质子形成磁体的原理

磁共振成像（magnetic　resonance　imaging，MRI）是利用原子核在磁场内共振产生的信号经重建成像的一种成像技术，是继B超、CT之后又一种新的具有巨大潜在优越性的影像检查方法。它从三维空间多层面多方位地观察人体的异常，是医学影像学的又一个飞跃。磁共振检查安全、无创，从分子水平揭示疾病变化，发展前景广阔。

1946年，Boloch与Purcll分别发现了磁共振现象，并应用于波谱学。Lauterbur于1973年首先发明了MR成像技术。1979年，Haukes第一次用MR产生人体头像。从此，MR成像发展迅速，现已广泛应用于临床。

（一）MR成像原理

人体内氢核丰富，目前MRI都是用氢核或质子成像。

机体置于磁场中之后，体内的质子像一个个小磁棒，倾向与外磁场磁力线方向一致或相反。与主磁场方向一致者略多，同时有序排列的质子作快速的锥形旋转运动，称为进动。患者人体即是一个磁体，有了自己的磁场，即产生了磁化。磁化方向与机体纵轴（Z轴）一致，为纵向磁化。

向患者发射一个进动频率与质子相同的无线电波（称射频脉冲，RF），质子接收能量，从低能级跃迁到高能级，产生共振，即核磁共振。其方向与Z轴相反，使纵向磁化减小，射频脉冲使不同相位的质子作同步、同速即同相位的运动，质子在同一时间指向同一方向，磁矢量叠加，出现横向磁化。

当RF激发停止后，有关原子核很快恢复到原来的平衡状态，这个过程称弛豫（relaxation）。处于不同物理、化学状态下的原子核在RF激发和激发停止后所发生的相位变化、能量传递以及恢复到原来平衡状态的时间各不相同，这段时间称为弛豫时间，弛豫时间有两种：T1和T2。

T1弛豫时间又称为纵向弛豫时间（longitudinal　relaxation　time）或自旋－晶格弛豫时间（spin－lattice　relaxation　time），T1反映了质子置于磁场中产生磁化所需的时间，在此过程中，被RF激发跃迁到较高能态的质子将会将能量传递到晶格中能级较低的质子或其他磁性原子核。

T2弛豫时间又称为横向弛豫时间（transverse　relaxation　time）或自旋－自旋弛豫时间（spin－spin　relaxation　time）。T2表示在完全均匀的外磁场中横向磁化所维持的时间。T2衰减为共振质子之间的相互磁作用所引起。与T1不同，它不涉及能量的传递，只引起相位的变化。

人体各组织、器官的T1、T2值是相对恒定的，而且它们之间有一定的差别，这种弛豫时间上的差别，是MRI成像的基础。MRI成像有T1、T2和自旋质子密度（proton　density，Pd）等几个参数，不像CT只有一个参数即吸收系数（用CT值反映）。获得选定层面组织的T1、T2或Pd的差别，就可获得该层面的包括各种影像的图像。

（二）MRI设备

1．磁体　产生磁场，其磁场强度、均匀性和稳定性，直接影响MRI的图像质量。磁感应强度的单位为特斯拉（T）。磁体可分为永久磁体、阻抗磁体和超导磁体3种。超导磁体的磁感应强度可达数T，且均匀、稳定，是目前大多数MRI成像机采用的磁体。一般磁感应强度为0．35～1．5T。永久磁体的磁感应强度低于0．3T，永久带有磁性，运作时不耗能，但热稳定性较差。阻抗磁体又称电磁体，须冷却，磁感应强度一般在0．3T以下。

2．射频发生器和接收线圈　射频发生器向人体发射脉冲，磁化的氢原子吸收能量产生共振。停止射频发射后，氢原子发生弛豫，释放能量或产生MR信号，射频接收线圈即接收此时的MR信号。射频发射和接收线圈种类较多，有集发射和接收于一身的容积线圈，有仅有接收功能的表面线圈。

3．梯度线圈　梯度线圈产生梯度场，梯度场主要用于空间定位和某些成像过程，与主磁场相比，梯度场的场强较低。一般有3组梯度线圈，构成空间上3个轴向，即x，y，z　3个平面。

