课题名称 教师姓名 侯雪坤 学生年级 医学影像成像理论 2016级 课时 2 教学重点 重点：核磁共振原理的初步理解 教学难点 难点：核磁共振原理的初步理解 主题 标内容 题 补充内容 磁共振概述 1.六类人群不适宜进行核磁共振检查：即使安装心脏起搏器的人、有或疑有眼球内金属异物的人、动脉瘤银夹结扎术的人、体内金属异物存留或金属假体的人、有生命危险的危重病人、幽闭恐惧症患者等。不能把监护仪磁1.医院相关科室的设器、抢救器材等带进核磁共振检查室。另外，怀孕不到共置； 3个月的孕妇，最好也不要做核磁共振检查。 振2.磁共振价格、安全性； 2. 由于金属会对外加磁场产生干扰，患者进行核磁共的3.磁共振的应用范围； 振检查前，必须把身体上的金属物全部拿掉。不能佩戴初4.磁共振治疗的注意事如手表、金属项链、假牙、金属纽扣、金属避孕环等磁步项； 性物品进行核磁共振检查。此外，戴心脏起搏器，体内印5.治疗过程； 有顺磁性金属植入物，如金属夹、支架、钢板和螺钉等，象 都不能进行磁共振成像检查。进行上腹部（如肝、胰、肾、肾上腺等）磁共振检查时必须空腹，但检查前可饮足量水，有利于胃与肝、脾的界限更清晰。 磁共振的解释 通俗广场舞大妈求婚仪式 解释 定见百度 义 磁性发1820年至1830年 展史 1.伴奏相当于RF脉冲，大妈相当于磁核，摆出来的形状相当于成像， 2.不同大妈会不同的曲子 3.大妈的动作频率也不同 4.曲子的节奏也不同 5.曲子节奏要适当，不能快也不能慢，不能改编 6.大妈数量足够多，不然不清楚 1. 1820年，丹麦科学家奥斯特就发现了电流的磁效应； 2.1821年，法国物理学家安培提出“分子电流学说” 3.1822年，法拉第做实验发对分子电流假说。同年安培做实验反驳法拉第，同时错过了磁生电的发现。 4.1830年，法拉第发现电磁感应现象并发明人类第一台发电机。 1.1930年，伊西多·拉比发现外加射频对磁性原子核的作用。 2.1946年，哈佛大学两位教授发现磁场中的磁性核在施加特定频率RF后出现了能量变化的现象。 3. 核磁共振波谱学已经成为最成功的分析技术，应用范围包括化学的每一个分支学科。 发展史 磁共振从1930年到1993年 发展史 4.1967年，第一次在活体测得磁共振信号，随后医学上通过NMR技术获取了水分子的分布。 5. 1978 年底，第一套磁共振系统在位于德国埃尔兰根的西门子研究基地的一个小木屋中诞生。 1979 年底，当系统终于可以工作时，它的第一件作品是辣椒的图像。 6.张人脑影像于 1980年 3 月获得，当时的数据采集时间为 8 分钟。 7.1983 年，西门子在德国汉诺威医学院成功安装了第一台临床磁共振成像设备。 8.1993年，西门子成为全球第一个能够生产开放式磁共振成像系统的制造商。 磁共振成像系国内主要做的永磁体。 统的五大公司 1. 通用电气（中国）医疗集团； 2. 通用电气（中国）医疗集团 3. 西门子医疗； 4. 东软医疗系统有限公司； 5. 华润万东医疗装备股份有限公司 磁共振检查的工作过程 找到相关视频资料和图片 MRI设备的磁体在其扫描检查孔径内、Z轴（沿磁体孔洞方向）一定长度范围内（1.5T超导MRI 设备通常≤50※主磁场强度 厘米）产生磁场强度（即主磁场强度）均匀分布的静磁解释单位特斯拉和高斯 场，即主磁场B0。增加主磁场强度，可提高图像的信噪比（SNR）， ※磁共振成像系统的组成 磁体系统 ※磁场分级 低场（0.1T～0.5T）、中场（0.6T～1T） 高场（1.5T～2T） 超高场（3T及以上） 目前应用于临床的MRI设备主磁场强度大多为0.15 ~3.0T，主磁场强度的高低与磁体以及整机的造价成正比，目前0.35TMRI设备市场价格一般在600万元人民币左右，而进口一台3.0TMRI设备则需花费2000万元人民币。发达国家中1.5T以上的超导MRI设备已经相当普及；3.0TMRI设备从2005年起，开始大规模进入临床 衡量磁场随空间变化强弱的指标，磁场均匀度的单位为ppm（part per million），即特定空间中磁场最大场强与最小场强之差除以平均场强再乘以一百万。 衡量磁场随时间变化多少的指标 大约为60cm左右， ※磁场均匀性 磁场稳定性 磁体有效孔径 永磁铁（拼接而成）优点：能耗低 缺点：最大场强仅能达到0.5T 电磁铁（超导的技术简介）超导型磁体（super conducting magnet）是由电流通过超导体导线产生磁场，与常导型磁体的主要差别在于其导线由超导材料制成并将其置于液氦之中。超导体线圈的工作温度在绝对温标4.2K的液氦中获得的超低温环境，达到绝对零度（–273°C），此时线圈处于超导状态，没有电阻 功能是为MRI设备提供线性度优良、可达到高梯度磁场强度（又称梯度场强度）、并可快速开关的梯度场，以便动态地、依次递增地修改主磁场B0的磁场强度，实现成像体素的空间定位和层面的选择。此外，在梯度回波和其他一些快速成像序列中，梯度场的翻转还起着射频激发后自旋系统的相关重聚作用。 