第一节　MRI的成像基本原理与设备

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁惧墽鎳撻—鍐偓锝庝簼閹癸綁鏌ｉ鐐搭棞闁靛棙甯掗～婵嬫晲閸涱剙顥氬┑掳鍊楁慨鐑藉磻閻愮儤鍋嬮柣妯荤湽閳ь兛绶氬鎾閻橀潧骞堟繝娈垮枟閿曗晠宕㈡禒瀣︽繝闈涙閺€浠嬫⒔閸ヮ剙鏄ラ柡宓苯娈梺鍛婃处閸樻悂宕戦幘缁樻櫜閹煎瓨绻勯懗鍝勨攽閳ュ啿绾ч柛鏃€鐟ラ～蹇曠磼濡偐鎳濋梺閫炲苯澧畝锝堝劵椤﹁泛顭胯缁诲牆顫忓ú顏勪紶闁告洦鍓欏▍銈夋⒑閻戔晜娅撻柛銊ョ埣閻涱喛绠涘☉妯碱吅闂佹寧妫佸Λ鍕濠婂牊鐓熼煫鍥ㄦ尵缁狅綁鏌ｉ幒鐐电暤鐎殿噮鍓熼崺鈧い鎺戝閳锋帒霉閿濆牊顏犻悽顖涚洴閺屻劌顫濋幍浣镐壕婵炲牆鐏濋弸锕傛煕閳哄倻澧い鏇樺劦瀹曠喖顢涘槌栨Ч婵＄偑鍊栭悧妤冪矙閹捐鍌ㄩ柟闂寸劍閳锋垿鏌涘☉姗堝姛闁活厼妫涚槐鎺楀焵椤掍焦濯撮悷娆忓閻濆嘲顪冮妶鍡欏⒈闁稿鍋ら幃鈥斥枎韫囧鍋撻幒鎴僵妞ゆ帒鍊烽搹搴㈢節绾版ǚ鍋撻悙钘変划闂佺妫勯悥濂稿极閹版澘鐐婇柍鍝勫枦缁辨煡姊虹拠鎻掑毐缂傚秴妫欑粋宥夋倷鐎靛壊娴勯梺闈涚箳婵參寮ㄩ懞銉ｄ簻闁哄啫鍊甸幏鈩冧繆椤栨浜惧┑鐘愁問閸犳牠鏁冮妸銉㈡瀺闁挎繂娲ら崹婵囩箾閸℃绠氶柡瀣叄閺岀喖顢涢崱妤€鏆欐い銉ラ叄濮婂宕掑▎鎴М濠电姭鍋撻梺顒€绉寸粻鐘绘煙閹规劗袦婵炲樊浜堕弫鍥煏韫囧ň鍋撻崗鍛挼濠碉紕鍋戦崐鏍哄澶婄；闁规儳鐏堥崑鎾舵喆閸曨剛顦ラ梺缁樼墪閵堟悂濡存担鑲濇梹鎷呴崫銉х嵁闂佽鍑界紞鍡涘磻閸涘瓨鍋熼柡鍥ュ灪閳锋帡鏌涚仦鍓ф噮闁告柨绉归弻鐔碱敊閼测晛鐓熼悗瑙勬礃濞叉牠銈导鏉戦唶婵犻潧鐗滃Σ鐗堜繆閻愵亜鈧洜鎹㈤幇顑╂稑鈻庤箛濠冪亖闂佸綊妫块悞锕傚煕閹烘鐓曢悘鐐村礃婢规﹢鏌嶈閸撴岸骞冮崒姘辨殾闁归偊鍙庡Σ褰掑箹鏉堝墽鎮奸柣鎺戝悑缁绘盯骞橀弶鎴犲姲闂佺ǹ顑嗛幐濠氥€冮妷鈺傚€风€瑰壊鍠楅埢鍫ユ⒑鏉炴壆鍔嶉柟鐟版喘楠炲啴鍩￠崨顓狀槰闂傚⿴鍋掗崢鍓х礊瀹ュ鈷掗柛灞剧懆閸忓瞼绱掗鍛仸鐎规洘绻堥獮鎺楀籍閳ь剚鍒婃导瀛樼叆闁哄洨鍋涢埀顒佹倐瀵憡绗熼埀顒勫箖濡ゅ懏鏅查幖绮光偓鎰佹浇闂備礁鎽滄慨鐢稿礉濞嗘挸钃熼柨鐔哄Т缁€鍐煏婵炑冨枤閺嗩偆绱撻崒娆掑厡濠殿喚鏁婚幃褔鎮╃拠鑼舵憰濠电偞鍨剁划鐘参ｉ悡搴富闁靛牆鍟俊濂告煙閾忣偄濮堢紒鏃傚枛瀵挳鎮㈠ú顏咁€嶉梻浣告啞缁嬫垿鏁冮敃鍌氬偍濞寸姴顑嗛埛鎴犳喐閻楀牆绗掑ù婊€鍗抽弻娑㈠Ω閵堝懎绁梺璇″灠閸熸挳骞冨⿰鍏剧喖姊归幇顔炬晨闂備焦瀵х划宀勨€﹀畡鎵殾闁靛ň鏅╅弫宥嗙節婵犲啫濮夐梻鍌ゅ灡缁绘繈鎮介棃娑楀摋闂佽妞挎禍鐐差嚗婵犲洤閿ゆ俊銈傚亾