第五章 核磁共振成像
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核磁共振成像在磁场的作用下,一些具有磁性的原子能够产生不同的能级,如果外加一个能量(即射频磁场),且这个能量恰能等于相邻2个能级能量差,则原子吸收能量产生跃迁(即产生共振),从低能级跃迁到高能级,能级跃迁能量的数量级为射频磁场的范围。
核磁共振可以简单的说为研究物质对射频磁场能量的吸收情况。
定义核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称NMRI),又称自旋成像(spin imaging),也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称MRI),台湾又称磁振造影,是利用核磁共振(nuclear magnetic resonnance,简称NMR)原理,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的结构图像。
将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具。
快速变化的梯度磁场的应用,大大加快了核磁共振成像的速度,使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。
物理原理核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。
它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生章动产生射频信号,经计算机处理而成像的。
原子核在进动中,吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲,即外加交变磁场的频率等于拉莫频率,原子核就发生共振吸收,去掉射频脉冲之后,原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来,称为共振发射。
共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。
核磁共振成像的“核”指的是氢原子核,因为人体的约70%是由水组成的,MRI即依赖水中氢原子。
当把物体放置在磁场中,用适当的电磁波照射它,使之共振,然后分析它释放的电磁波,就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。
核磁共振成像原理核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是一种非侵入性的影像学技术,可以用于检测人体及其他生物体的内部结构和功能。
核磁共振成像的原理基于核磁共振现象,通过对核自旋的控制和检测,能够获得体内不同组织的详细信息。
核磁共振是指具有外部磁场时,原子核的自旋状态发生改变的现象。
在强磁场作用下,原子核的自旋呈现出两个能级,即平行和反平行两个状态。
这两个能级之间的转换需要吸收或放出能量,并在特定频率下发生共振。
强静态磁场通常由强大而稳定的大型电磁体产生,它在整个成像区域内产生均匀且稳定的静态磁场,使静态磁场方向沿Z轴。
梯度磁场是一个在空间上变化的磁场,用于定位信号的产生位置。
它通过改变磁场的方向和大小,能够对信号进行编码和定位。
射频场是通过发射线圈产生的,用于激发和接收信号。
发射线圈位于成像区域内,通过引入高频电场来扰动静态磁场,使原子核的自旋状态发生变化。
在成像过程中,首先给被检体加入静态磁场。
然后通过梯度磁场,对被检体进行空间编码,此时被检体各处的原子核将共振频率略有差异,使得它们能够被区分开来。
接下来通过向被检体施加射频场的脉冲,使部分原子核从低能级跃迁至高能级。
当脉冲结束后,原子核将从高能级回到低能级并释放能量。
此时,被检体周围的线圈能够感应到这些能量的释放,并将其转化为电信号。
通过对这些信号进行数字化处理和分析,可以重建出被检体内的图像。
MR图像能够提供组织的对比度和解剖学细节,使医生能够诊断和评估疾病。
核磁共振成像因其非侵入性、无辐射、造影剂安全等优点,广泛应用于医学诊断、生物医学研究等领域。
它可以检测到早期病变、评估组织功能、跟踪疾病进展,对于肿瘤,心血管疾病,神经系统疾病等的检测具有很高的准确性和可靠性。
总结起来,核磁共振成像原理是通过利用原子核自旋的特性,在外加静态磁场、梯度磁场和射频场的作用下,激发和接收原子核产生的能量,并通过数字化处理和分析,得到人体或其他生物体内部的详细结构和功能信息。