异常或属于什么性质。 9 一、图像识别的基础 充分理解、掌握成像原理和方法是医学图像识别的基础。 二、图像识别的方法、工具 1、理解、掌握图像处理原理，是医学图像的分析识别的重要方法。 2、直接从医学成像方法中产生的原始图像可以用多种方法加以改善，如不需要的细 节可以经处理被抑制，需要的细节可以被增强，以便在大的动态范围内得到更好的显示 经图像处理可以去噪、边缘增强等，以便把感兴趣的部分分离出来等。增加对比度处理 是把所有存储单元中的数值加倍，存储单元间显示对比度也加倍，可使单元间的差异变 得更加易于辨认。 3、熟悉图像后处理技术，使之成为图像识别的有力工具。对已获得的图像再进 步处理， 量估值以及 组成三维图像等称为图像的后处理，其主要目的是使图像的某 特征更明显，并能加以提取和定量估算

3、超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时它又能提供人体断 面实时的动态图像，因而广泛地用于心脏或腹部的检查。超声成像除了断面成像外，还 可借助经典的多普勒原理进行超声血流测量，用于对心血管与脑血管等疾病诊断。 4、图像与设备特点 四、放射性核素成像 1、放射性核素(radiosotope)成像主要是利用人体内不同组织对放射性核素的吸收状 况不同，通过示踪剂在体内和细胞内转移速度和数量的差异及变化而产生特征图像，从 而提供脏器的形状、大小、功能和血流量的动态测定指标，以及测量病变部位的范围， 能反映体内生理、生化和病理过程，可以显示出组织、器官的功能等。核素成像是目前 核医学研究和临床诊断所采用的主要手段。 2、核素成像特点：功能像 3、核素成像设备 4、核素成像原理 六、红外、微波成像 1、红外成像在医学上主要用于人体浅表疾病的探查，其主要技术可分为被动成像方 式的红外热像术和主动成像方式的红外摄影术。 2、红外医学成像的最大优点，一是对人体无辐射损害；二是不会因检查而引起人体 状态的改变；三是操作方法简便、经济，是一种具有应用前途的医学影像检查方法。 微波是指波长从 0.00l m~l m 波段的电磁波(3×108Hz~3×1012Hz)，除利用微波热效 应制成的各种临床治疗仪器外，微波还是 CT 机的一种理想能源，也可作为显微镜的“光 源”。近年来微波医学成像技术在不断进步。 除了上述各种成像技术外，还有利用人体组织的电阻抗成像等。 第二节 医学图像的识别 医学图像的识别就是将图像与解剖学、生理学、病理学知识作对照，捕捉图像中有 意义的细节和特征，来判断是否有异常或属于什么性质。 一、图像识别的基础 充分理解、掌握成像原理和方法是医学图像识别的基础。 二、图像识别的方法、工具 1、理解、掌握图像处理原理，是医学图像的分析识别的重要方法。 2、直接从医学成像方法中产生的原始图像可以用多种方法加以改善，如不需要的细 节可以经处理被抑制，需要的细节可以被增强，以便在大的动态范围内得到更好的显示。 经图像处理可以去噪、边缘增强等，以便把感兴趣的部分分离出来等。增加对比度处理 是把所有存储单元中的数值加倍，存储单元间显示对比度也加倍，可使单元间的差异变 得更加易于辨认。 3、熟悉图像后处理技术，使之成为图像识别的有力工具。对已获得的图像再进一 步处理，定量估值以及组成三维图像等称为图像的后处理，其主要目的是使图像的某些 特征更明显，并能加以提取和定量估算。 20 20

第三节医学成像系统的评价 纵观上面提到的各种成像方式，它们在成像原理、成像参数及适用范围等方面各不 10 相同。实际上，这些不同的成像系统并不能互相取代，在临床应用中起者相互补充的作 用。因此，在评价一个成像系统时，应从各个不同角度全面分析成像系统的优缺点， 指明其临床适用的范围。 系统性能的高低 图像质量的好坏 成像应用范围的宽窄 对人体的损伤程度（安全性） 性价比 系统评价函数 图像质量参数 MIF 分辨率 噪声 对比度 第四节医学影像技术展望 5 现代医学影像学未来发展趋向是，在保证人身安全的前提下，务力改进信息传递方 式，提高信息传递效率并开创新的信息表达方式，提高图像显示质量：其最终的医疗意 不外是更精确地发现人体组织初期病理变化，为早期诊断、 治疗提供依据 开发超高分辨力的显示系统 二、提高影像设备的性能，并增加新的功能 磁共振 超声医学成像技术 核医学成像 三、医学影像数字化 四、医学影像存储和通讯系统 图像存储和传输系统(PACS) CAD计算机辅助诊断