缂佺姷濞€閺岀喖骞嗚閹界娀鏌涘▎蹇曠闁哄被鍔戝顕€鍩€椤掑嫬鍨傛繝闈涚墛瀹曟煡鏌涢埄鍐姇闁绘挻娲樼换娑㈠幢濡や胶顩板┑鈽嗗灠閻楁捇寮诲☉銏犵睄闁逞屽墰閺侇噣鍨鹃幇浣圭稁婵犵數濮甸懝鍓у閸忓吋鍙忔慨妤€妫楅崢鎾煕鐎ｎ偅灏版い锔惧閹棃濮€閳轰椒缂撳┑鐘愁問閸犳鏁冮埡鍛婵°倕鍟扮壕鑺ユ叏濡潡鍝洪柛鐘冲姉閳ь剙绠嶉崕閬嶆偋韫囨梻顩查梺顒€绉甸埛鎺懨归敐鍛暈閻犳劧绻濋弻褑绠涢幘璇插及閻庤娲戦崡鍐差嚕娴犲鏁冮柕鍫濆閻熸繃淇婇悙顏勨偓鏍偋濠婂牆纾婚柣鎰劋閸嬪倿鏌曟径鍡樻珕闁绘挾鍠栭弻锟犲炊閳轰椒绮堕梺閫炲苯澧繝鈧柆宥呯劦妞ゆ帊鑳堕崯鏌ユ煙閸戙倖瀚�2021-04闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻锝夊箣閿濆憛鎾绘煕閵堝懎顏柡灞剧洴楠炴﹢鎳犻澶嬓滈梻浣规偠閸斿秶鎹㈤崘顔嘉﹂柛鏇ㄥ灠閸愨偓濡炪倖鍔﹀鈧柡澶樺弮濮婃椽鏌呴悙鑼跺濠⒀屽櫍閺屾盯鎮㈤崨濠傚攭闂佺粯渚楅崳锝呯暦閸洦鏁嗛柍褜鍓涢惀顏囶樄闁诡喛顫夌粭鐔碱敍濠婂啫寮楅梻浣告憸閸嬬喖寮拠宸綎缂備焦蓱婵挳鏌ら幁鎺戝姢闁靛棗锕娲閳哄啰肖缂備胶濮甸幑鍥偘椤旇法鐤€婵炴垶鐟﹀▍銏ゆ⒑鐠恒劌娅愰柟鍑ゆ嫹闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻锝夊箣閿濆憛鎾绘煕閵堝懎顏柡灞诲€濆畷顐﹀Ψ閿旇姤鐦庡┑鐐差嚟婵潧顫濋妸褎顫曢柟鎹愵嚙绾惧吋绻涢崱妯虹瑨闁告﹫绱曠槐鎾寸瑹閸パ勭彯闂佹悶鍔忓▔娑㈡偩瀹勬壋鏀介柛鐙€鍠楀Λ鍐ㄧ暦濮椻偓婵℃悂濡疯閸犲﹪姊婚崒娆戭槮闁圭⒈鍋婂畷顖烆敃閿旇棄浜辨繝鐢靛Т濞层倗澹曢悷鎵虫斀闁绘ê纾。鏌ユ煟閹惧崬鐏ǎ鍥э躬椤㈡稑鈻庨幒婵嗗Τ婵犵鈧啿绾ч柟顔煎€垮濠氭晲閸℃ê鍔呭銈嗘⒒閸樠呯尵瀹ュ應鏀芥い鏃傘€嬫Λ姘箾閸滃啰鎮奸柛鎺撳笒閳诲酣骞樺畷鍥跺敹闂佺懓鍚嬮悾顏堝垂閾忓厜鍋撳顒傦紞缂佽鲸鎹囧畷鎺戔枎閹搭厽袦婵＄偑鍊栭崹闈浳涘┑瀣祦闁硅揪绠戦悙濠冦亜閹哄棗浜鹃梺鍝勫閸庣敻寮婚弴锛勭杸閻庯綆浜栭崑鎾诲即閻橀潧鏆楅悗骞垮劚椤︿即鎮￠弴鐔翠簻闁规壋鏅涢埀顒佹礋瀵憡鎯旈妸锔惧帗閻熸粍绮撳畷婊冣槈閵忕姵鐎繝鐢靛У閼归箖鎷戦悢鍏肩厪濠电偛鐏濋崝妤呮煛閳ь剚绂掔€ｎ偆鍘遍梺鏂ユ櫅閸熲晝娆㈤柆宥嗙厓鐟滄粓宕滃韬测偓鍐幢濞戞牑鍋撻崘顔嘉ㄩ柍鍝勫€搁埀顒傚厴閺岀喓鍠婇崡鐐茬闂佷紮缍€閸嬫劗妲愰幘瀛樺濞寸姴顑呴幗鐢告煟閵忊晛鐏℃い銊ョ墢閸掓帡顢橀姀鈥充簻闂佸憡绺块崕鎶芥儊閸儲鈷戦柛娑橈工婵箓鏌ｉ幘宕囧閻庨潧銈搁弫鎾绘晸閿燂拷 >>>

