磁共振成像(MRI)

（一）成像质量

成像质量即是解剖分辨率，其主要决定因素是每 一个组织体素的大小（空间分辨率）。由于每一 个体素在MRI上均由一个像素亮点代表，体内所 有的结构实质上都是叠加在一起的。每个具体体 素的大小均由三个因素决定，即视野大小、矩阵 大小和层厚。其中任何一个因素均可由操作者在 扫描中选定。减少体素的大小可改善空中分辨率， 但成像质量可受到信噪比的限制。所以，要获得 高的成像质量就必须妥善处理信噪比与空间分辨 率这两个重要的成像因素的关系。
（二）信噪比(SNR)

MRI实际上是组织发出的射频信号（RF）地形图。 每个像素的宽度与相应组织体素发出的射频信号 强度呈正比。但是，动物体产生的散乱的射频发 射波在像素信号强度上造成杂乱的变化，这就是 MRI上见到的噪音。噪音的存在降低了MRI质量， 减弱了低对比度组织结构的能见度，延长了图像 采集时间。为了获得高于特殊噪音水平的信号强 度，必须采用一定的最小的体素，而这又限制了 空间分辨率，进而限制了细微结构图像的质量。 解决这一问题的方法是相应增加检测的次数（如 激励、采集、数据处理或平均次数），将这些重 复的检测叠加并形成单一图像。
2．磁体

（1）磁体种类 全身MR成像所用的磁体分为阻抗型（常导 型）、超导型和永磁型。
①常导型

常导型磁体由电流产生磁场，导线为几组 铜或铝线线圈缠绕成圆桶状，它们具有明 显的电阻，故又称为阻抗型电磁体。这种 磁体造价低、工艺简单、重量轻、可现场 安装、通过切断电源可随时关闭磁场，但 耗电量大（30～60KW）、产热量大、场强 低、磁场均匀性易受室温变化的干扰。
一、磁共振的成像原理与设备

根据高斯（Gauss）学说，电和磁是同一回事，可 统称为电磁。电荷沿导线运动或质子沿轴线自旋 即可产生磁场；用导线切割磁力线亦可产生电流。 任何原子核内均含有核子（质子和中子），核子 自旋产生自旋磁场。具有偶数核子的原子核自旋 磁场相互抵消，不能形成核磁共振现象；具有奇 数核子的原子核在自旋过程中才能磁矩或磁场， 如1H、13C、19F、31P等，因而才能作为磁共振 图像的靶子，其中以1H更优。
5．计算机及数字处理

计算机是仅次于磁体的昂贵部件，其性能要求大 大高于X线CT所有的计算机。计算机外部设备主 要包括阵列处理机（用于数据处理及二维傅立叶 转换）、磁盘（500兆内存，1.2兆速）、磁带机 （存储图像和原始数据）、MR处理器（表格存储 器、时控板及海量存储器）、图像存储显示器 （MR图像和原始数据存在磁盘、软盘和磁带里， 通过显示屏随时显示）和操作台。操作台分为主 诊断台和卫星诊断台。主诊断台控制扫描，卫星 诊断台评价图像，部分功能可以同时在两个诊断 台上进行。
（2）磁屏蔽

较强大的固定磁场会明显地影响周围环境， 必须有适当的屏蔽对磁体及其磁场加以保 护，否则会对附近的设备设施如X线机、X 线CT、影像增强器、电视监视器、心电图 仪、脑电图机、电脑及其它机械电子产品 等产生不良影响，对内置芯片的病人产生 严重后果；相反，这些物品也会影响磁共 振机的磁场均匀性，造成MRI质量的下降。 磁屏蔽可用铁来吸收磁力线，也可用超导 线圈来抵消磁体远场的磁场作用。

多数MRI方法均不能产生边缘清晰锐利的层 面图像。磁场梯度的均匀性、RF脉冲的特 殊形状及层厚等使层厚周边的组织对RF脉 冲也会起反应，因而，影响了MRI边缘的清 晰度。
（八）磁弛豫现象