第三节 医学成像系统的评价 纵观上面提到的各种成像方式，它们在成像原理、成像参数及适用范围等方面各不 相同。实际上，这些不同的成像系统并不能互相取代，在临床应用中起着相互补充的作 用。因此，在评价一个成像系统时，应从各个不同角度全面分析成像系统的优缺点，并 指明其临床适用的范围。 系统性能的高低 图像质量的好坏 成像应用范围的宽窄 对人体的损伤程度（安全性） 性价比 系统评价函数 图像质量参数 MTF 分辨率 DQE 噪声 ROC 对比度 第四节 医学影像技术展望 现代医学影像学未来发展趋向是，在保证人身安全的前提下，努力改进信息传递方 式，提高信息传递效率并开创新的信息表达方式，提高图像显示质量；其最终的医疗意 义，不外是更精确地发现人体组织初期病理变化，为早期诊断、治疗提供依据。 一、开发超高分辨力的显示系统 二、提高影像设备的性能，并增加新的功能 磁共振 超声医学成像技术 CT 核医学成像 三、医学影像数字化 四、医学影像存储和通讯系统 图像存储和传输系统(PACS) CAD 计算机辅助诊断 10 5

教 案 姓名邱建峰 学年第二学期时间 节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振概述 学时数 教学目的 掌握核磁共振基本成像原理、了解核磁共振物理现象 重点 共振现象 难点 共振条件 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教学法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第七章磁共振成像 第一节 10 磁共振成像的物理学基础是磁共振现象 即处在某一静磁场中的物质的原子核 受到相应频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生共振跃迁现象。1946年，美 国哈佛大学的E.Purcel1及斯坦福大学的F.Bloch领导的两个研究小组各自独立地 发现了磁共振现象 20 一共成的监庆应用 ,通过各种参数的MR图像，显示人体不同部位的解剖结构，用于各种疾病的检查 2.通过流动效应来评价血液和脑脊液的流动。 3.可进行弥散成像、灌注成像以及脑皮层活动功能成像。 4.可进行R波谱成像，分析组织的化学结构。 二、磁共振成像的特点 20 (一)磁共振成像具有以下优 具有较高的组织对比度和组织分辩力 2.可对任意方位的层面成像 3.多参数、多序列成像 4,可提供代谢、功能方面的信息 5,多种特殊成像 6.无电离辐射 7.对比增强 8.流动测量 (二)磁共振成像的局限性 10 1.空间分辩力较低 成像速度较慢 3.具有较严格的禁忌症

教 案 姓名_邱建峰 学年第一 学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振概述 学时数 教学目的 掌握核磁共振基本成像原理、了解核磁共振物理现象 重 点 共振现象 难 点 共振条件 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教 学 法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第七章 磁共振成像 第 一节 概 述 磁共振成像的物理学基础是磁共振现象，即处在某一静磁场中的物质的原子核 受到相应频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生共振跃迁现象。1946 年，美 国哈佛大学的 E.Purcell 及斯坦福大学的 F.Bloch 领导的两个研究小组各自独立地 发现了磁共振现象 一 、 磁 共 振 成 像的 临床应 用 1.通过各种参数的 MR 图像,显示人体不同部位的解剖结构,用于各种疾病的检查 2.通过流动效应来评价血液和脑脊液的流动。 3.可进行弥散成像、灌注成像以及脑皮层活动功能成像。 4.可进行MR波谱成像，分析组织的化学结构。 二 、 磁 共 振 成 像的 特点 （ 一 ） 磁 共 振 成像 具有以 下优 点 1.具有较高的组织对比度和组织分辩力 2.可对任意方位的层面成像 3.多参数、多序列成像 4.可提供代谢、功能方面的信息 5.多种特殊成像 6.无电离辐射 7.对比增强 8.流动测量 （ 二 ） 磁 共 振 成像 的局限 性 1．空间分辩力较低 2．成像速度较慢 3．具有较严格的禁忌症 10 20 20 10