磁体种类 ※梯度磁场系统 功能 梯度磁场的线性 并非像楼梯一样的梯度，而是连续梯度 梯度场的方向按三个基本轴线X、Y、Z轴方向设计， 三个方向的梯度场的关这三个相互正交的任何一个梯度场均可提供层面选择系 梯度、相位编码梯度、频率编码梯度三项作用之一 梯度场强度 使用每米长度内梯度磁场强度差别的毫特斯拉量（mT/M）来表示。 射作用 频系组成 统 计算机及图像处理 低温保障冷却系统 负责实施射频（Radio Frequency，RF）激励并接收和处理射频信号，即MR信号 发射射频 和 接收射频 信号采集系统的采样频率至少应在24～240kHz以上。目前1.5T 和3.0T MRI设备的射频信号采样率一般在700KHz到3MHz之间 图像重建的运算主要是快速傅里叶变换 信号采集 数据处理和图像重建 磁共振检 查的优势与特色 主题 磁核与其在静磁场的 课时 3课时 相互作用 自然状态和静磁场状态等前提条件说清楚，运动和能量联系起来作图说明。 注意事项 务必写板书 教学重点 重点：用于成像的磁性核H质子 教学难点 难点：静磁场下的氢质子的能级分布、运动状态、磁矩方向等描述。 明确目标 微观粒子，尤其是H粒子的运动和能量规律是MRI成像的物理基础 原子核自旋（总角动量P） 中子（自旋和公转） 核磁共振 核磁共振中的“核” 类似于地球、陀螺等自转质子（自旋和公转） 物体。 核外电子（自旋和公转） 方向 与旋转平面垂直 不在静磁场的自旋 大小 用量子数I表征 静磁场中的自旋 方向 2I+1种的可能方向 自旋 质子和中子均为偶数如O,C,S ※核的自旋由量子数I——无自旋 决定，I由质子数和中子质子和中子至少一个是数决定。 H 奇数——有自旋 练习 自旋核的判定，例如 大小 自旋核 自旋不为零的原子核 有磁距u，矢量 方向（与P同线） ※磁性核才能与静电场磁核 自旋不为零的原子核 自旋核都是磁核 相互作用。 练习 判断题：O ,C放在杂乱无序的静磁场中，会发生方向上的转动吗？ 人体中的磁核间做对比 两个主要因素 H最终获胜（质子像） 磁核 自然状态磁性核在自然人体中 宏观上不显示磁性 下磁性核 无序排列 ※静磁场中的自旋核 空间取向 与磁场相互作用 （自旋）、（磁矩） 现实生活中的连续性 在BO方向的投影 ※可能取值：2I+1种 举例说明 I=1/2 Na 、I=1 N 温度、身高、体重、距离 宏观的世界更像连续的 19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂，英国著名物理学家威廉.汤姆生他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作（两朵乌云）。后来正是这两朵小小的乌云，终于酿成了一场大风暴。 1.1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式（能量子）实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，量子的世界 量子力学的发展史——亚原子粒子的主要物理学理论 从而得出普朗克公式，正确地给出了黑体辐射能量分布。 2.1905年，爱因斯坦引进光量子（光子）的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。 3.1913年，玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，在轨道上运动时候电子既不吸收能量，也不放出能量。原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，对于进一步解释实验现象还有许多困难。 量子力学的理解 人体中的磁核 自然状态下磁性核 磁核间做对比 磁性核在自然人体中 无序排列 两个主要因素 宏观上不显示磁性 空间取向 在BO方向的投影 举例说明 练习 低能级 高能级 方向的原因 1.自旋核的判断 H最终获胜（质子像） ※可能取值：2I+1种 I=1/2 Na 、I=1 N I=5/2的空间量子化 与静磁场同向 反向 低能级更容易区服 一个质子，没有中子 自旋量子数为1/2 M=-1/2、0、1/2 能级（基态） 指向（角动量、磁矩） 两种取向2I+1 两个能级2I+1 又叫进动 与磁场相互作用 （自旋）、（磁矩）、（能量） ※静磁场把公式放在一起讲 中的自旋核 ※能级的区分 （配合图解释） ※总结 以氢质子为例总结 作图说明 2.自旋核就是磁核 3.自然状态的无序性 ※4.静磁场下的氢质子 定义 自旋核在静磁场中旋进 形象描述 一个自转的物体受外力作用导致其自转轴绕某一中心旋转 陀螺 主题 注意事项 陀螺本身在自转、转轴又在绕着一条垂直线转动。 定义/方向判断 强调是在静磁场作用下 自旋核的旋进 ※※拉莫尔进动方程 计算氢质子的进动频率 氢质子的运动 既有自旋又有旋进 宏观磁化 课时 1课时 静磁场状态下，磁化矢量的不同，以及低能级和高能级的数量区别。