磁共振成像的原理

       想获得人体的体层图像，任何成像系统都需要解决三方面问题：图像信号的来源、图像组织对比度的来源、图像空间信息的来源。磁共振成像也同样要解决这些问题。现对磁共振成像的原理作一简单介绍。

1.核磁共振信号的来源

       磁共振成像，是依靠核磁共振现象来成像的。核磁共振现象，是指处于静磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波作用时，将在他们的磁能级间产生共振跃迁。

       上述过程，是原子核与磁场发生的共振，所以称为核磁共振，因为“核”字涉嫌核辐射，所以业内将其改称为磁共振。

       氢原子是人体中含量最多的元素，它的核只有一个质子，是最活跃、最易受磁场影响的原子核。所以磁共振成像采集的是氢原子核的信号。业内常把氢原子核简称为质子。

    核磁共振现象是一个无法直观观察的现象，理解起来较为抽象，在此只作简要解释。

    所有的原子核都在不停地自旋。含有单数质子的原子核，自旋时产生磁场，也就是核磁，因它有大小有方向，我们称它具有自旋磁。

    加入外来磁场后，原子核的磁距将围绕外来磁场旋转，称为进动。进动的频率与外来磁场的强度成正比。宏观上看，进动的原子核的磁场与外磁场是平行的，与外来磁场同向的原子核（低能级）要多于反向的（高能级），整体上看人体将具有磁场，称为磁化。

    当再加一个频率与原子核进动频率相同的旋转磁场时，原子核的磁场方向将发生旋转，使得低能级的原子核减少、高能级的原子核增多，即跃迁。这个过程是一个吸收能量的过程，称为激发。

    当旋转磁场被撤消后，原子核将逐渐恢复到原始状态，并以电磁波的形式释放出当初吸收的能量，这个过程称为驰豫。

    综上所述，如果给人体施加一个外来的静磁场，再给予一个短暂的、与质子共振相同频率的旋转磁场（即射频脉冲），之后采集电磁波信号，就可以获得人体的磁共振信号了。

    对磁共振信号的采集过程给予一个形象的比喻，可以把质子比喻成卫星，我们从发射电台发送信号，卫星获得信号，再重新发射出来，地面的收音机就可以收听到节目了。

2.磁共振成像组织对比度的来源

    质子的弛豫，是因为与周围磁场共振而发生的。质子受周围分子磁场的影响而发生的弛豫，称为自旋-晶格弛豫（纵向弛豫、T1弛豫）:质子受其它质磁场影响而发生的弛豫，称为自旋-自旋弛豫（横向弛豫、T2弛豫）。

    以T1弛豫为例，质子周围的分子是在不断震动的，震动频率与分子大小成反比。水分子非常小，震动频率过高，无法与质子交换能量，弛豫速度就慢；蛋白质分子非常大，震动频率过低，也无法与质子交换能量，弛豫速度也慢，但快于水；脂肪的震动频率与质子的共振频率接近，所以脂肪的弛豫速度最快。弛豫速度越快，采集到的信号就越强。由于不同组织含有上述三种成分的比重不同，它们之间就会出现信号对比。

    实际扫描过程中，获得的信号既包含T1信号，也包含T2信号。通过调节扫描参数，可以使所得信号中某种信号所占的比例大些，称为加权成像（英文缩写为WI）。除T1加权（T1WI）、T2加权（T2WI）外，还可以有质子密度加权（PdWI）和混合加权。