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 4.对于不含或少含氢质子的组织结构显示不佳 5.血管的显示限度 6.多种伪影因素 7.价格相对昂贵 第二节磁共振现象的物理学基础 30 1。产生带北据围鱼的其木冬姓 当在静磁场中物质的原子核受到一定颏率的电磁波作用时，在它们的能级之间发 生共振跃 这就是磁共振现象。 物质吸收电磁波能量而跃迁之后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用特 殊装置接受这部分能量信号，就采集到了磁共振信号。 磁共振信号的产生必须具备三个基本条件： 1、即能能产生提跃的原子核 2、恒定的静磁场（或称外磁场 主磁场) 3、产生一定频率电磁波的交变磁场 二、原子核的特性 (一)原子核的自旋和磁 因为具有磁矩的原子核有一定的质量和大小，所以原子核还具有自旋角动量， 20 用P表示。自旋角动量的方向与自旋轴重合，自旋角动量的大小由下式决定： P-h+12 式中h为普朗克常数，为核自旋量子数。 质子自身具有磁性，在其周围产生磁场，并具有自身磁矩。磁矩是矢量，具有 方向和大小，磁矩的方向可有环形电流的法拉第右手定则确定，与自旋轴一致。对于 环形电流，其电流与环形电流形成的面S的乘积就称为环形电流的磁炬，用μ表示 μ=S (二)外加静磁场中的能级分裂 30 依照量子物理学原理，原子磁矩进入外磁场之后，其空间取向发生量子化，即 只能取一些确定的方向。如自旋量子数为机，则只能21+1个不同方向。磁矩在外磁场方 向的投影是一些不连续的数值。磁矩的不同取向，形成它与外磁场相互作用能的不同 在外磁场 的作用下 使原米的能级分裂 成2I+1 能级 这称为塞曼分裂，这些能 级称为塞曼能级。塞曼能级是等间距的，相邻两个能级之能量差为： △E=hYB。/2π (4-3) 对千氢届子，其自饰量子数=1，同样1，=12，所以在外磁场中氢压子分梨为 两个能级，如图44具有较高能量， 即处 级的质子 与外磁场反平行方向排列 其位能为E=hYB4x:具有较低能量，即处于低能级的质子沿与外磁场平行方向排列 E=hYB4π。从两种能级质子的数目看，处于低能级，即与外磁场平行方向排列的 质子数目比处于高能级者略多，如常温下可多10。质子在不同能级上的数目分布符 合玻尔兹曼分布

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 4．对于不含或少含氢质子的组织结构显示不佳 5．血管的显示限度 6．多种伪影因素 7．价格相对昂贵 第二节 磁 共 振 现 象的物 理学 基础 1、 产 生 磁 共振 现象 的基 本条 件 当在静磁场中物质的原子核受到一定频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发 生共振跃迁，这就是磁共振现象。 物质吸收电磁波能量而跃迁之后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用特 殊装置接受这部分能量信号，就采集到了磁共振信号。 磁共振信号的产生必须具备三个基本条件： 1、即能够产生共振跃迁的原子核 2、恒定的静磁场（或称外磁场、主磁场） 3、产生一定频率电磁波的交变磁场 二 、 原 子 核 的 特性 （一）原子核的自旋和磁矩 因为具有磁矩的原子核有一定的质量和大小，所以原子核还具有自旋角动量， 用P表示。自旋角动量的方向与自旋轴重合，自旋角动量的大小由下式决定： P=h[I(I+1)] 1/2 式中h为普朗克常数，I为核自旋量子数。 质子自身具有磁性，在其周围产生磁场，并具有自身磁矩。磁矩是矢量，具有 方向和大小，磁矩的方向可有环形电流的法拉第右手定则确定，与自旋轴一致。对于 环形电流，其电流I与环形电流形成的面积S的乘积就称为环形电流的磁矩，用μ表示： μ=IS。 （二）外加静磁场中的能级分裂 依照量子物理学原理，原子磁矩进入外磁场之后，其空间取向发生量子化，即 只能取一些确定的方向。如自旋量子数为I，则只能2I+1个不同方向。磁矩在外磁场方 向的投影是一些不连续的数值。磁矩的不同取向，形成它与外磁场相互作用能的不同。 在外磁场的作用下使原来的能级分裂成2I+1个能级，这称为塞曼分裂，这些能 级称为塞曼能级。塞曼能级是等间距的，相邻两个能级之能量差为： E = h   B0 / 2 (4-3) 对于氢质子，其自旋量子数I=1/2，同样I Z =1/2，所以在外磁场中氢质子分裂为 两个能级，如图4-4。具有较高能量，即处于高能级的质子沿与外磁场反平行方向排列， 其位能为E=hγB0/4π；具有较低能量，即处于低能级的质子沿与外磁场平行方向排列， E=-hγB0 /4π。从两种能级质子的数目看，处于低能级，即与外磁场平行方向排列的 质子数目比处于高能级者略多，如常温下可多10-6。质子在不同能级上的数目分布符 合玻尔兹曼分布。 30 20 30