磁共振成像中的软组织及其病变的对比度 主要取决于T1与T2弛豫时间的差异。正常 组织与病变组织的弛豫特征均取决于共 振频率，MRI对比度的根源是组织驰豫差异 的分子基础，即取决于亲水大分子结构的 运动状态。
（三）磁共振设备

磁共振设备相当复杂，但基本上是由MR信 号发射和采集系统、数据处理和图像显示 等部分组成。
1．磁场



磁场是由运动电荷产生的，运动电流与导线长度的乘积即 产生一个小磁场（dB），导线总长度所产生的磁场称为总 磁场。环形导线产生的磁场见图1-18。 稳定的外磁场（B○）是磁共振的基本条件。磁场强度与 MR图像质量相关，一般认为，自由信号衰减（FID）的信 噪比（SNR）越高，MR图像质量越好，但纵向弛豫时间 （T1）和成像周期的重复时间（TR）的比值（纵向弛豫 量）、射频脉冲强度等均影响着MR图像质量。 驰豫过程中能量不可逆性地转移到其它正在共振的氢质 子上，使其相位的一致性丧失称为T2弛豫。此过程中净磁 化矢量先从静磁场B○的垂直线上开始衰减，故又称横向 弛豫。弛豫过程中能量不可逆地散布于动物体周围组织的 “晶格”中，化为热能或诱发分子运动的过程称为T1弛豫。 这一过程中能量逐步返回到静磁场B○方向上，故又称为 纵向弛豫。
4．射频线圈

射频磁场是由射频线圈以无线电波的形式 发射的，所以，射频磁场又称射频脉冲。 射频系统发射射频脉冲，使磁化的氢质子 吸收能量产生共振，这一过程称激励；在 弛豫过程中，氢质子释放能量并发出MR信 号，后者被检测系统所接受。因此，射频 系统主要由发射和接受两部分组成。其部 件包括发射器、功能放大器、发射线圈、 接收线圈和低噪信号音放大器等。
（六）多层面成像


多层面成像可以同时显示不同的解剖层面， 在每一个成像周期中每一层面均被依次激 励。第一个RF脉冲从第一层组织中激励并 读出，其它层面依此类推。多层面图像不 增加采集时间。一定脉冲所能获得的层面 数受成像周期（TR）和回波时间（TE）的 限制： 最大层面数=TR/（TE+常数）
（七）层面外形
（4）均匀线圈

无论何种磁体都不能使孔洞内的磁场完全均匀一 致；另外，磁体周围的铁磁性物质也会进一步影 响磁场的均一性，因而，磁体内磁场的均一性必 须得到调整。被动调整是在磁体孔洞内贴补金属 小片，主动调整则是使用匀场线圈。匀场线圈是 一种复杂的带电线圈，位于磁体孔洞内，产生较 小的磁场以调节外磁场的不均一性。匀场线圈可 以是常导型也可以是超导型。常导型线圈的电流 由匀场电源提供。动物体也会减弱 磁场的均匀性， 因而应对匀场线圈进行不定期调整。磁体孔洞内 的均匀度应少于50ppm，且均匀度越小越好。
（3）射频屏蔽

磁共振机的射频脉冲可对临近的精密仪器产生干 扰，外界射频信号也会影响磁共振机的射频脉冲， 而人体发出的MR信号非常微弱，因而就影响了 MR图像的质量。射频屏蔽的方法是使用铜铝合金 或不锈钢板安置在扫描室的六个面上，门窗严密 合缝且叠加，整个屏蔽间于建筑物绝缘，只有一 点接地。射频屏蔽使外界射频信号如电视、广播、 计算机噪音、无线电话、步话机、汽车发动机等 发出的干扰波被受到阻挡并接地短路。
（五）三维容积成像

三维成像又称容积成像。这种成像方法的 每一次RF脉冲将激励组织的全部容积，而 不是单独激励一个层厚。容积成像很耗费 时间，它需要较长的采集时间，因为成像 周期的数目很大。另外，容积成像的图像 重建过程也很长，因为还需要其它数据。 三维成像的优点是能够重建较薄的连续性 层面，从而提高信噪比。
②超导型

