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(wèn)題：圖像信號(hào)的來(lái)源、圖像組織對(duì)比度的來(lái)源、圖像空間信息的來(lái)源。磁共振成像也同樣要解決這些問(wèn)題?，F(xiàn)對(duì)磁共振成像的原理作一簡(jiǎn)單介紹。

1.核磁共振信號(hào)的來(lái)源

      磁共振成像，是依靠核磁共振現(xiàn)象來(lái)成像的。核磁共振現(xiàn)象，是指處于靜磁場(chǎng)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(jí)間產(chǎn)生共振躍遷。

      上述過(guò)程，是原子核與磁場(chǎng)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?，所以業(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(chǎng)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(jiǎn)稱為質(zhì)子。

      核磁共振現(xiàn)象是一個(gè)無(wú)法直觀觀察的現(xiàn)象，理解起來(lái)較為抽象，在此只作簡(jiǎn)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(chǎng)，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(lái)磁場(chǎng)后，原子核的磁距將圍繞外來(lái)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，稱為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)的頻率與外來(lái)磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比。宏觀上看，進(jìn)動(dòng)的原子核的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)是平行的，與外來(lái)磁場(chǎng)同向的原子核（低能級(jí)）要多于反向的（高能級(jí)），整體上看人體將具有磁場(chǎng)，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(chǎng)時(shí)，原子核的磁場(chǎng)方向?qū)l(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得低能級(jí)的原子核減少、高能級(jí)的原子核增多，即躍遷。這個(gè)過(guò)程是一個(gè)吸收能量的過(guò)程，稱為激發(fā)。

      當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(guò)程稱為馳豫。

      綜上所述，如果給人體施加一個(gè)外來(lái)的靜磁場(chǎng)，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(chǎng)（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(duì)磁共振信號(hào)的采集過(guò)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(lái)，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(duì)比度的來(lái)源

      質(zhì)子的弛豫，是因?yàn)榕c周圍磁場(chǎng)共振而發(fā)生的。質(zhì)子受周圍分子磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)高，無(wú)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(guò)低，也無(wú)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(duì)比。