深入淺出帶你了解磁共振成像（MRI）基本原理

正文

深入淺出帶你了解磁共振成像（MRI）基本原理

一、 當我們?nèi)メt(yī)院做核磁共振檢查時是如何給大腦照相的呢她混？照相的原理又是什么烈钞？

人的大腦可以說是精妙復(fù)雜的系統(tǒng)，從生理上來說坤按，腦的功能是控制身體的其他器官毯欣，可以說所有的行為都因它而起，所有的感悟也都由它而生臭脓。對于這么復(fù)雜而又精細的系統(tǒng)酗钞，從古至今人類從未放棄探索。

研究腦zui古老的方法是神經(jīng)解剖學来累。神經(jīng)生理學家研究腦的化學砚作、藥理學和電性質(zhì)，認知神經(jīng)科學研究大腦的運作如何執(zhí)行心理或認知功能嘹锁。我們姑且將其統(tǒng)稱為腦科學葫录，即研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學。

腦科學研究方法除了常規(guī)的認知行為研究之外领猾，還有利用腦功能成像設(shè)備的研究方法米同，zui常見的有磁共振成像技術(shù)（MRI）、腦電圖（EEG）摔竿、腦磁圖（MEG）等面粮。今天我們就來聊聊磁共振成像技術(shù)（MRI）的基本原理。

圖1. 圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

磁共振成像技術(shù)原本稱為核磁共振成像拯坟。很多人聽到“核磁”但金，第1反應(yīng)是這個對人體有害嗎，因為名稱中不是有“核”嗎郁季。其實冷溃，此處的”核“指”原子核“確實不假，但磁共振成像只與原子核的磁場相關(guān)梦裂，與原子核聚變似枕、裂變等的能量放射并無關(guān)系。因此年柠，磁共振成像其實是利用人體組織中某種原子核的核磁共振現(xiàn)象凿歼，將所得射頻信號經(jīng)過計算機處理，重構(gòu)出人體某一層面的圖像的診斷技術(shù)冗恨。

二答憔、 “核”和“磁”

我們先來說說這個“核”。人體是由原子構(gòu)成的掀抹，原子由電子和原子核組成虐拓，原子核包括質(zhì)子和中子。原子核像地球一樣可以圍繞著中軸進行自我旋轉(zhuǎn)傲武，并且人體中水分含量zui多蓉驹，因此大腦中的H質(zhì)子會自旋。通常情況下揪利，每個質(zhì)子自旋均會產(chǎn)生一個小的磁場态兴，但呈隨機無序排列，各方向的磁性相互抵消疟位，因此人體整體不表現(xiàn)磁性瞻润。

但當一個人進入核磁共振掃描機器里，這些質(zhì)子就處在了掃描機所產(chǎn)生的強磁場中甜刻。這些H原子仍按自己的頻率震動敢订，但方向為與外界磁場保持一致，整體上會表現(xiàn)出磁性罢吃。這就好比學校做廣播體操楚午，同學們一開始是隨機排列的，但是一旦聽到廣播體操聲響起尿招，同學們都會自覺的排列整齊矾柜，朝同一個方向齊刷刷站好。此時就谜，質(zhì)子兼顧自旋和指向磁場方向或反方向的兩種運動怪蔑，綜合起來看就類似于小時候玩的陀螺，稱之為進動丧荐。

因此缆瓣，磁共振成像系統(tǒng)中很重要的一個組成部分就是磁體系統(tǒng)，它的主要作用是提供一個穩(wěn)定的虹统、均勻的空間磁場環(huán)境弓坞。根據(jù)磁場強度的大小隧甚，可以把磁共振設(shè)備分為低場、中場渡冻、高場及超高場戚扳。磁場的單位是特斯拉（Tesla），是以一位傳奇的物理學家尼古拉·特斯拉的名字命名的族吻。

磁場強度小于0.5T的磁共振設(shè)備被叫做低場磁共振

磁場強度大于0.5T小于1.0T的磁共振設(shè)備叫做中場磁共振

磁場強度大于1.0T小于2.0T的磁共振就是高場磁共振

磁場強度大于2.0T的磁共振是超高場磁共振帽借，包括臨床和科研常用的3.0T和7.0T 

三、“共振”

前面我們提到超歌，在外加磁場后砍艾，體內(nèi)的質(zhì)子進動而產(chǎn)生磁矢量。平衡狀態(tài)下巍举，大部分的質(zhì)子方向和外加磁場方向一致（即縱向磁化）脆荷，而由于相位不同，宏觀上只有縱向磁化產(chǎn)生禀综，而無橫向磁化產(chǎn)生简烘。但由于和外加磁場方向一致不能被直接測量，我們?nèi)绻胍@得這個信號定枷，就需要擾亂它孤澎。

這就提到磁共振系統(tǒng)第二個重要組成部分——射頻系統(tǒng)，它的主要作用是發(fā)射能夠激發(fā)成像區(qū)域的射頻脈沖欠窒。當我們加入的射頻脈沖的頻率和質(zhì)子進動頻率一致時覆旭，就會發(fā)生能量的傳遞，低能的質(zhì)子獲得能量進入高能的狀態(tài)岖妄，這便是核磁共振型将。

加入了射頻脈沖之后，產(chǎn)生的第1個影響是能量的傳遞荐虐，獲得能量的質(zhì)子會從低能級（磁場方向指向上）躍遷至高能狀態(tài)（磁場方向指向下）七兜，縱向磁場強度隨之不斷減小。第二個影響是由于頻率一致福扬，所有吸收能量的質(zhì)子會相互吸引靠攏腕铸，產(chǎn)生相同的相位，橫向磁場強度隨之不斷增大铛碑。  