超导型磁体也是由电流和导线产生磁场， 与常导型的差别在于导线为超导材料制成、 无或少有电阻。导线置于液氦中（4.2○K）， 其外围真空，再外为液氮层（77○K）及第 二真空层。超导型磁体的优点是场强高、 磁场稳定均匀、磁场象常导型一样可随时 关闭、磁场强度可调节，但冷冻剂（液氦） 昂贵、工艺复杂、造价高。
3．磁场梯度


梯度磁场是由梯度线圈产生的，它为MR成像提供层面选 择的信息。梯度线圈位于磁体圆桶的低温控制器内，所产 生的梯度磁力线可与B○磁力线平行或垂直，其强度一般 为0.1～1.0高斯/cm。梯度磁场可随时开关，但其幅度和速 率必须精确调制。 梯度磁场的方向与三维轴线（X，Y，Z）方向一致，但联 合使用可获得任意斜轴（任意轴向）的图像。在X，Y，Z 三个轴向上的磁场梯度可以对冠状、矢状或轴面进行层面 选择。其中之一作为层面选择时，则另外两个分别作为频 率编码和相位编码。频率编码和相位编码可对任何一个体 素（体内某点）进行精确的空间定位，而在施加梯度磁场 后每个体素与像素是对应的，它们发出的MR信号幅度就 是图像上的黑白灰度。
三、MRI检查技术及图像分析

MRI较之于其它影像技术的主要优势是显示对比 度低的病灶。MR的敏感性主要取决于病灶与周围 正常组织的对比度和用以显示组织固有对比度的 MR成像技术。
③永磁型

永磁型磁体由铁磁物质构成，制造时诱发 出较强的磁场。其磁力线垂直于孔洞和动 物体长轴。永磁型磁体造价和维护费用低、 不耗电也不消耗冷冻剂、边缘磁场小、磁 力线垂直于孔洞（可使用螺线管射频线圈、 有助于提高信噪比），但场强低（0.3～ 0.35T）、重量过大、磁场稳定性差（要求 室温波动在1℃以内）、磁场不能关闭。
（一）磁共振的概念

“核”是指MRI涉及到的目标原子核（靶核，主要指氢原子 核），与核周围的电子层关系不大。“磁”是指外加磁场， 即①MR发生在一个巨大的外磁场孔腔内，它能产生一个 恒定不变地强大磁场（B○）；②在静磁场上按时叠加一 个小的射频磁场已进行和激励并诱发磁共振（B1）；③叠 加另一个小的梯度磁场以进行空间描记并制成图像。“共 振”是借指宏观现象解释微观现象，当两个音叉的固有频 率相同，一个静止的音叉在另一个振动的音叉的不断的作 用下即可引起同步振动。核子间能量的不断吸收和释放亦 可引起振动，当质子释放或获得的能量恰好等于质子能级 差时，质子就会在高能级和低能级间来回运动。这种升降 运动是在一个磁场中进行的，故称为核磁共振（NMR）。
（二）磁共振原理

动物体在强大的外界磁场（B○）的作用下，可获得MR图像，而体内 的氢质子亦发生一系列变化。在无外加磁场（B○）的作用下，平常 状态下人体内氢质子杂乱无章的排列，磁矩方向不一致，所产生的磁 力相互抵消。在外加磁场（B○）的作用下，自旋质子的磁矩将按量 子力学规律纷纷从无序状态向外磁场磁力线方向有序地排列，其中， 多数处于低能级质子的磁矩与B○的磁力线同向；少数高能级质子磁 矩与B○磁矩方向相反，最后达到动态平衡。当通过表面线圈从与B○ 磁力线垂直的方向施加射频（RF）磁场（RF脉冲）时，受检部位的 氢质子从中吸收能量并向XY平面偏转，这一过程称作激励 （Stimulation）；射频磁场中断后氢质子释放出所吸收的能量而重新 回到Z轴的自旋方向上，这一过程称驰豫（Relaxation），释放的电磁 能量以无线电波的形式发射出来并转化为MR信号。在梯度磁场的辅 助作用下，MR信号形成MR图像。