磁共振成像的原理及临床应用

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1、磁共振成像的原理及临床应用我要骨科（51骨科）网www.5guke.comWhatisMRI?磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)，又称核磁共振成像（NuclearMagneticResonance,NMR），是一种新的、非创伤性的成像方法，它不用电离辐射而可以显示出人体内部解剖结构。利用一定频率的射频信号（radiofrequency，RF）在一外加静磁场内，对人体的任何平面，产生高质量的切面成像（crosssectionalimaging）。磁共振成像的原理及临床应用第一节MRI发展概况1946

2、年美国斯坦福（Stanford）大学的FelixBloch和哈佛（Harvard）大学的EdwardPurcell各自进行研究，检测到大块物质内核磁共振吸收，更清楚地阐述了原子核自旋(Spin)的存在，几乎同时发表他们的研究成果，为此，他们共同获得了1952年诺贝尔物理学奖。NMR的应用逐渐地从物理和化学领域，扩大到更为广泛的学科，如考古学直至医学。第一节MRI发展概况在医学影像学方面，1973年Lauterbur研究出MRI所需要的空间定位方法，也就是利用梯度场。他的研究结果是获得水的模型的图像。在以后的10年中，人们进行了大量的

3、研究工作来制造磁共振扫描机，并产生出人体各部位的高质量图像，先后通过MR扫描，获得手、胸、头和腹部的图像。1980年商品化MRI装置问世。第二节MRI的基本原理本节介绍核磁共振这一物理现象最基本的理论知识，我们应用一般物理学、力学及磁学的原理阐述。一、原子核及其在磁场内的特性人体由很多分子组成，分子由原子组成；所有原子的核心都是原子核；带正电荷和中性粒子的集合体；占原子质量的绝大部分；一、原子核及其在磁场内的特性从理论上讲，很多元素都可以用核磁共振来成像。也就是任何一个原子核，只要其所含的质子或中子的任何一个为奇数时，就具备磁性，就

4、可以产生磁共振信号。一、原子核及其在磁场内的特性MRI主要是应用于氢核的成像，这是出于：一是Ｈ对其磁共振信号的敏感性高；Ｈ的旋磁比最高，因此最敏感，即MR信号被测出的效率，随共振信号频率的增加而改善。二是它在自然界含量丰富。氢存于水和脂肪中，因而在人体中极为丰富，每立方毫米软组织中含有约1019个Ｈ原子，其所产生的磁共振信号要比其他原子强1000倍。一、原子核及其在磁场内的特性由于1Ｈ只有一个质子，没有中子，所以氢核的成像也称质子成像。氢核有两个特性：其一是它含有一个不在核中心的正电荷；其二是它有角动量或自旋。Pauli理论，具有奇

5、数原子质量或奇数原子数的核均具有角动量及具有特征性的、大于零的自旋量子数。一、原子核及其在磁场内的特性自旋的氢核其正电荷沿着一近似圆形路线运动，犹如电流通过环形线圈一样，从而在其周围产生一磁场。此滋场的大小与方向用磁矩来表示，形成一个微观的磁体偶极子。具有磁矩的快速自旋核可以看成为极小磁棒一、原子核及其在磁场内的特性共振是一种常见的现象。指南针是我们最熟悉的磁体，地球是一个磁场。指南针在地球表面作定向排列，即在静止状态下指北。如果我们用手指轻击指南针，使之来回摆动，直到指南针从我们手指上得到的能量全部放出后，又回到原来的位置，指北。

6、这就是共振现象。针摆动的频率为共振頻率。一、原子核及其在磁场内的特性共振频率与外磁场强度成正比。地球的两极场强最强，赤道最弱。在赤道与两极之间，磁场强度逐渐变化，称梯度磁场或简称梯度。如果指南针在赤道摆动的频率为１周/秒，越向北其摆动的频率越快。这是因为北极滋场强度较赤道大2.3倍。一、原子核及其在磁场内的特性这个简单的例子可以帮助我们了解磁共振成像中的基本要点：①指南针置于磁场中与外磁场的方向作定向排列；②指南针的共振频率与外磁场强度成正比；③当有梯度磁场时，根据指针摆动频率的变化可以推断其在磁场中所处的位置。众多的氢核（质子）就

7、是许多微观的磁偶极子，在没有外加磁场影响下，它们的磁矩是任意指向，杂乱无章地排列着。在这种情况的组织标本中，净磁量为零。一、原子核及其在磁场内的特性将这些指向杂乱无章的质于置于强大的静磁场(B0)中时，质于群的磁矩将会沿静磁场的方向作定向排列。略超过半数的质子与静磁场B0平行排列，略少于半数的质子则指向相反（与静磁场呈反平行方向排列)。一、原子核及其在磁场内的特性当有两种可能的排列状态时，耗能少的、处于低能态的排列状态占优势。一、原子核及其在磁场内的特性一、原子核及其在磁场内的特性低能量级的、平行于静磁场方向的质子与高能量级的、反平

8、行于静磁场方向的质子来回翻转，相互抵消，而产生平衡的磁化量Ｍ0，也就是在一定量的组织中，所有氢核的磁化量的总和。这一净平衡磁化量的指向与外加静磁场是一致的。要使置于外加静磁场内的组织标本达到磁化，需要足够的时间（约为：5～10秒）。二