4．中央处理器，数据处理系统和记录设备　与CT相似。

5．工作站　其原理和作用与CT工作站相同，已成为MRI的基本配置之一。

近年来，磁共振技术发展迅速，逐步向高场强（3．0T及以上）、短磁体、高梯度场强、快切换率、射频通道多、相控阵线圈等方面发展。

（三）MRI图像的特点

MRI提供的信息量大于以往医学影像学中的其他成像技术，而且，它所提供的信息也不同于已有的成像技术。MRI虽然和CT一样都属于计算机成像，图像都是断面图像，但MRI与CT有许多不同之处。和CT相比，MRI具有下列特点：

1．可以直接于横断面、矢状面、冠状面和多种斜面成像，对组织器官解剖结构的显示更加清晰直观。

2．成像参数多。MRI成像主要有三个参数即氢质子密度Pd，弛豫时间T1、T2的成像，三者可分别成像或结合成像，分别称T1WI、T2WI及PdWI。具有一定T1、T2或Pd差别的各种组织，包括正常与病变组织，在MRI上呈不同灰度的黑白影。T1加权像适于观察正常解剖结构，T2加权像用于观察病变组织较好。除显示解剖形态外，MRI还可提供病理和生化信息。MRI多参数成像有助于显示正常与病变组织。

3．各种组织MRI信号特点各异。脂肪（包括骨髓）T1WI、T2WI均呈高信号的白影；脑和肌肉呈中等信号的灰影；含水液体T1WI呈低信号黑影，T2WI呈高信号；骨皮质、韧带、钙化T1WI、T2WI均呈低信号。

4．MRI检查技术。多序列技术，常用的脉冲序列为SE序列，还有部分饱和恢复脉冲序列、饱和恢复脉冲序列、反转恢复脉冲序列等。其他技术如脂肪抑制技术、水成像技术、MR血管造影技术（MR　angiography，MRA）及钆（Gd－DTPA，是一种顺磁物质，能使所结合组织的T1值明显缩短）对比剂增强扫描检查、电影成像技术、功能性MRI成像技术（包括扩散成像、灌注成像及脑活动功能成像）等，均进一步丰富、增加了MRI信息，明显提高了MR诊断的敏感性和特异性。

5．流空效应。利用血管内血流的磁共振特点，不用对比剂即可使心腔和全身较大血管腔直接显像，流空的血管腔成黑色，并可对血流速度和血流方向进行判断。

6．对软组织的分辨率更高。

7．没有CT图像中的那些伪影。

8．无电离辐射损伤和碘剂过敏反应之虑。

（四）MRI图像分析和诊断

分析MRI，首先要了解MR设备的类型、磁场强度和扫描的技术条件；结合冠状面、矢状面和横断面对每一幅图像进行分析；对比分析T1WI、T2WI及PdWI，特别是对加权程度轻重不同的T2WI进行分析，同时，对增强检查者应观察病灶有无强化及强化的方式和程度；注意分析不同的技术和方法的特点，均有利于病变的定性诊断。

（五）MRI应用特点

目前，MRI应用较广泛、较成熟的仍是中枢神经系统，除对脑和脊髓肿瘤、血管性病变及外伤的诊断外，对炎症、脱髓鞘疾病、代谢性病变也是最有效的检查方法。对骨骼肌肉系统、纵隔、心脏、大血管、腹部、盆腔等部疾病亦有较高的诊断价值，多序列成像、功能成像、波谱分析等极大地提高了磁共振成像的功能和诊断水平。MRI是评价恶性肿瘤术前分期和术后复发的最佳方法之一。MRI还是B超、CT检查诊断困难时的有效补充。

（六）MRI的缺点

1．成像速度较慢，检查时间长。

2．设备成本和维修费用高，检查价格昂贵。

3．对骨骼特别是骨皮质和钙化的显像欠佳。

4．带有心脏起搏器、体内有磁性金属性置入物者不能行MRI检查。

5．重症监护、急救病人，因抢救设备不能进入MRI检查室者，不能检查。

6．神志不清、不能自控者不能检查，须行麻醉后进行。

7．可出现幽闭恐怖综合征。

磁共振成像技术仅有20～30年的历史，其发展仍有很大潜力，目前MR技术主要趋向于快速成像技术、磁共振血管造影（MRA）、三维成像及实时成像、质子的渗透性及灌注成像等技术的研究和开发。MR成像作为分子影像学研究的手段之一，空间分辨率高，可同时获得生理和分子及解剖信息。随着新技术的开发和应用，将使MRI成像技术更加完美。