教 案 姓名邱建峰 学年第二学期时间 节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振现象 学时数 教学目的 了解磁共振的宏观描述、认识饱和现象 重点 磁共振的宏观描述 难点 磁共振的宏观描述 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教学法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 三、静藏场的作用 （一)外加静磁场中的磁 磁共振成像中外加静场的强度B助是恒定的 20 虽然在自然状态下，质子的排列处于无序状态，但是当把物质置入一强大的外 磁场内时，质子的自身磁场将被强的外磁场规范，即平行于外磁场，但是一部分质 子的磁矩与外磁场方向一致，而另一部分质子的磁矩与外磁场方向相反，而且与外 磁场方向一致排列的质子数目比相反方向者略多。我们将物质在外磁场作用下，在 磁场方向上产生磁性的过程称为化， 其大小称为磁化强度 (二)外加静磁场中的能级分裂 原子磁矩进入外磁场之后，其空间取向发生量子化，即只能取一些确定的方向。 在外磁场中磁矩的位能为： E=-μB。=-hYB。lz/2π 塞曼能级是等间距的，相邻两个能级之能量差为： △E=hy-B。/2π 质子在不同能级上的数目分布符合玻尔兹曼分布。 (三)自旋核的进动 处质子不停地改变其磁化方向，即除了质子本身的自旋外，其自旋轴以 静磁场方向，即做力线方向旋进，质子的这种运动方式草 (precession)或称“旋进

教 案 姓名_邱建峰 学年第一 学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振现象 学时数 教学目的 了解磁共振的宏观描述、认识饱和现象 重 点 磁共振的宏观描述 难 点 磁共振的宏观描述 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教 学 法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 三 、 静 磁 场 的 作用 （ 一 ） 外 加 静 磁场 中的磁 化 磁共振成像中外加静磁场的强度 B0 是恒定的。 虽然在自然状态下，质子的排列处于无序状态，但是当把物质置入一强大的外 磁场内时，质子的自身磁场将被强的外磁场规范，即平行于外磁场，但是一部分质 子的磁矩与外磁场方向一致，而另一部分质子的磁矩与外磁场方向相反，而且与外 磁场方向一致排列的质子数目比相反方向者略多。我们将物质在外磁场作用下，在 磁场方向上产生磁性的过程称为磁化，其大小称为磁化强度 （ 二 ） 外 加 静 磁场 中的能 级分 裂 原子磁矩进入外磁场之后，其空间取向发生量子化，即只能取一些确定的方向。 在外磁场中磁矩的位能为： E = −B0 = −h   B0 IZ / 2 塞曼能级是等间距的，相邻两个能级之能量差为： E = h   B0 / 2 质子在不同能级上的数目分布符合玻尔兹曼分布。 （三）自旋核的进动 处质子不停地改变其磁化方向，即除了质子本身的自旋外，其自旋轴以一定 夹角绕外加静磁场方向，即磁力线方向旋进，质子的这种运动方式称为“进动” （precession）或称“旋进”。 20 20

