MRI成像原理
概念
MRI:磁共振成像,英文全稱是:Magnetic Resonance Imaging
原理
核磁共振是一種物理現象,作為一種分析手段廣泛應用於物理、化學生物等領域,到1973年才將它用於醫學臨床檢測。為了避免與核醫學中放射成像混淆,把它稱為磁共振成像術(MR)。
MR是一種生物磁自旋成像技術,它是利用原子核自旋運動的特點,在外加磁場內,經射頻脈衝激後產生訊號,用探測器檢測並輸入計算機,經過計算機處理轉換後在螢幕上顯示影象。
成像原理 描述1:
核磁共振成像原理:原子核帶有正電,許多元素的原子核,如1H、19FT和31P等進行自旋運動。通常情況下,原子核自旋軸的排列是無規律的,但將其置於外加磁場
總結成像原理:
- 元素的原子核進行自旋運動,無規律;
- 外加磁場,核自旋從無序變為有序,拉莫爾旋進;系統達到平衡;
- 一定頻率的射頻激發原子核,共振效應,射頻方向旋進,章動;
- 射頻脈衝停止,原子核回覆到磁場中原來排列狀態,釋放微弱的能量,射電訊號,檢出這些訊號,進行空間分辨,就得到運動中原子核分佈圖像。
成像原理 描述2:
“共振成像(MRI)又叫核磁共振成像技術。是繼CT後醫學影像學的又一重大進步。自80年代應用以來,它以極快的速度得到發展。其基本原理:是將人體置於特殊的磁場中,用無線電射頻脈衝激發人體內氫原子核,引起氫原子核共振,並吸收能量。在停止射頻脈衝後,氫原子核按特定頻率發出射電訊號
梯度磁場
基梯度磁場是位於磁體腔內的幾組線圈通過電流而產生,附加在主磁場上,可以增加或減弱主磁場強度,使沿梯度方向的自旋質子具有不同的磁場強度,因而有不同型別的共振頻率。
主磁場的產生依賴磁體,可以有永磁,常導,超導;目前高場強的都是超導。超導其實就是一個大磁鐵,一旦電流匯入,就無需再提供電流,電流在超低溫下幾乎不會損耗,強大的電流產生強磁場,平時主要是補充液氦。
梯度磁場是在主磁場上附加的梯度磁場,可以單梯度,可以雙梯度,可以在X,Y,Z軸上設立。雙梯度就是梯度轉換更快。梯度磁場的用處主要在空間定位,包括相位編碼及頻率編碼,可以通過梯度場明確空間上的任意位置。
而RF射頻主要是發射訊號及採集訊號,通過回波訊號來了解組織的特性,主要是T1,T2,質子,及流動訊號。
綜合上述,大磁場就是靜態磁場,它的用處是磁化組織,讓其有序;梯度場是人為新增,用於空間定位。
通電線圈可以產生磁場,在主磁場上再附加小的磁場,讓其形成某個梯度排列的磁場,此時質子的進動頻率改變,在Z軸上可以分層,在XY軸上進行平面空間定位。
MRI系統可能對人體造成傷害的因素:
- 強靜磁場:在有鐵磁性物質存在的情況下,不論是埋植在患者體內還是在磁場範圍內,都可能是危險因素;
- 隨時間變化的梯度場:可在受試者體內誘導產生電場而興奮神經或肌肉。外周神經興奮是梯度場安全的上限指標。在足夠強度下,可以產生外周神經興奮(如刺痛或叩擊感),甚至引起心臟興奮或心室振顫;
- 射頻場(RF)的致熱效應:在MRI聚焦或測量過程中所用到的大角度射頻場發射,其電磁能量在患者組織內轉化成熱能,使組織溫度升高。RF的致熱效應需要進一步探討,臨床掃瞄儀對於射頻能量有所謂“特定吸收率”(specific absorption rate, SAR)的限制;
- 噪聲:MRI執行過程中產生的各種噪聲,可能使某些患者的聽力受到損傷。“