磁共振成像的原理

       想獲得人體的體層圖像，任何成像系統(tǒng)都需要解決三方面問題：圖像信號(hào)的來源、圖像組織對比度的來源、圖像空間信息的來源。磁共振成像也同樣要解決這些問題?，F(xiàn)對磁共振成像的原理作一簡單介紹。

1.核磁共振信號(hào)的來源

       磁共振成像，是依靠核磁共振現(xiàn)象來成像的。核磁共振現(xiàn)象，是指處于靜磁場中的原子核系統(tǒng)受到一定頻率的電磁波作用時(shí)，將在他們的磁能級間產(chǎn)生共振躍遷。

       上述過程，是原子核與磁場發(fā)生的共振，所以稱為核磁共振，因?yàn)椤昂恕弊稚嫦雍溯椛洌詷I(yè)內(nèi)將其改稱為磁共振。

       氫原子是人體中含量最多的元素，它的核只有一個(gè)質(zhì)子，是最活躍、最易受磁場影響的原子核。所以磁共振成像采集的是氫原子核的信號(hào)。業(yè)內(nèi)常把氫原子核簡稱為質(zhì)子。

    核磁共振現(xiàn)象是一個(gè)無法直觀觀察的現(xiàn)象，理解起來較為抽象，在此只作簡要解釋。

    所有的原子核都在不停地自旋。含有單數(shù)質(zhì)子的原子核，自旋時(shí)產(chǎn)生磁場，也就是核磁，因它有大小有方向，我們稱它具有自旋磁。

    加入外來磁場后，原子核的磁距將圍繞外來磁場旋轉(zhuǎn)，稱為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)的頻率與外來磁場的強(qiáng)度成正比。宏觀上看，進(jìn)動(dòng)的原子核的磁場與外磁場是平行的，與外來磁場同向的原子核（低能級）要多于反向的（高能級），整體上看人體將具有磁場，稱為磁化。

    當(dāng)再加一個(gè)頻率與原子核進(jìn)動(dòng)頻率相同的旋轉(zhuǎn)磁場時(shí)，原子核的磁場方向?qū)l(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得低能級的原子核減少、高能級的原子核增多，即躍遷。這個(gè)過程是一個(gè)吸收能量的過程，稱為激發(fā)。

    當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場被撤消后，原子核將逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)，并以電磁波的形式釋放出當(dāng)初吸收的能量，這個(gè)過程稱為馳豫。

    綜上所述，如果給人體施加一個(gè)外來的靜磁場，再給予一個(gè)短暫的、與質(zhì)子共振相同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場（即射頻脈沖），之后采集電磁波信號(hào)，就可以獲得人體的磁共振信號(hào)了。

    對磁共振信號(hào)的采集過程給予一個(gè)形象的比喻，可以把質(zhì)子比喻成衛(wèi)星，我們從發(fā)射電臺(tái)發(fā)送信號(hào)，衛(wèi)星獲得信號(hào)，再重新發(fā)射出來，地面的收音機(jī)就可以收聽到節(jié)目了。

2.磁共振成像組織對比度的來源

    質(zhì)子的弛豫，是因?yàn)榕c周圍磁場共振而發(fā)生的。質(zhì)子受周圍分子磁場的影響而發(fā)生的弛豫，稱為自旋-晶格弛豫（縱向弛豫、T1弛豫）:質(zhì)子受其它質(zhì)磁場影響而發(fā)生的弛豫，稱為自旋-自旋弛豫（橫向弛豫、T2弛豫）。

    以T1弛豫為例，質(zhì)子周圍的分子是在不斷震動(dòng)的，震動(dòng)頻率與分子大小成反比。水分子非常小，震動(dòng)頻率過高，無法與質(zhì)子交換能量，弛豫速度就慢；蛋白質(zhì)分子非常大，震動(dòng)頻率過低，也無法與質(zhì)子交換能量，弛豫速度也慢，但快于水；脂肪的震動(dòng)頻率與質(zhì)子的共振頻率接近，所以脂肪的弛豫速度最快。弛豫速度越快，采集到的信號(hào)就越強(qiáng)。由于不同組織含有上述三種成分的比重不同，它們之間就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)對比。

    實(shí)際掃描過程中，獲得的信號(hào)既包含T1信號(hào)，也包含T2信號(hào)。通過調(diào)節(jié)掃描參數(shù)，可以使所得信號(hào)中某種信號(hào)所占的比例大些，稱為加權(quán)成像（英文縮寫為WI）。除T1加權(quán)（T1WI）、T2加權(quán)（T2WI）外，還可以有質(zhì)子密度加權(quán)（PdWI）和混合加權(quán)。