四．“成像”

那么狠裹，射頻脈沖關(guān)閉后發(fā)生了什么呢？當射頻脈沖消失后汽烦，這些共振的H原子會慢慢恢復(fù)到原來的方向和幅度涛菠，這個過程稱之為“弛豫”。

弛豫分為橫向弛豫和縱向弛豫。橫向弛豫也稱T2弛豫俗冻，即橫向磁化逐漸減少的過程礁叔，橫向磁化從zui大值減少了63%所花費的時間為T2；縱向弛豫也稱為T1弛豫言疗，即縱向磁化逐漸恢復(fù)的過程晴圾，縱向磁化恢復(fù)到平衡狀態(tài)強度的63%所需的時間為T1颂砸。弛豫時間與質(zhì)子密度有關(guān)噪奄，不同組織的T1和T2值有很大的差異。

簡單來說人乓，在恢復(fù)的過程中勤篮，被激發(fā)的質(zhì)子釋放的能量，即磁共振信號被計算機所接收色罚。對于T1像碰缔，計算機接收的是從0到63%的信號，時間越長戳护，信號越弱金抡。而T2像是從100%到37%的信號，所以時間越長腌且，信號越強梗肝。

zui終按照強度轉(zhuǎn)換為黑白灰階，從而畫出人體圖像铺董。信號越強巫击，圖像越亮；信號越弱精续，圖像越暗坝锰。比如，大家可以記住水為長T1長T2重付，脂肪為短T1短T2顷级，如下圖所示。T1像中的腦脊液為黑色确垫，而T2像中腦脊液為白色弓颈。通常，T1觀察解剖結(jié)構(gòu)較好森爽，T2觀察組織病變較好恨豁。

五．Metrolab 核磁共振（MRI）磁場相機MFC2046

當我們了解清楚核磁共振的原理之后，才會發(fā)現(xiàn)要搭建一套醫(yī)院的核磁共振檢測設(shè)備是需要很高精度的檢測儀器輔助檢測的爬迟，昊量光電全新推出的Metrolab 核磁共振（MRI）磁場相機MFC2046就是專門為了醫(yī)療橘蜜、科研等高精度設(shè)備檢測提供了一種解決方案！

鏈接： http://www.wjjzl.com/details-2085.html

Metrolab 的 NMR（質(zhì)子核磁共振） 磁場相機于 25 年前推出，加快了磁共振成像（MRI）磁體的磁場測繪计福。它們將采集時間從幾小時縮短到幾分鐘跌捆，將定位誤差減小到幾分之一毫米，并使人為誤差和漂移誤差變得微不足道象颖。

Metrolab 核磁共振成像（MRI）磁場相機MFC2046基于脈沖 NMR 技術(shù)佩厚，是精密測試儀核磁共振三軸高斯計PT2026 的延伸。

新一代磁場相機MFC2046相比上一款MFC3045可提供更多方案：

測量范圍更廣说订，頻率可達 1.1 GHz 或 30 T

多種探頭陣列幾何形狀可供選擇抄瓦，用于繪制 DSV 為 100 mm至 600mm的 MRI 磁體或孔徑小至 20 mm的 NMR 光譜磁體的圖譜

一個測頭陣列上蕞多可安裝 255 個測頭

更高的靈活性：一臺儀器可進行多點測繪和單點測量

高效的工作流程：核磁共振成像探頭陣列可包括一個寬范圍探頭，用于進行磁場掃描

標準 USB 和以太網(wǎng)接口

用戶友好型軟件：任務(wù)驅(qū)動陶冷，實時數(shù)據(jù)采集

參考文獻：

《磁共振成像臨床應(yīng)用入門》靳二虎 蔣濤 張輝

Grover, V. P., Tognarelli, J. M., Crossey, M. M., Cox, I. J., Taylor-Robinson, S. D., & McPhail, M. J. (2015). Magnetic Resonance Imaging: Principles and Techniques: Lessons for Clinicians. Journal of clinical and experimental hepatology, 5(3), 246–255.

關(guān)于Metrolab

瑞士Metrolab用于非常精確地測量強磁場钙姊。在過去的 35 年里，我們贏得了 MRI 制造商和物理實驗室的信任埂伦。上海昊量光電作為Metrolab公司在中國大陸地區(qū)主要的代理商煞额，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。對于磁場測量有興趣或者任何問題沾谜，都歡迎通過電話膊毁、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。

如果您對磁場成像測量有興趣基跑，請訪問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：

http://www.wjjzl.com/three-level-361.html

歡迎繼續(xù)關(guān)注上海昊量光電的各大媒體平臺婚温，我們將不定期推出各種產(chǎn)品介紹與技術(shù)新聞。

更多詳情請聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電

關(guān)于昊量光電：

上海昊量光電設(shè)備有限公司是光電產(chǎn)品專業(yè)代理商涩僻，產(chǎn)品包括各類激光器缭召、光電調(diào)制器、光學測量設(shè)備逆日、光學元件等嵌巷，涉及應(yīng)用涵蓋了材料加工、光通訊室抽、生物醫(yī)療搪哪、科學研究、國防坪圾、量子光學晓折、生物顯微、物聯(lián)傳感兽泄、激光制造等漓概；可為客戶提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)病梢，硬件開發(fā)胃珍，軟件開發(fā)梁肿，系統(tǒng)集成等服務(wù)。

您可以通過我們昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產(chǎn)品信息觅彰，或直接來電咨詢4006-888-532吩蔑。