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 四、射频磁场的作用 (一)磁共振的产生 纵向磁化M是MR成像中有用的磁化矢量，但因为它与外磁场方向平行，实际上 20 也叠加于外磁场，且纵向磁化矢量Mz不是振荡磁场，故无法单独检测出来，不能直接 用于成像。如果要检测质子的自旋、收集信号，只有在垂直于静磁场B方向的横向平 面有净磁化矢量。所以为了设法检测到特定质子群的净磁化矢量，并用于成像，则需 使净磁化矢量偏离外磁场方向 为了达到这个目的，在磁共振成像中采用了射频 (radofrequency,RF)脉冲作为激发源。 (二)射频脉冲的方式 射频脉冲实际上就是一个在XY平面的旋转磁场，用B1代表，其磁场方向垂直 于Z轴，沿XY平面以拉莫频率转动。在B1的作用下，净磁化矢量M开始沿B1轴进动， 20 结果由Z轴向X-Y平面逐渐靠近：而同时在静磁场B的作用下，净磁化矢量M还要沿B 轴进动，这样M与B1之间成相对静止。在静磁场B和射频磁场B1的双重作用下，净 化矢量M除沿B轴进动外，还要沿B1轴进动，其运动轨迹为螺旋形，如图4-8所示，这 种运动方式称为“章动”。 (三)射频系统 射频脉冲的发射以及MR信号的接收需要射频脉冲发生器、射频线圈、功率放大 20 器等。 1射频脉冲发生器 2.射频线圈 五、饱和现象 自旋核系统对射频能量的吸收减少或者完全不能吸收，导致磁共振信号见效或消 失 饱和现象的应用 “呼吸饱和” “亮血信号

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 四、射频磁场的作用 （一）磁共振的产生 纵向磁化MZ是MR成像中有用的磁化矢量，但因为它与外磁场方向平行，实际上 也叠加于外磁场，且纵向磁化矢量MZ不是振荡磁场，故无法单独检测出来，不能直接 用于成像。如果要检测质子的自旋、收集信号，只有在垂直于静磁场B0方向的横向平 面有净磁化矢量。所以为了设法检测到特定质子群的净磁化矢量，并用于成像，则需 使净磁化矢量偏离外磁场方向。为了达到这个目的，在磁共振成像中采用了射频 （radiofrequency，RF）脉冲作为激发源。 （二）射频脉冲的方式 射频脉冲实际上就是一个在X-Y平面的旋转磁场，用B1代表，其磁场方向垂直 于Z轴，沿X-Y平面以拉莫频率转动。在B1的作用下，净磁化矢量M开始沿B1轴进动， 结果由Z轴向X-Y平面逐渐靠近；而同时在静磁场B0的作用下，净磁化矢量M还要沿B0 轴进动，这样M与B1之间成相对静止。在静磁场B0和射频磁场B1的双重作用下，净磁 化矢量M除沿B0轴进动外，还要沿B1轴进动，其运动轨迹为螺旋形，如图4-8所示，这 种运动方式称为“章动”。 （三）射频系统 射频脉冲的发射以及MR信号的接收需要射频脉冲发生器、射频线圈、功率放大 器等。 1.射频脉冲发生器 2.射频线圈 五、饱和现象 自旋核系统对射频能量的吸收减少或者完全不能吸收，导致磁共振信号见效或消 失。 原因 饱和现象的应用 “呼吸饱和” “亮血信号” 20 20 20 30 20

教案 姓名邱建峰 _学年第二学期时间一 节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振信号 学时数 3 教学目的 掌握弛豫和信号检测的基本概念 重点 弛豫和信号检测、T1和卫值 难点 弛豫和信号检测 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教学法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第二节驰豫和共振信号的检测 弛豫的定义 弛豫及弛豫过程 20 弛豫(relaxation)是自然界的周有属性，任何物质系统在平衡时具有的状态称为 平衡状态。 系统在受到外界刺激或压力（即激励）的时，都会产生相应的系统变化（即响应）。 但当激励消失后，系统都要恢复到原始平衡状态，系统从激励状态恢复到原始状态的 过程就叫弛豫过程。 核子群系统要弛豫，从非平衡状态恢复到平衡状态。分别包括纵向磁化矢量的恢 复和横向磁化矢量的恢复等两个分过程，分别称为刀，弛豫和乃弛豫。 一、驰豫 1、物理意义 2、分类 T1时间 过程以磁化强度纵轴分量2的恢复为标志，一般用恢复所需时间来衡量该过程 快慢，我们称之为纵向弛豫时间，简称为了弛豫时间

