磁共振成像的基本原理

磁共振成像的基本原理

姓名：欧阳淑娟学号：85

摘要：自20世界40年代发现磁共振现象以来，科学家们经过努力探索，借助计算机技术及图像重建技术，成功的在医学领域实现了磁共振现象。利用人体组织中氢原子核（质子）在磁场中受到射频脉冲的激励而发生核磁共振现象，产生磁共振信号，经过电子计算机处理，重建出人体某一层面的图像的成像技术。简介磁共振成像的基本原来。

关键字：磁共振成像原理

为了能使所选用的原子核具有磁矩，必须选用存在奇数质子、中子或质子数与中子数只和为奇数的原子核，这样，在原子核内总会存在一个未配对的质子，且不论这个质子的旋转方向或磁场放心如何，都会产生一个净磁场，是选用的原子核具有磁矩。

在人体内存在相当多的氢质子，每个氢质子自身都具有一个小磁场，并且绕自己的轴进行旋转，具有磁矩。在自然的状态下，每个氢质子间的磁矩都是随机分布并相互抵消的，如果把所有的磁矩进行叠加，所得的净磁场的强度则为零。这时就需要一个强大的外界主磁体系统，产生一个均匀、稳定的静态磁场，当将人体放入此静磁场中时，原处在人体中的氢质子将沿此静磁场的磁感应方向所排列，并产生净化矢量，但并非所有的的氢质子都排列在相同的方向上，其中，有大约一半的低能态氢质子沿着静磁场的磁感应方向所排列，而另一半高能态的氢质子与静磁场的磁感应相反方向所排列，在此时，氢质子间的磁化矢量为零，经过一段时间之后，约百万分之一的逆静磁场方向的氢质子发生翻转，之后，这些翻转后的氢质子的磁化矢量叠加而形成一个净磁化矢量，并以拉莫尔频率沿磁场方向进行进动。

氢质子在静磁场中进行自旋时，使氢质子的旋转轴与静磁场的轴存在一定的角度，即氢质子在水平面即XY面上有一个横向的磁化矢量的投影，但氢质子的运动是随机分布的，使得在横向磁化矢量的投影相互抵消，而氢质子的纵向磁化矢量则叠在一起，在Z轴上合成一个净磁化矢量，即纵向磁化矢量Mz，与原静磁场的方向一致，但不发生进动，正因为在Z轴上的磁化矢量无进动而不能获取其采集到的信号，在沿X轴的方向上发射一个RF脉冲，并规定此脉冲的频率与氢质子的进动频率一致，使氢质子既绕原静磁场进动又绕X轴上RF脉冲的磁场进行进动，使得氢质子逐步螺旋向下翻转到XY平面上，与原Z轴形成一定的角度，并称此角为翻转角。

翻转角的大小由射频脉冲的大小来决定，能使M翻转90度至XY平面的脉冲称之为90度脉冲。在外来射频脉冲的作用下Mz除产生横向磁化矢量外，这些质子同向进动，相位趋向一致。

当处在静磁场中的自旋氢质子吸收了RF射频脉冲的能量后，由低能态想高能态跃迁的过程，指90度射频脉冲停止后纵向磁化逐渐恢复至平衡的过程，亦

就是Mz由XY平面回复到Z轴的过程，称纵向弛豫。其快慢用时间常数T2来表示，可定义为纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的63％所经历的弛豫时间。不同的组织T1时间不同，其纵向弛豫率的快慢亦不同，故产生了MR信号强度上的差别，它们在图像上则表现为灰阶的差别。由于纵向弛豫是高能原子核释放能

量恢复至低能态的过程，所以它必须通过有效途径将能量传递至周围环境中去。大分子物质（蛋白质）热运动频率太慢，而小分子物质（水）热运动太快，两者都不利于自旋能量的有效传递，故其T1值长（MR信号强度低），只有中等大小

的分子（脂肪）其热运动频率接近拉莫尔频率，故能有效快速传递能量，所以TI 值短（MR信号强度高）。通过采集部分饱和的纵向磁化产生的MR信号，具有T1

依赖性，其重建的图像即为T1加权图像。

当射频脉冲停止后，质子又恢复到原来各自相位上的过程称横向弛豫，这种横向磁化逐渐衰减的过程称为T2弛豫。T2为横向弛豫时间常数，它等于横向磁

化由最大值衰减至37％时所经历的时间，它是衡量组织横向磁化衰减快慢的一个尺度。T2值也是一个具有组织特异性的时间常数，不同组织以及正常组织和病理组织之间有不同的T2值。大分子（蛋白质）和固体的分子晶格固定，分子间的自旋一自旋作用相对恒定而持久，故它们的横向弛豫衰减过程快，所以T2短（MR信号强度低），而小分子及液体分子因具有快速平动性，使横向弛豫衰减过程变慢，故T2值长（MR信号强度高）。MR信号主要依赖T2而重建的图像称

为T2加权图像。

当外来射频脉冲停止后，由Mz产生的横向磁化矢量在原静磁场作用下，将由XY平面逐渐回复到Z轴，同时以射频信号的形式放出能量，其质子自旋的相位一致性亦逐渐消失，并恢复到原来的状态。这些被释放出的，并进行了三维空间编码的射频信号被体外线圈接收，经计算机处理系统后重建成图像。

参考文献：

李月卿·磁共振成像·医学影像成像原理，2009，5：134～175。

磁共振成像原理·医学影像园，2010，8。

感谢医学影像成像原理编辑及医学影像园相关人员所贡资料。