1、核磁共振成像MRI名片：核磁共振成像也稱磁共振成像，是利用核磁共振原理，通過外加梯度磁 場檢測所發射出的電磁波，據此可以繪制成物體內部的結構圖像，在物理、化 學、醫療、石油化工、考古等方面獲得了廣泛的應用 概要 在磁場的作用下，一些具有磁性的原子能夠產生不同的能級，如果外加一個能 量（即射頻磁場），且這個能量恰能等于相鄰 2個能級能量差，則原子吸收能 量產生躍遷（即產生共振），從低能級躍遷到高能級，能級躍遷能量的數量級 為射頻磁場的范圍。核磁共振可以簡單的說為研究物質對射頻磁場能量的吸收 情況。定義核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging ?，簡稱 N

2、MR?），又稱 自旋成像（spin imaging ?），也稱磁共振成像（ Magnetic Resonance Imaging ?，簡稱MR?），臺灣又稱磁振造影，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance?，簡稱NMR）原理，依據所釋放的能量在物質內部不同結構環境 中不同的衰減，通過外加梯度 磁場檢測所發射出的電磁波，即可得知構成這一 物體原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。將這種技術用于人體內部結構的成像，就產生出一種革命性的醫學診斷工具。 快速變化的梯度磁場的應用，大大加快了核磁共振成像的速度，使該技術在臨 床診斷、科學研究的應用成為現實，

3、極大地推動了醫學、神經生理學和認知神經科學的迅速發展。物理原理核磁共振成像是隨著計算機技術、電子電路技術、超導體技術的發展而迅速發 展起來的一種生物磁學核 自旋成像技術。它是利用 磁場與射頻脈沖使人體組織 內進動的氫核（即H+）發生章動產生 射頻信號，經計算機處理而成像的。 原子 核在進動中，吸收與原子核進動頻率相同的 射頻脈沖，即外加交變 磁場的頻率 等于拉莫頻率，原子核就發生 共振吸收，去掉射頻脈沖之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以 電磁波的形式發射出來，稱為 共振發射。共振吸收 和共振發射的過程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氫 原子 核，因為人體的約70淞由水組成

4、的，MRI即依賴水中氫原子。當把物體放置在 磁場中，用適當的電磁波照射它，使之共振，然后分析它釋放的電磁波，就可 以得知構成這一物體的原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的精確 立體圖像。通過一個磁 共振成像掃描人類大腦獲得的一個 連續切片的動畫，由 頭頂開始，一直到基部。核磁共振成像是隨著電腦技術、電子電路技術、超導體技術的發展而迅速發展 起來的一種生物磁學核自旋成像技術。醫生考慮到患者對“核”的恐懼心理， 故常將這門技術稱為磁共振成像。它是利用磁場與射頻脈沖使人體組織內進動 的氫核（即H+發生章動產生射頻信號，經電腦處理而成像的。原子核在進動中，吸收與原子核進動頻率相同的射頻脈沖，即

5、外加交變磁場的 頻率等于拉莫頻率，原子核就發生共振吸收，去掉射頻脈沖之后，原子核磁矩 又把所吸收的能量中的一部分以電磁波的形式發射出來，稱為共振發射。共振 吸收和共振發射的過程叫做“核磁共振”。氫核-首選核種氫核是人體成像的首選核種：人體各種組織含有大量的水和 碳氫化合物，所以 氫核的核磁共振靈活度高，且氫核的磁旋比大，信號強，這是人們首選氫核作 為人體成像元素的原因。NMR言號強度與樣品中氫核密度有關，人體中各種組 織間含水比例不同，即含氫核數的多少不同，貝UNMR言號強度有差異，利用這種差異作為特征量，把各種組織分開，這就是氫核密度的核磁共振圖像。人體不同組織之間、正常組織與該組織中的病變

6、組織之間氫核密度、弛豫時間T1、T2三個參數的差異，是 MRI用于臨床診斷最主要的物理基礎。當施加一射頻脈沖信號時，氫核能態發生變化， 射頻過后，氫核返回初始能 態，共振產生的電磁波便發射出來。原子核振動的微小差別可以被精確地檢測 到，經過進一步的計算機處理，即可能獲得反應組織化學結構組成的三維圖 像，從中我們可以獲得包括組織中水分差異以及水分子運動的信息。這樣，病 理變化就能被記錄下來。人體2/3的重量為水分，如此高的比例正是磁 共振成像技術能被廣泛應用于醫 學診斷的基礎。人體內器官和組織中的水分并不相同，很多疾病的病理過程會 導致水分形態的變化，即可由磁 共振圖像反應出來。MRI所獲得的圖

7、像非常清晰精細，大大提高了醫生的診斷效率，避免了剖胸或 剖腹探查診斷的手術。由于 MRI不使用對人體有害的X射線和易引起過敏反應 的造影劑，因此對人體沒有損害。MRI可對人體各部位多角度、多平面成像， 其分辨力高，能更客觀更具體地顯示人體內的解剖組織及相鄰關系，對病灶能 更好地進行定位定性。對全身各系統疾病的診斷，尤其是早期腫瘤的診斷有很大的價值。MRI系統的組成現代臨床高場（3.0T）MRI掃描器磁鐵系統 靜磁場：又稱主磁場。當前臨床所用超導 磁鐵，磁場強度有0.5到4.0T（特斯 拉），常見的為1.5T和3.0T ;動物實驗用的小型 MRI則有4.7T、7.0T與9.4T 等多種主磁場強度

