奇妙的磁共振成像

1奇妙的磁共振成像

对“磁共振”一词，现在很多人并不陌生。尤其是那些去过大医院的患者或家属，则常常听说、或看到或亲身体验过。但它对人体有没有伤害？这是很多人关心的问题。

磁共振一词是英文“magnetic resonance”的译名，最初称为核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR），考虑到人们对“核”一词比较敏感，易误认为“核”就是放射核素，会造成人体伤害，因此后来将核一字去掉，而称为磁共振。在医学领域通常用磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）；磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）；磁共振波谱（magnetic resonan cespe ctroscopy，MRS）；磁共振功能成像（function magnetic resonance imaging，FMRI）等。

究竟磁共振是什么？首先，要了解磁共振的原理。我们在中学学过化学、生物学，知道物质或人体是由许许多多的分子组成，而分子由许多原子核和周围的电子组成，原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。从理论上讲，任何一个原子核，只要所含的质子或中子的任何一个为奇数时，就具备磁性，就可用来产生磁共振信号。因此很多元素都可用于磁共振成像。由于氢在人体内分布广，含量多，大量存在于脂肪、水中，又加之其对磁共振信号灵敏，因此便选用作为磁共振成像的信号来源。人体内的质子，就像地球一样，每时每刻都在自动旋转，自旋的质子像一个小磁铁，有南北极，磁的方向是以矢量而定，称为磁矩，由南向北指向，也就是说磁矩总是绕着自己的轴旋转。在无外加磁场时，质子的磁矩的方向是任意的无净磁出现，即M= 0，也就是说各个质子的磁矩方向与外加磁场方向一致，或是相反。与外加磁场方向一致者，称之为低能状态或接地状态；相反者为高能状态或激励状态。低能状态的质子数目比反方向高能状态的质子数要多，所以净磁的方向与外加磁场的方向一致。现在再来看看如何激发净磁旋转，我们做一个小试验，要使小孩玩的陀螺旋转，就要用绳子抽动，如要陀螺转得更快，只要再次用绳子抽动后，它就旋转得更快。又如要激发指南针摆动，只要用手指撞击它便可。那么要激发净磁用什么呢？换言之，要激发置于磁场中的氢质子是什么呢？是用无线电波频率，又称之为射频脉冲（radio frequencepulse简称RF）。当射频脉冲与质子运行的频率一致时，共振就会产生，质子吸收能量，旋转加快，此过程称为激励，且为吸收能量的过程。当射频除去后，质子所吸收的能量要释放出来，也就是说净磁要从高能状态恢复到低能状态，此过程称为恢复过程，即弛豫过程，在此过程中，质子要将所吸收的能量释放出来，接受线圈将质子释放出的能量转化为电流信号，此即MR信号。由于此信号是由于质子在释放能量时感应线圈所产生的电流信号，因此不是放射核素，也没有像CT那样的辐射损害。MR信号出现了，但要这些信号变成图像还要经过计算机的复杂处理，进行频率编号和相位编号，再根据某一个点的信号的强弱，来组成人体各个层面的图像。医生通过分析这些图像的特性，来了解人体的正常，判别异常，认识疾病。

人体磁共振成像时，信号的强弱取决于质子的多少，即质子的密度，如脂肪、水、肌肉、血液和骨中氢质子的含量不同，其信号的强弱亦不同，这就是所谓的质子密度图像。但由于质子在人体中差异仅10%，用灰阶图像显示很难用肉眼观察。除质子密度对成像起作用外，组织的其他特性对信号有更重要的影响，这就是组织的弛豫时间。

在人体组织中，分子受邻近其他磁性质子的影响，质子受射频激励后，立即有两个弛豫过程发生即T₁和T₂弛豫时间。所谓T₁时间是指质子受RF激励后，质子吸收能量，当RF一停止，质子释放出能量，纵向磁化开始恢复，此恢复时间用T₁弛豫时间表示，称为纵向弛豫时间，简称T₁。当RF一停止，即相位一致，数百万个质子活动频率一致，此时的信号最强。由于人体组织固有特性，分子与分子之间的相互作用，而导致相位不一致，使它们释放出来的能量或信号相互抵消或完全丧失，此过程所需要的时间，即T₂弛豫时间，又称为横向弛豫时间，简称T₂。由于人体组织的T₁、T₂差异明显，因此很容易用灰阶图像来显示其差别。所以常用T₁和T₂图像来观察病变的特点，以便区别他们的特性。由此看来，决定MR图像的组织参数至少有三个，即组织质子密度，T₁弛豫时间，T₂弛豫时间，且以后二者为明显。

综上所述，磁共振成像的奥秘有四点：①将人体放置在静磁场内。②用RF激发质子。③除去激发，使净磁返回到平衡状态，质子释放能量，引起接受线圈内产生电流信号，即MR信号，此信号的强度与质子密度及弛豫的速率（T₁、T₂）成正比。④再将采集到的MR信号进行梯度磁场、频率编码和相位编码，从而决定每一个像素的空间位置，然后再由许许多多的像素组成一幅精美的人体解剖结构图像，其分辨率和对比为以往各种技术无法比拟。医生通过分析，很容易作出诊断和治疗。在MR一定的磁场强度范围内，对人体不会造成不良影响，所以是一种非损伤性检查。但是，MRI设备昂贵，检查费用高，对某些器官和疾病的检查还有限度，因此，需要合理应用，掌握适应证。

最近的研究更揭开MR新的一页。MR已被用来对人脑功能、生理和代谢参数进行测量和成像，可以监测脑灌注情况，可以在精神和智力活动时检查脑组织血流的变化，从而获得脑功能图像，包括研究感觉和运动功能，直至探索识别其活动过程。这无异将对人体结构、生理和代谢以及生化信息的认识进一步深化。