教 案 姓名_邱建峰 学年第一 学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振信号 学时数 3 教学目的 掌握弛豫和信号检测的基本概念 重 点 弛豫和信号检测、T1 和 T2 值 难 点 弛豫和信号检测 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教 学 法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第二节 驰豫和共振信号的检测 弛豫的定义 弛豫及弛豫过程 弛豫（relaxation）是自然界的固有属性，任何物质系统在平衡时具有的状态称为 平衡状态。 系统在受到外界刺激或压力（即激励）的时，都会产生相应的系统变化（即响应）。 但当激励消失后，系统都要恢复到原始平衡状态，系统从激励状态恢复到原始状态的 过程就叫弛豫过程。 核子群系统要弛豫，从非平衡状态恢复到平衡状态。分别包括纵向磁化矢量的恢 复和横向磁化矢量的恢复等两个分过程，分别称为 T1 弛豫和 T2 弛豫。 一、 驰豫 1、 物理意义 2、 分类 T1 时间 过程以磁化强度纵轴分量 Mz 的恢复为标志，一般用恢复所需时间来衡量该过程 快慢，我们称之为纵向弛豫时间，简称为 T1 弛豫时间。 20 20

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 地豫时间 的物理状态 M.)=Mo1-e-) 20 T2时间 横向范豫过程以横向磁化矢量M,为标志。用其消失至零的时间来衡量该过程的快 慢，称为横向弛豫时间，简称为T乃弛豫时间。 T2的物理状态 名 M=Moe 万*定义为M从最大值衰减至37%处时所需的时间。T*由组织固有的T2和磁场不 均匀性△B0共同决定，遵循以下规律： 京学 2 20 二、磁化强度矢量的驰豫状态 弛豫过程实际上是宏观磁化的末段呈螺线型运动的过程。弛豫正在发生时，在区域 外环绕一封闭线图的话，根据法拉第电磁感应定律，线圈内将感生出微弱的电动势，这 就是核磁共振现象，可以获取该电动势作为进行重建图像的MR信号，如图8-6。由于只 15 有横向磁化矢量分量才是切割接受线圈的，因此线圈内的感生电动势为： Vo Mosin ecos()e 三、信号检测 磁共振的信号是一个震荡衰减的信号，故称为FID(Free Induction Decay)信号 15 信号的一般检测方法 信号的傅里叶变换 色散信号与吸收信号 20

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 3、 弛豫时间 T1 的物理状态 ( ) (1 e ) 1 / 0 t T z M z M t − = − T2 时间 横向弛豫过程以横向磁化矢量 Mxy 为标志。用其消失至零的时间来衡量该过程的快 慢，称为横向弛豫时间，简称为 T2 弛豫时间。 T2 的物理状态 2 / (0) ( ) e t T xy t M xy M − = T2*定义为 Mxy从最大值衰减至 37%处时所需的时间。T2*由组织固有的 T2 和磁场不 均匀性 ΔB0 共同决定，遵循以下规律： 2 1 1 0 2 * 2 B T T  = +  二、 磁化强度矢量的驰豫状态 弛豫过程实际上是宏观磁化的末段呈螺线型运动的过程。弛豫正在发生时，在区域 外环绕一封闭线圈的话，根据法拉第电磁感应定律，线圈内将感生出微弱的电动势，这 就是核磁共振现象，可以获取该电动势作为进行重建图像的 MR 信号,如图 8-6。由于只 有横向磁化矢量分量才是切割接受线圈的，因此线圈内的感生电动势为： 2 / ( ) 0 0 sin cos( ) t T t V M t e −    三、 信号检测 磁共振的信号是一个震荡衰减的信号，故称为 FID（Free Induction Decay）信号。 信号的一般检测方法 信号的傅里叶变换 色散信号与吸收信号 20 20 20 15 15 20