MRI成像原理及相關介紹

MRI是利用原子核在磁場內共振所產生信號經重建成像的一種成像技術。 MRI（磁共振成像）作為一項新的醫學影像診斷技術，近年來發展十分迅速。磁共振成像所提供的信息量不但多于其他許多成像技術，而且以它所提供的特有信息對診斷疾病具有很大的潛在優越性。

含單數質子的原子核，例如人體內廣泛存在的氫原子核，其質子有自旋運動，帶正電，產生磁矩，有如一個小磁體（圖1-5-1）。小磁體自旋軸的排列無一定規律。但如在均勻的強磁場中，則小磁體的自旋軸將按磁場磁力線的方向重新排列（圖1-5-2）。在這種狀態下，用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF）進行激發，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發生了磁共振現象。停止發射射頻脈沖，則被激發的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來，其相位和能級都恢復到激發前的狀態。這一恢復過程稱為弛豫過程（relaxationprocess），而恢復到原來平衡狀態所需的時間則稱之為弛豫時間（relaxationtime）。有兩種弛豫時間，一種是自旋-晶格弛豫時間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時間（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時間，也是90°射頻脈沖質子由縱向磁化轉到橫向磁化之后再恢復到縱向磁化激發前狀態所需時間，稱T1。另一種是自旋-自旋弛豫時間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時間（transverse relaxation time）反映橫向磁化衰減、喪失的過程，也即是橫向磁化所維持的時間，稱T2。T2衰減是由共振質子之間相互磁化作用所引起，與T1不同，它引起相位的變化。

人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對固定的，而且它們之間有一定的差別，T2也是如此（表1-5-1a、b）。這種組織間弛豫時間上的差別，是MRI的成像基礎。有如CT時，組織間吸收系數（CT值）差別是CT成像基礎的道理。但MRI不像CT只有一個參數，即吸收系數，而是有T1、T2和自旋核密度（P）等幾個參數，其中T1與T2尤為重要。因此，獲得選定層面中各種組織的T1（或T2）值，就可獲得該層面中包括各種組織影像的圖像。MRI的成像方法也與CT相似。有如把檢查層面分成Nx，Ny，Nz……一定數量的小體積，即體素，用接收器收集信息，數字化后輸入計算機處理，獲得每個體素的T1值（或T2值），進行空間編碼。用轉換器將每個T值轉為模擬灰度，而重建圖像。

所有含奇數質子的原子核均在其自旋過程中產生自旋磁動量，也稱核磁矩，它具有方向性和力的效應，故以矢量來描述。核磁矩的大小是原子核的固有特性，它決定MRI信號的敏感性。氫的原子核最簡單，只有單一的質子，故具有最強的磁矩，最易受外來磁場的影響，并且氫質于在人體內分布最廣，含量最高，因此醫用MRI均選用H為靶原子核。人體內的每一個氫質子可被視作為一個小磁體，正常情況下，這些小磁體自旋軸的分布和排列是雜亂無章的，若此時將人體置人在一個強大磁場中，這些小磁體的自旋軸必須按磁場磁力線的方向重新排列。此時的磁矩有二種取向：大部分順磁力線排列，它們的位能低，狀態穩；小部分逆磁力線排列，其位能高。兩者的差稱為剩余自旋，由剩余自旋產生的磁化矢量稱為凈磁化矢量，亦稱為平衡態宏觀磁場化矢量M0。在絕對溫度不變的情況下，兩種方向質子的比例取決于外加磁場強度。