8、。另有勻磁線圈（shim coil ）協助達到磁場的高均勻度。梯度場：用來產生并控制 磁場中的梯度，以實現NMR言號的空間編碼。這個系 統有三組線圈，產生x、y、z三個方向的梯度場，線圈組的 磁場疊加起來，可 得到任意方向的梯度場。射頻系統射頻（RF發生器：產生短而強的射頻場，以脈沖方式加到樣品上，使樣品中 的氫核產生NMRK象。射頻（RF接收器：接收NMR言號，放大后進入 圖像處理系統。計算機圖像重建系統由射頻接收器送來的信號經A/D轉換器，把模擬信號轉換成數學信號，根據與 觀察層面各體素的對應關系，經計算機處理，得出層面圖像數據，再經D/A轉換器，加到圖像顯示器上，按 NMR勺大小，用不同

9、的灰度等級顯示出欲觀察層 面的圖像。MRI的基本方法選片梯度場Gz相編碼和頻率編碼圖像重建MRI在醫學上的應用氫核是人體成像的首選核種：人體各種組織含有大量的水和 碳氫化合物，所以 氫核的核磁共振靈活度高、信號強，這是人們首選氫核作為人體成像元素的原 因。NMR言號強度與樣品中氫核密度有關，人體中各種組織間含水比例不同， 即含氫核數的多少不同，則 NMR言號強度有差異，利用這種差異作為特征量， 把各種組織分開，這就是氫核密度的核磁共振圖像。人體不同組織之間、正常 組織與該組織中的病變組織之間氫核密度、 弛豫時間T1、T2三個參數的差異， 是MRI用于臨床診斷最主要的物理基礎。當施加一射頻脈沖信

10、號時，氫核能態發生變化，射頻過后，氫核返回初始能態，共振產生的電磁波便發射出來。原子核振動的微小差別可以被精確地檢測 到，經過進一步的計算機處理，即可能獲得反應組織化學結構組成的三維圖 像，從中我們可以獲得包括組織中水分差異以及水分子運動的信息。這樣，病 理變化就能被記錄下來。人體2/3的重量為水分，如此高的比例正是磁共振成像技術能被廣泛應用于醫 學診斷的基礎。人體內器官和組織中的水分并不相同，很多疾病的病理過程會 導致水分形態的變化，即可由磁共振圖像反應出來。MRI所獲得的圖像非常清晰精細，大大提高了醫生的診斷效率，避免了剖胸或 剖腹探查診斷的手術。由于 MRI不使用對人體有害的X射線和易引

11、起過敏反應的造影劑，因此對人體沒有損害。MRI可對人體各部位多角度、多平面成像， 其分辨力高，能更客觀更具體地顯示人體內的解剖組織及相鄰關系，對病灶能 更好地進行定位定性。對全身各系統疾病的診斷，尤其是早期腫瘤的診斷有很大的價值。優點與1901年獲得諾貝爾物理學獎的普通X射線或1979年獲得諾貝爾醫學獎的計 算機層析成像（computerized tomography ?, CT）相比，磁共振成像的最大優 點是它是目前少有的對人體沒有任何傷害的安全、快速、準確的臨床診斷方 法。如今全球每年至少有6000萬病例利用核磁共振成像技術進行檢查。具體說 來有以下幾點：對軟組織有極好的分辨力。對 膀胱、

12、直腸、子宮、陰道、骨、關節、肌肉等 部位的檢查優于CT;各種參數都可以用來成像，多個成像參數能提供豐富的診斷信息，這使得醫療診斷和對人體內代謝和功能的研究方便、有效。例如肝炎和肝硬化的T1值變大，而肝癌的T1值更大，作T1加權圖像，可區別肝部良性 腫瘤與惡性腫瘤；通過調節磁場可自由選擇所需剖面。能得到其它成像技術所不能接近或難以 接近部位的圖像。對于椎間盤和脊髓，可作矢狀面、冠狀面、橫斷面成像，可 以看到神經根、脊髓和神經節等。不像CT只能獲取與人體長軸垂直的橫斷面；對人體沒有電離輻射損傷；原則上所有自旋不為零的核元素都可以用以成像，例如 氫（H）、碳（C）、 氮（N和N）、磷（P）等。缺點和

13、CT一樣，MRI也是解剖性影像診斷，很多病變單憑 核磁共振檢查仍難以確 診，不像內窺鏡可同時獲得影像和病理兩方面的診斷；對肺部的檢查不優于X射線或CT檢查，對肝臟、胰腺、腎上腺、前列腺的檢 查不比CT優越，但費用要高昂得多；對胃腸道的病變不如內窺鏡檢查；掃描時間長，空間分辨力不夠理想；由于強磁場的原因，MRI對諸如體內有磁金屬或起搏器的特殊病人卻不能適 用。MRI系統的傷害MRI系統可能對人體造成傷害的因素主要包括以下方面：強靜磁場在有鐵磁性物質存在的情況下，不論是埋植在患者體內還是在磁場范圍內，都可能是危險因素；隨時間變化的梯度場 可在受試者體內誘導產生電場而興奮神經或肌肉。外周神經興奮是梯度場安全 的上限指標。在足夠強度下，可以產生外周神經興奮(如刺痛或叩擊感)，甚 至引起心臟興奮或心室振