一、磁共振现象与MRI

含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体（图1-5-1）。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列（图1-5-2）。在这种状态下，

质子带正电荷

图1-5-1　质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场

用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间，也是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称T₁。另一种是自旋-自旋弛豫时间（spin-spin relaxation time），又称横向弛豫时间（transverse relaxation time）反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化所维持的时间，称T₂。T₂衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与T₁不同，它引起相位的变化。

质子排列

图1-5-2　正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列

人体不同器官的正常组织与病理组织的T₁是相对固定的，而且它们之间有一定的差别，T₂也是如此（表1-5-1a、b）。这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。有如CT时，组织间吸收系数（CT值）差别是CT成像基础的道理。但MRI不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是有T1、T₂和自旋核密度（P）等几个参数，其中T₁与T₂尤为重要。因此，获得选定层面中各种组织的T₁（或T₂）值，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。

MRI的成像方法也与CT相似。有如把检查层面分成Nx，Ny，Nz……一定数量的小体积，即体素，用接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，获得每个体素的T₁值（或T₂值），进行空间编码。用转换器将每个T值转为模拟灰度，而重建图像。

表1-5-1a　人体正常与病变组织的T₁值（ms）

肝	140～170	脑膜瘤	200～300
胰	180～200	肝癌	300～450
肾	300～340	肝血管瘤	340～370
胆汁	250～300	胰腺癌	275～400
血液	340～370	肾癌	400～450
脂肪	60～80	肺脓肿	400～500
肌肉	120～140	膀胱癌	200～240

表1-5-1b　正常颅脑的T₁与T₂值（ms）

组织	T₁	T₂
胼胝体	380	80
桥　脑	445	75
延　髓	475	100
小　脑	585	90
大　脑	600	100
脑脊液	1155	145
头　皮	235	60
骨　髓	320	80

二、MRI设备

MRI的成像系统包括MR信号产生和数据采集与处理及图像显示两部分。MR信号的产生是来自大孔径，具有三维空间编码的MR波谱仪，而数据处理及图像显示部分，则与CT扫描装置相似。

MRI设备包括磁体、梯度线圈、供电部分、射频发射器及MR信号接收器，这些部分负责MR信号产生、探测与编码；模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等，则负责数据处理、图像重建、显示与存储（图1-5-3）。

磁体有常导型、超导型和永磁型三种，直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性，并影响MRI的图像质量。因此，非常重要。通常用磁体类型来说明MRI设备的类型。常导型的线圈用铜、铝线绕成，磁场强度最高可达0.15～0.3T^*，超导型的线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为0.35～2.0T，用液氦及液氮冷却；永磁型的磁体由用磁性物质制成的磁砖所组成，较重，磁场强度偏低，最高达0.3T。

梯度线圈，修改主磁场，产生梯度磁场。其磁场强度虽只有主磁场的几百分之一。但梯度磁场为人体MR信号提供了空间定位的三维编码的可能，梯度场由X、Y、Z三个梯度磁场线圈组成，并有驱动器以便在扫描过程中快速改变磁场的方向与强度，迅速完成三维编码。

MRI设备基本结构示意图

图1-5-3　MRI设备基本结构示意图

射频发射器与MR信号接收器为射频系统，射频发射器是为了产生临床检查目的不同的脉冲序列，以激发人体内氢原子核产生MR信号。射频发射器及射频线圈很象一个短波发射台及发射天线，向人体发射脉冲，人体内氢原子核相当一台收音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢原子核变成一个短波发射台，而MR信号接受器则成为一台收音机接收MR信号。脉冲序列发射完全在计算机控制之下。

MRI设备中的数据采集、处理和图像显示，除图像重建由Fourier变换代替了反投影以外，与CT设备非常相似。