人体用于磁共振成像的原子核是

五、磁共振成像

1930年，美国物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。磁共振成像，见图2.10。

1946年两位美国科学家布洛赫（Bloch）和珀塞尔（Purcell）发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是最初人们对核磁共振现象的认识，为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。

图2.10　磁共振成像

之后，医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象。利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息，从而精确绘制人体内部结构。在这一理论基础上，1969年纽约州立大学南部医学中心的医学博士达马迪安通过测算核磁共振的弛豫时间成功地将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开。在达马迪安新技术的启发下，纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特布尔于1973年开发出基于核磁共振现象的成像技术（MRI），并且应用他研制的设备成功地绘制出了一个活体蛤蜊的内部结构图像。

2003年，美国科学家保罗·劳特布尔（Paul C.Lauterbur，1929年-）和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield，1933年-）因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。其基本原理是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接收器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫作核磁共振成像（magnetie resonance imaging，MRI）。

1978年年底，第一套磁共振系统在位于德国埃尔兰根的西门子研究基地的一个小木屋中诞生。1979年年底，当系统终于可以工作时，它的第一件“作品”是辣椒的图像。第一张人脑影像于1980年3月获得，当时的数据采集时间为8分钟。1983年，西门子在德国汉诺威医学院成功安装了第一台临床磁共振成像设备，见图2.11。MRI基本结构见图2.12。

图2.11　磁共振成像设备

图2.12　MRI基本结构原理

MRI是继CT之后医学影像诊断技术的又一重大进展。近年来MRI新技术层出不穷，使临床应用范围不断扩大，如液体吸收反转恢复（FLAIR）序列明显改善对蛛网膜下隙及其病变的显示能力。MRI弥散加权像（DWI）可在细胞水平上早期检测水分子运动受限的疾病。MRI灌注加权像（PWI）可检测局部脑血容量（rCBV）、局部脑血流量（rCBF）和造影剂平均通过时间（MTT）等生理和血流动力学资料。对中风患者而言，弥散加权图像与灌注加权图像所显示的病灶范围不一致，可用来确定缺血区内仍有存活脑细胞的半暗带，这对制订治疗方案和改善患者的预后都至关重要。PWI还用于高度恶性肿瘤的确定和治疗后随访，以区分肿瘤与坏死组织。磁共振功能成像（fMRI）突破了既往研究脑功能“黑箱技术”的限制，是迄今为止研究认知科学的最佳工具，可研究视觉、听觉、运动、感觉以及认知等脑功能。临床应用方面主要是进行神经中枢的定位。在神经外科手术前设计手术入路，避免手术对重要脑功能区的损伤，以取得良好效果。

活体定域脑组织的MR波谱（MRS）检查可显示脑组织代谢和生物化学改变，其中1HMRS能检测脂肪、氨基酸、酮体和乳酸等生物重要代谢物质，31PMRS用于能量代谢的检查，并可测定组织的pH值。此外，13CMRS可检测葡萄糖无氧酵解过程，23Na和39K的MRS可观察钾、钠离子动力学变化等。作为一种研究工具，MRS（见图2.13）已经成熟并进入临床应用阶段，但主要缺点为敏感度较低。

与CT比较，MRI优势明显，可提供冠状位、矢状位和横位三位图像，图像更清晰，对人体无放射损害，无骨伪影，可清楚显示脊髓、脑干和后颅窝等病变。MRI主要用于脑梗死、脑出血、脑肿瘤、颅内动脉瘤和血管畸形、脑白质病变和脱髓鞘病、颅内感染、神经系统变性疾病、椎管和脊髓病变及神经系统发育异常病变等的诊断。除此之外，MRI图像对脑灰质和脑白质可产生明显的对比度，常用于脱髓鞘疾病、脑白质病变及变性疾病的诊断。尤其对脊髓病变，如脊髓肿瘤、脊髓空洞症、椎间盘突出、脊椎转移瘤和脓肿等诊断更有优势。然而，在检查颅骨骨折、急性颅脑损伤、急性出血病变和钙化灶等方面则不如CT。

图2.13　MRS