MRI 技术——物理基础
MRI 技术是一种基于磁共振现象的医疗成像技术,通过对人体内部的磁场和磁矩的交互作用,获取人体内部的图像信息。下面是对 MRI 技术的物理基础的详细介绍:
1.1 概述
MRI 技术的基础是磁共振现象,1946 年美国加州斯坦福大学 Bloch 和哈佛大学的 Purcell 教授同时发现了磁共振现象,由于这一发现在物理、化学、生物化学、医学上具有重大意义。这两人于 1952 年获得诺贝尔物理奖。1946~1972 年 NMR 主要用于有机化合物的分子结构分析,即磁共振波谱分析〔magnetic resonance spectroscopy,MRS〕。
1.2 原子核共振特性
磁共振就是要利用原子核的磁矩的物理特性来进展激发、信号采集和成像的。原子核的磁矩是以 Lamor 频率作旋进运动的,进动频率是由磁场强度决定的。质子在一定的磁场强度环境中,它的磁矩是以 Lamor 频率作旋进运动的,进动的磁矩,如果把三维的旋转用透视法改为二维运动图,就更清楚地看到它与单摆运动是极其相似的。
1.3 核磁弛豫
原子核的磁矩的弛豫过程与之有许多相似之处,原子核发生磁共振而到达稳定的高能态后,从外加的 B1 消失开场,到回复至发生磁共振前的磁矩状态为止,整个变化过程就叫弛豫过程。弛豫过程是一个能量转变的过程,需要一定的时间,磁矩的能量状态随时间延长而改变,磁矩的整个回复过程是较复杂的。
磁共振成像的关键局部是弛豫过程,MRI 成像时受检脏器的每一个质子都要经过反复的 RF 激发和弛豫过程。弛豫有纵向弛豫和横向弛豫之分。“T”就是 Time,T1 值一般以秒或毫秒为表示单位。T1 是反映组织纵向磁矩恢复快或慢的物理指标,人体各种组织因组成成份不同而具有不同的 T1 值。
MRI 成像过程中,每个组织都将经过磁共振物理现象的全过程。组织经过 B1 激发后,吸收能量,磁矩发生偏离 B0 轴的改变,横向〔XY 平面〕上出现了磁矩,处于高能态中。B1 终止后,横向上的磁矩将很快消失,恢复至激发前的零状态,其中 B1 激发而吸收的能量将通过发射与激发 RF 频率一样的电磁波来实现能量释放,这个电磁波就是 MR 信号的来源,也叫回波,是 MRI 的根底。
磁共振中的回波信号,实质上是射频信号,具有频率和强度的特点。磁共振成像设备中,接收信号用的线圈可以是同一线圈,也可以是方向一样的两个线圈。线圈平面与主磁场 B 平行,其工作频率需要尽量接近 Larmor 频率,线圈发射 RF 脉冲对组织进展鼓励,在停止发射 RF 脉冲后进展接收,RF 脉冲停止作用后组织出现弛豫过程,磁化矢量将回复至零状态。
MRI 技术的优点有:多参数成像,可提供丰富的诊断信息;高比照成像,可得出祥尽的解剖图谱;任意层面断层,可以从三维空间上观察人体成为现实;人体能量代研究,有可能直接观察细胞活动的生化蓝图;不使用比照剂,可观察心脏和血管结构;无电离辐射,一定条件下可进展介入 MRI 治疗;无气体和骨伪影的干扰,后颅凹病变等清晰可见。
然而,MRI 技术也存在一些缺点,如呈像速度慢;对钙化灶和骨皮质症不够敏感;图像易受多种伪影影响;禁忌证多;定量诊断困难。
MRI 技术是一种基于磁共振现象的医疗成像技术,通过对人体内部的磁场和磁矩的交互作用,获取人体内部的图像信息。MRI 技术具有多种优点,但也存在一些缺点,需要进一步的研究和改进。