简述磁共振成像的原理

一、磁共振成像基本原理

1．磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性。核子的自旋产生小磁矩，类似于

小磁棒。质子数或中子数至少有一个为奇教的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化

来，其磁化矢量与静磁场同向。而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动（一方面不

断自旋，同时以静磁场为轴做圆周运动），进动频率(precession frequency)（即质子每秒进动的次数）为(00一/Bo，7为原子核的旋磁比(对于每一种原子核，7是一个常数且各不相同，如氢质子7值为42. 5MHz/T)，Bo为静磁场的场强大小。人体含有占比重70%以上的水，又由于氢质子磁矩不为零，这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源，其余信号来自脂肪、

蛋白质和其他化合物中的氢质子。

对静磁场中的质子群沿着垂直于静磁场的方向施加某一特定频率的电磁波——其频率在声波范围内，故称为射频(radio frequency，RF)-原来的宏观磁化就会以射频场为轴发生偏转（章动），其偏转角度取决于射频场的施加时间、射频强度和射频波形。当然，一个关键条件是：射频的频率必须与静磁场中的质子的进动频率一致。宏观磁化发生章动的实质是质子群中一部分质子吸收了射频的能量，使自己从低能级跃迁到了高能级。这种现象即称为原子核的磁共振现象。如果将此时的宏观磁化进行二维分解，会发现射频激励的效果是使沿静磁场方向的磁化矢量（纵向磁化）减小，而垂直于静磁场方向的磁化（横向磁化）增 大了。RF脉冲有使进动的质子同步化的效应，质子同一时间指向同一方向，处于所谓“同相”，其磁化矢量在该方向上叠加起来，即横向磁化增大。使质子进动角度增大至90。的RF脉冲称为90。脉冲，此时纵向磁化矢量消失，只有横向磁化矢量。同样还有其他角度的RF脉冲。质子的进动角度受RF脉冲强度和脉冲持续时间影响，强度越强、持续时间越长，质 子的进动角度越大，且强RF脉冲比弱RF脉冲引起履子进动角度改变得要快。

核磁共振成像原理及产生

核磁共振成像是一种利用人体内原子核在磁场中的自旋产生信号，再经过计算机处理而获得图像的技术。它具有高分辨率、高对比度、无创和无电离辐射等优点，已广泛应用于医学影像检查、临床疾病诊断及科研等方面。目前已成为一种重要的无创性影像检查技术，成为医学影像检查的“黄金标准”。正常情况下，人体内含有大量的氢原子核（质子）。这些质子由于各种原因在空间分布上有差异，且具有不同的磁矩，因此它们具有不同的自旋回波信号。由于人体内质子数目众多，其在空间中分布并不均匀，因此可利用计算机对其进行计算处理，产生磁共振信号（MRI），然后通过标准的数字图像显示出来。

一、核磁共振成像技术

核磁共振（NMR）技术是20世纪70年代发展起来的一种新的医学影像技术。它利用人体内原子核的自旋引起的电磁波信号，通过计算机对其进行分析处理，以图像形式显示出来。其优点是对人体组织没有任何伤害，不需要注射造影剂，无创无辐射，成本低，效率高。目前核磁共振技术已经应用到了临床上，并成为了现代医学影像检查中不可缺少的一个重要部分。

MRI包括两个基本部分：信号源和成像系统。其中信号源是一种特殊的磁场发生器，它由一套线圈组成，线圈中充满了自由电子。当一个人进入线圈时，就会在线圈内产生一个磁化电流（即核磁共振）；随着运动速度增加，磁化电流也随之增加，直到达到停止运动的速度时才停止。这样就产生了一系列不同频率和振幅的核磁共振信号（MRI）。

二、磁共振成像技术的分类

（一）扩散加权成像（DWI）

扩散加权成像是根据水分子在运动时扩散的方向和大小不同来确定加权系数的一种方法，它能获得组织的空间结构与功能信息，还能反映组织中水分子的运动情况，可用于检测和诊断各种疾病。在常规磁共振成像（MRI）中，由于组织内水分子的运动是由外磁场激发产生的梯度场引起的，故常采用梯度回波序列或扩散加权成像序列。DWI是通过采集T1WI和T2WI图像，利用不同序列对水分子运动进行成像，从而反映水分子在组织中的分布。DWI具有无创、无辐射、高分辨率和可定量等优点，它不仅可以区分出组织结构的细节和形态，还可以定量评估组织的生理功能。DWI是目前最先进和最有前途的技术之一。

医学影像知识：磁共振成像

磁共振成像（简称MRI），是上世纪八十年代发展起来的影像诊断技术，它彻底摆脱了放射线对人体的损害，其参数多，信息量大，多方位成像，对软组织分辨力高。MRI技术非常成熟，被广泛用于临床疾病的诊断，可以检查身体所有的实质性器官，由于具有多序列、多方位成像和高分辨率、无创伤、无辐射的特点，对神经系统（包括颅脑、脊柱和脊髓）、五官、胸部、腹部、盆腔、血管及骨骼肌肉系统等全身各系统有着广泛的应用，定位、定性诊断准确。

MRI 特点：

1.灰阶成像：像X线、CT图片一样有黑白灰度，但不表示密度，而是信号的强度。

2.流空效应：流动的液体信号不能获得，呈无信号与周围信号形成对比，如血管、脑脊液的流空。

3.可多方位、多层面成像，以二维、三维方式显示人体的解剖结构和病变，不仅能达到定位诊断，对定性诊断亦有重要的参考价值。

4.信息量大，最基本的三种图像，即质子密度像、T1加权像、T2

加权像，其它尚有多种成像技术，如利用血流的流空效应可构成血流成像，不用造影剂做成血管造影，叫做“核磁共振血管成像”（MRA），按人体管道对照水做成图像叫做水成像，如胆管成像（MRCP）、肾盂输尿管成像（MRU）、椎管成像和为了观察病变除掉脂肪的高信号干扰的多种脂肪抑制成像，水抑制（FLAIR）技术，以及研究人体的功能的功能成像等。

5.由于核磁共振现象直接反映人体内水分子中质子的周围环境状态和分子结构中的位置，这就提供了分子水平上的生化病理状态和信息，从而可以对人体内的水肿、感染、炎症、变性等后来形成的形态学上的变化之前进行早期的诊断，或超早期诊断。这是X线、CT、B超等影像技术不可比拟的。

6.对软组织的反差大，具有高分辨力，对确定炎症、水肿、肿瘤等病变范围十分明确，尤其是对外科确定手术范围提供了非常可靠的依据。

7.对人体没有任何放射性损害，可多次检查（多部位、多次复查）。

8.绝大部分病例不需要使用造影剂。

磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象。早在1946年Block与Purcell就报道了这种现象并应用于波谱学。Lauterbur1973年发表了MR成像技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。也应用于临床医学领域。近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称为磁共振成像。参与MRI 成像的因素较多，信息量大而且不同于现有各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。

一、磁共振现象与MRI

含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列。在这种状态下，质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场. 正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列

用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间，也是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称T1。另一种是自旋-自旋弛豫时间（spin-spin