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核磁共振成像的概要是什么?

核磁共振成像的概要是什么?

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2016-01-29

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    核磁共振成像在磁场的作用下,一些具有磁性的原子能够产生不同的能级,如果外加一个能量(即射频磁场),且这个能量恰能等于相邻2个能级能量差,则原子吸收能量产生跃迁(即产生共振),从低能级跃迁到高能级,能级跃迁能量的数量级为射频磁场的范围。
  核磁共振可以简单的说为研究物质对射频磁场能量的吸收情况。  物理原理核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。
  它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生章动产生射频信号,经计算机处理而成像的。原子核在进动中,吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲,即外加交变磁场的频率等于拉莫频率,原子核就发生共振吸收,去掉射频脉冲之后,原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来,称为共振发射。
    共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核,因为人体的约70%是由水组成的,MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中,用适当的电磁波照射它,使之共振,然后分析它释放的电磁波,就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。
    通过一个磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画,由头顶开始,一直到基部。核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。
  医生考虑到患者对“核”的恐惧心理,故常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生章动产生射频信号,经电脑处理而成像的。  原子核在进动中,吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲,即外加交变磁场的频率等于拉莫频率,原子核就发生共振吸收,去掉射频脉冲之后,原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来,称为共振发射。
  共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。氢核首选核种氢核是人体成像的首选核种:人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物,所以氢核的核磁共振灵活度高,且氢核的磁旋比大,信号强,这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。
    NMR信号强度与样品中氢核密度有关,人体中各种组织间含水比例不同,即含氢核数的多少不同,则NMR信号强度有差异,利用这种差异作为特征量,把各种组织分开,这就是氢核密度的核磁共振图像。
  人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、弛豫时间T1、T2三个参数的差异,是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。  当施加一射频脉冲信号时,氢核能态发生变化,射频过后,氢核返回初始能态,共振产生的电磁波便发射出来。
  原子核振动的微小差别可以被精确地检测到,经过进一步的计算机处理,即可能获得反应组织化学结构组成的三维图像,从中我们可以获得包括组织中水分差异以及水分子运动的信息。这样,病理变化就能被记录下来。
    人体2/3的重量为水分,如此高的比例正是磁共振成像技术能被广泛应用于医学诊断的基础。人体内器官和组织中的水分并不相同,很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化,即可由磁共振图像反应出来。
  MRI所获得的图像非常清晰精细,大大提高了医生的诊断效率,避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。  由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂,因此对人体没有损害。
  MRI可对人体各部位多角度、多平面成像,其分辨力高,能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系,对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断,尤其是早期肿瘤的诊断有很大的价值。  数学运算原子核带正电并有自旋运动,其自旋运动必将产生磁矩,称为核磁矩。
  研究表明,核磁矩μ与原子核的自旋角动量S成正比,即核磁共振成像式中γ为比例系数,称为原子核的旋磁比。在外磁场中,原子核自旋角动量的空间取向是量子化的,它在外磁场方向上的投影值可表示为:核磁共振成像m为核自旋量子数。
    依据核磁矩与自旋角动量的关系,核磁矩在外磁场中的取向也是量子化的,它在磁场方向上的投影值为:核磁共振成像对于不同的核,m分别取整数或半整数。在外磁场中,具有磁矩的原子核具有相应的能量,其数值可表示为:核磁共振成像式中B为磁感应强度。
  可见,原子核在外磁场中的能量也是量子化的。  由于磁矩和磁场的相互作用,自旋能量分裂成一系列分立的能级,相邻的两个能级之差ΔE=γhB。用频率适当的电磁辐射照射原子核,如果电磁辐射光子能量hν恰好为两相邻核能级之差ΔE,则原子核就会吸收这个光子,发生核磁共振的频率条件是:核磁共振成像式中ν为频率,ω为角频率。
    对于确定的核,旋磁比γ可被精确地测定。可见,通过测定核磁共振时辐射场的频率ν,就能确定磁感应强度;反之,若已知磁感应强度,即可确定核的共振频率。

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