醫(yī)學(xué)影像學(xué)/MRI的成像基本原理與設(shè)備
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含單數(shù)質(zhì)子的原子核，例如人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核，其質(zhì)子有自旋運(yùn)動(dòng)，帶正電，產(chǎn)生磁矩，有如一個(gè)小磁體（圖1-5-1）。小磁體自旋軸的排列無一定規(guī)律。但如在均勻的強(qiáng)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(tài)下，
圖1-5-1 質(zhì)子帶正電荷，它們像地球一樣在不停地繞軸旋轉(zhuǎn)，并有自己的磁場
用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF）進(jìn)行激發(fā)，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發(fā)生了磁共振現(xiàn)象。停止發(fā)射射頻脈沖，則被激發(fā)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(fù)到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復(fù)過程稱為弛豫過程（relaxationprocess），而恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)所需的時(shí)間則稱之為弛豫時(shí)間（relaxationtime）。有兩種弛豫時(shí)間，一種是自旋-晶格弛豫時(shí)間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時(shí)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(shí)間，也是90°射頻脈沖質(zhì)子由縱向磁化轉(zhuǎn)到橫向磁化之后再恢復(fù)到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時(shí)間，稱T1。另一種是自旋-自旋弛豫時(shí)間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時(shí)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(shí)間，稱T2。T2衰減是由共振質(zhì)子之間相互磁化作用所引起，與T1不同，它引起相位的變化。
圖1-5-2 正常情況下，質(zhì)子處于雜亂無章的排列狀態(tài)。當(dāng)把它們放入一個(gè)強(qiáng)外磁場中，就會(huì)發(fā)生改變。它們僅在平行或反平行于外磁場兩個(gè)方向上排列
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(shí)間上的差別，是MRI的成像基礎(chǔ)。有如CT時(shí)，組織間吸收系數(shù)（CT值）差別是CT成像基礎(chǔ)的道理。但MRI不像CT只有一個(gè)參數(shù)，即吸收系數(shù)，而是有T1、T2和自旋核密度（P）等幾個(gè)參數(shù)，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(shù)量的小體積，即體素，用接收器收集信息，數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)處理，獲得每個(gè)體素的T1值（或T2值），進(jìn)行空間編碼。用轉(zhuǎn)換器將每個(gè)T值轉(zhuǎn)為模擬灰度，而重建圖像。
表1-5-1a 人體正常與病變組織的T1值（ms）
| 肝 | 140～170 | 腦膜 瘤 | 200～300 |
| 胰 | 180～200 | 肝癌 | 300～450 |
| 腎 | 300～340 | 肝血管瘤 | 340～370 |
| 膽汁 | 250～300 | 胰腺 癌 | 275～400 |
| 血液 | 340～370 | 腎癌 | 400～450 |
| 脂肪 | 60～80 | 肺膿 腫 | 400～500 |
| 肌肉 | 120～140 | 膀胱 癌 | 200～240 |
表1-5-1b 正常顱腦的T1與T2值（ms）
| 組 織 | T1 | T2 |
| 胼胝體 | 380 | 80 |
| 橋 腦 | 445 | 75 |
| 延 髓 | 475 | 100 |
| 小 腦 | 585 | 90 |
| 大 腦 | 600 | 100 |
| 腦脊液 | 1155 | 145 |
| 頭 皮 | 235 | 60 |
| 骨 髓 | 320 | 80 |
二、MRI設(shè)備
MRI的成像系統(tǒng)包括MR信號產(chǎn)生和數(shù)據(jù)采集與處理及圖像顯示兩部分。MR信號的產(chǎn)生是來自大孔徑，具有三維空間編碼的MR波譜儀，而數(shù)據(jù)處理及圖像顯示部分，則與CT掃描裝置相似。
MRI設(shè)備包括磁體、梯度線圈、供電部分、射頻發(fā)射器及MR信號接收器，這些部分負(fù)責(zé)MR信號產(chǎn)生、探測與編碼；模擬轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、磁盤與磁帶機(jī)等，則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、圖像重建、顯示與存儲(chǔ)（圖1-5-3）。
磁體有常導(dǎo)型、超導(dǎo)型和永磁型三種，直接關(guān)系到磁場強(qiáng)度、均勻度和穩(wěn)定性，并影響MRI的圖像質(zhì)量。因此，非常重要。通常用磁體類型來說明MRI設(shè)備的類型。常導(dǎo)型的線圈用銅、鋁線繞成，磁場強(qiáng)度最高可達(dá)0.15～0.3T*，超導(dǎo)型的線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場強(qiáng)度一般為0.35～2.0T，用液氦及液氮冷卻；永磁型的磁體由用磁性物質(zhì)制成的磁磚所組成，較重，磁場強(qiáng)度偏低，最高達(dá)0.3T。
梯度線圈，修改主磁場，產(chǎn)生梯度磁場。其磁場強(qiáng)度雖只有主磁場的幾百分。但梯度磁場為人體MR信號提供了空間定位的三維編碼的可能，梯度場由X、Y、Z三個(gè)梯度磁場線圈組成，并有驅(qū)動(dòng)器以便在掃描過程中快速改變磁場的方向與強(qiáng)度，迅速完成三維編碼。
圖1-5-3 MRI設(shè)備基本結(jié)構(gòu)示意圖
射頻發(fā)射器與MR信號接收器為射頻系統(tǒng)，射頻發(fā)射器是為了產(chǎn)生臨床檢查目的不同的脈沖序列，以激發(fā)人體內(nèi)氫原子核產(chǎn)生MR信號。射頻發(fā)射器及射頻線圈很象一個(gè)短波發(fā)射臺(tái)及發(fā)射天線，向人體發(fā)射脈沖，人體內(nèi)氫原子核相當(dāng)一臺(tái)收音機(jī)接收脈沖。脈沖停止發(fā)射后，人體氫原子核變成一個(gè)短波發(fā)射臺(tái)，而MR信號接受器則成為一臺(tái)收音機(jī)接收MR信號。脈沖序列發(fā)射完全在計(jì)算機(jī)控制之下。
MRI設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集、處理和圖像顯示，除圖像重建由Fourier變換代替了反投影以外，與CT設(shè)備非常相似。
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