医学实习报告——核磁共振成像仪的原理和应用

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1、 医学实习报告 核磁共振成像仪的原理和应用 班级：生物医学 0902 姓名：xx 日期：2010 年 1 月 6 日 核磁共振成像仪的原理和应用 摘要 核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。核磁共振成像仪就是因 这项技术而产生的仪器。它是继 CT 后医学影像学的又一重大进步。 自 80 年代应用以来，它以极快的速度得到发展。核磁共振是一种物 理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学、生物等领域，到 1973 年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混 淆，把它称为核磁共振成像术(MRI)。 关键词 核磁共振、扫描、成像、计算机 正文： 前言 1930 年代，物理学家伊西多拉比

2、发现在磁场中的原子核会沿磁 场方向 呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后， 原子核的自 旋方向发生翻转。 1946 年，美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫发现， 将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加 以特定频率的射频场， 就会发生原子核吸收射频场能量的现象， 这就 是人们最初对核磁共振现象的认识。 人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途， 早期核磁 共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及 核自旋等，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响， 发展 出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱 技术不断发展，

3、 从最初的一维氢谱发展到碳谱、二维核磁共振谱等高 级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强。 进入 1990 年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定 蛋白质分子三级结构的技术， 使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定 成为可能。后来核磁共振广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织 与活体组织分析，病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。 20 世纪 70 年代，脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了，它使 13C 谱的应用也日益增多。 仪器结构 MRI 是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特 点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入 计算机，经过处理转换在屏

4、幕上显示图像。 其中型台式核磁共振成像仪主要由谱仪、磁体柜、电子柜、梯 度柜、监视器等部分组成。 仪器原理 核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的 运动。根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量， 其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显 示，不同类型的原子核自旋量子数也不同： 质量数和质子数均为偶数 的原子核，自旋量子数为 0；质量数为奇数的原子核，自旋量子数为 半整数； 质量数为偶数， 质子数为奇数的原子核， 自旋量子数为整数。 迄今为止，只有自旋量子数等于 1/2 的原子核，其核磁共振信号才能 够被人们利用， 经常为人们所利用的原子核有： 1

5、H、 11B、 13C、 17O、 19F、31P。 由于原子核携带电荷， 当原子核自旋时， 会由自旋产生一个磁矩， 这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同， 大小与原子核的自旋角动 量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向 不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转， 这一现象类似陀螺在旋转 过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。 原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定， 也就 是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自 旋进动的频率是固定不变的。 原子核发生进动的能量与磁场、原子核 磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子

6、力学原理，原子核磁矩 与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核 的磁量子 数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能 平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。 当原子核在外加磁场中接 受其他来源的能量 输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩 与外加磁场的夹角会发生变化。 这种能级跃迁是获取核磁共振信号的 基础。为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃 迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物 理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候， 射频场的能量才能够有效地被原子核吸收， 为能级跃迁提供助力。因 此某种特定的原子核， 在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射 频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。 仪器的应用和现代发展 MRI 对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉 血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见 疾病非常有效， 同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也 很有效。NMR 在生物学研究中范围很广。主要有：分析研究 、热力