磁共振成像概述

磁共振成像概述

磁共振成像( Magnetic Resonance Imaging )是利用人体内氢原子核在强磁场内共振产生影像的一种医学检查和诊断的方法。

•MRI是什么？

–——无线电波成像

•MRI的特点？

–——是软组织分辨率最高的影像检查手段

•MRI的适应症？

–——可适用全身检查

•功能MRI是什么？

–——可提供活体的结构、代谢信息

磁共振信号＝无线电波

依据质子拉莫尔频率，其波长位于短波或超短波。

如：0.5T 拉莫尔频率为21.3MHz, 波长为14.08m（短波）

1.5T 拉莫尔频率为63.9MHz, 波长为4.69m（超短波）

磁共振成像的定义：

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用射频（radio frequency，RF）电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR），用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。

核磁共振的含义：

核—磁共振现象涉及原子核（特别是氢原子核）

磁—磁共振过程发生在强大静磁场的巨大磁体内在静磁场上叠加射频场按时做激励诱发共振叠加梯度磁场进行空间标记并控制成像

共振—借助宏观世界自然现象解释微观世界的物理学原理（如音叉振动），核子间能量吸收与释放可产生共振（磁场中）

共振现象的三个基本条件

(1) 必须有一个主动振动的频率

(2)主动振动频率与被动振动的物体固有频率必须相同

(3) 主动振动物体具有一定强度并与被振动物体保持一定距离

磁共振具备三种磁场才能完成：即静磁场，梯度磁场，射频脉冲磁场。磁共振现象：

处于恒定磁场中的氢原子核，在特定频率（拉摩尔Larmor ）的射频脉冲( RF ) 影响下交替吸收、释放能量的过程。

什么是核磁共振现象？

位于静磁场中的人体组织受到射频场的作用产生磁共振信号并利用梯度场进行空间编码实现对信号的定位，通过计算机的重建处理，从而得到图像。

1.人体磁共振的基本成像过程：人体未进入静磁场，体内氢质子群

磁矩自然无规律排列；

2. 进入静磁场，所有自旋的氢质子重新排列定向，磁矩指向N 或S 极；

3. 通过射频线圈与静磁场垂直方向施加射频脉冲，受检部位氢质子

吸收能量并向一个方向偏转和自旋；

4. 射频脉冲停止，核磁弛豫开始，氢质子释放吸收的能量重新回到原来自旋的方向；

5. 释放的电磁能转化为磁共振信号；

6. 经梯度磁场做层面选择和相位编码及频率编码；

7. 经傅立叶转换和计算机处理形成图像。

磁共振成像系统的基本构成

主电源不间断

电源射频功放

装置

梯度场电

源装置

测量系统

电源装置

检查床

磁体

（射频、梯度线圈）

计算机控制台

液氦消耗记录装置

冷冻

压缩机

附加设备（心电门控，

打印、刻录等）

MRI在临床诊断中的特点和优势

MRI多方位成像（轴位，矢状，冠状位及斜面）

多种技术序列、参数成像（MRI、MRA、FMRI 、Perfusion、Diffusion、MRCP、MRU、MRS 等）

无创伤、不注射造影剂显示器官水成像、血管成像

神经系统显示病变高敏感性

急诊应用价值（急性脑梗塞、急性脑血管溶栓、脊髓外伤、主动脉夹层动脉瘤等）

骨关节、肌肉韧带、半月板解剖关系

利用MR制定放疗计划或手术前定位等。

对组织水分子运动扩散研究（Diffusion）

注入造影剂对血流灌注动态研究（Perfusion）

血氧平衡水平依赖（BOLD）

脑血容动脉自旋体标记（ASL）CBF、CBV

非介入方法对心脏形态解剖、内部结构、心肌功能、灌注负荷、血流量化、血管结构（冠脉）等应用

脑功能成像（fMRI）

血管间隙依赖fMRI（V ASO）

组织代谢测定波谱分析（MRS ）

介入磁共振……

磁共振成像的局限性：

成像速度慢

对钙化灶和骨皮质症不够敏感图像易受多种伪影影响

禁忌症多

定量诊断困难

磁共振成像基本原理

一、几个基本物理概念

1、向量— 代表一种数量值和方向。向量不仅用于物理学中的力，也表示磁场的大小和方向。表示形式：用直箭表示，箭长表示量值，箭头表示方向。向量常用于描述磁场量变，每一磁场均有其特有的幅值和方向，幅值就是磁场的强度。向量可被分解为分向量是一个很重要的概念。用三维坐标来表示空间内指向任何方向的一种向量，坐标中垂直轴方向用 Z 表示（指静磁场方向），水平轴用X 表示，平行Z 和X 平面的是Y 轴，如果 X 轴与Y 轴所在平面与Z 轴垂直，称XY 平面。向量值用 M 表示，M 与 X 轴之间有夹角, 这时M 可分解X 轴和 Z 轴方向的分向量 Mx ，Mz

2、磁体和磁场 ── 磁体产生磁场

磁体线圈有永磁式，空气芯或铁芯电磁体线圈和超导线圈。磁场强度

简单向量

X

用高斯（Gauss）或特斯拉（Tesla）表示，1Tesla=10000Gauss，地球磁场大约0.6Gauss

磁场梯度──指磁场强度内位置不同而改变，磁共振成像中梯度磁场梯度常设为从左至右、自下而上、由前至后磁场强度逐渐增强的梯度磁场。

射频脉冲磁场──正弦波振荡的射频电波，有射频脉冲线圈产生。电磁感应──通过调节线圈内电流的大小，变化磁场强弱，产生感应电压和电流，实际上产生了一种振荡磁场（发射线圈），另一线圈接受感应产生交流电。

组织的磁化──人体进入磁体后，由于强大磁场的作用使组织本身获得了一种静磁化。组织磁化是组织能够发射无线电信号最终形成图像成为可能。

二、核磁共振现象

（一）原子结构

原子可分为原子核与电子，原子核又可分为质子和中子，后两者均称为核子，具有自旋的特性，根据经典电磁学理论：旋转的电荷可视为环路上的运动电荷，具有自旋的运动电荷则应有磁矩，产生一个小磁场。

原子核的自旋：

原子核的一种特性。原子核中的质子并非静止，而是以自身的旋转轴作自旋运动，自旋与质子数目有关。

中子数质子数核自旋