核磁共振成像原理

核磁共振成像也称磁共振成像，是利用核磁共振原理，经常为人们所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P，在物理、化学、YL、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。

核磁共振成像系统

核磁共振成像是一种较新的医学成像技术，国际上从一九八二年才正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变。它在很多地方优于X线CT。虽然X-CT解决了人体影响重叠问题，但由于提供的图像仍是组织对X射线吸收的空间分布图像，不能够提供人体器官的生理状态信息。当病变组织与周围正常组织的吸收系数相同时，就无法提供有价值的信息。只有当病变发展到改变了器官形态、位置和自身增大到给人以异常感觉时才能被发现。核磁共振成像装置除了具备X线CT的解剖类型特点即获得无重叠的质子密度体层图像之外，还可借助核磁共振原理精确地测出原子核弛豫时间T1和T2，能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来。这些信息通过计算机重建的图像是成分图像（化学结构像），它有能力将同样密度的不同组织和同一组织的不同化学结构通过影像显示表征出来。这就便于区分脑中的灰质与白质，对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大的优越性，其软组织的对比度也更为精确。

核磁共振成像图

核磁共振成像原理

核磁共振成像方法指的是将人体组织所发出的微弱的磁共振信号如何重建成一幅二维断面图像的方法，主要有点成像法、线成像法、面成像法，体积成像法等。

(1)点成像法：对每个组织体素信号逐一进行测量成像的方法，主要包括敏感点法和场聚焦法。

(2)线成像法：一次采集一条扫描线数据的方法，主要包括敏感线成像法、线扫描以及多线扫描成像法、化学位移成像法等。

(3)面成像法：同时采集整个断面数据的成像方法，主要包括投影重建法、备种平面成像法以及傅立叶变换成像法等。

(4)体积成像法：在面成像法的基础上发展起来的，不使用选层梯度进行面的选择，而是施加二维的相位编码梯度和一维的频率编码梯度同时对组织进行整个三维体积的数据采集和成像方法。磁共振的成像方法很多，但选择RF脉冲的带宽和形状，使之能激发一个已知的频带，并控制梯度场来选取一个点、一条线、一个层面，甚至选取整个成像体积来获得信号，是各种成像方法的共同点。任何一种成像法的实现，均与机器的软硬件设计紧密相关。

当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态，而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态，从微观上讲，将诱发两种能态间的质子产生能态跃迁，被激励的质子从低能态跃迁到高能态，出现核磁共振。从宏观上讲，受到射频脉冲激励的质子群偏离原来的平衡状态而发生变化，其变化程达的位置度取决于所施加射频脉冲的强度和时间。施加的射频脉冲越强，持续时间越长，在射频脉冲停止时，Ｍ离开其平衡状态B0越远。在MRI技术中使用较多的是90°、180°射频脉冲。施加90°脉冲时，宏观磁化矢量M以螺旋运动的形式离开其原来的平衡状态，脉冲停止时，M垂直于主磁场B0。

核磁共振原理是核磁共振成像的基础。但要由MR信号构成一幅磁共振图像需要解决许多复杂的技术问题，比如采集磁共振信号的方法，人体断层面的选择，FID信号的处理和用采集到的数据重建断层图像的方法等等。在X线－CT中，被照物体和每个检测器之间的空间位置是一一对应的，通过检测X线在人体的吸收衰减，反映断层面的空间位置。但在MR成像中，是通过接收磁共振系统发出的FID信号作为信号源，再通过适当的变换进行图像重建的。磁共振图像的成像流程如下图所示：

由核磁共振原理知道，原子核系统的核磁共振是在特定频率（£）的射频脉冲作用下产生的，当射频脉冲停止后核系统产生弛豫，在与静磁场Bo垂直的方向上放置的线圈将接收到

9FID信号。无论在核的共振吸收阶段，还是在核的弛豫过程中，核的进动都遵从Larmor公式的规律即ωo＝γBo。当静磁场Bo一定时，包含在Bo场中的同种核将以相同的频率进动，接收到的FID信号将是频率为ωo的衰减正弦振荡。可以利用一个90°脉冲和随后的180°，脉冲获得这个FID信号。在一个被选的平面上，像点是由X、Y两个坐标表示的。当加上RF射频脉冲后，从预备阶段进人到进展阶段，梯度场开始作用。然后，分别加上两个梯度场（X轴方向的梯度场Gx,Y轴方向的梯度场Gy）中的一个，这样先加的场开始作用（如Gx），在tx秒后切断Gx，再加Gy。于是在ty（检测阶段）时间内就收到了自感应衰减信号。此时，对样本施以频率编码脉冲，就可得到与编码一一对应的检测信号，即检测到的信号（两个方向的信号叠加）是空间位置的函数。