磁共振和核磁共振是一回事。
核磁共振简称磁共振,英文简写mri,是一种高级的,有效的,准确的辅助检查手段。人体内含有大量的氢原子,这种氢原子在高强度的磁场内,一定条件下会发生磁共振,通过专用的设备,将产生的信号记录下来,并转化成可视图像就是核磁共振。核磁共振可以很好地观察人体各器官的解剖结构,分辨率很高,能及时发现微小的病灶,目前在临床中,磁共振是应用非常广泛的一种检查手段。
产生射频脉冲信号的过程相当于AM调制,调制信号为基带脉冲信号。
是利用原子核在磁场内所产生的信号经重建成像的一种影像技术,人体内的每一个氢质子可被视作为一个小磁体,正常情况下,这些小磁体自旋轴的分布和排列是杂乱无章的。
若将人体置入在一个强大磁场中,这些小磁体的自旋轴必须按磁场磁力线的方向重新排列。
如果额外再施加一个射频脉冲(radiofrequencypulsE),使之产生共振,当外来射频脉冲停止后,原子核以射频信号的形式放出能量,其质子自旋的相位一致性亦逐渐消失,并恢复到原来的状态。
这些被释放出的,并进行了三维空间编码的射频信号被体外线圈接收,经计算机处理后重建成图像
自由感应衰减(free induction decay, FID)是核磁共振现象的表现形式。下面将对核磁共振中的自由衰减信号(FID)进行简要的介绍。
核磁共振设备中会使用若干种不同种类的线圈。主要包括:梯度线圈和射频线圈两种,下面简单介绍下射频线圈的功能。
射频线圈具有发射和接收两个基本功能,包括发射线圈本接收线圈。发射线圈的功能是向检测样品发射射频脉冲,使质子的纵向磁化强度矢量发生翻转。接收线圈的功能是接收样品的核磁共振信号。
弱磁成像的基本原理分以下几个步骤推导:
①人体内含有大量水,每个水中的每个氢都含有的一个质子,质子带正电荷,并且都会自转,所以带电质子的自转会产生磁场,其磁场的方向可以用右手定则确定。
②普通情况下人体所含质子的方向是随机的,所以自旋时产生磁场的方向也是杂乱无章的,因此产生的磁场相互抵消,故产生的综合磁场强度为零。
③外加磁场后,大部分质子产生磁场的方向指向外加磁场方向,称之为低能质子。少量质子的指向与外加磁场的方向相反,称之为高能质子。两者相消,所以质子产生的综合磁场指向外加磁场方向。需要注意:此时质子兼顾自旋和指向磁场方向或反方向的两种运动,其综合运动外观上类似于旋转的陀螺,称之为进动。需要注意的是,虽然每个氢质子表现为进动,但由于整个组织自旋运动的初试相位杂乱无章,所产生的横向磁化矢量相互抵消,因此整体上不表现为进动。
④此时施加与质子进动频率相同的射频脉冲,射频脉冲有两个作用,第一能够传递能量,使少部分低能质子会吸收能量暂时变为高能质子,纵向磁场强度随之不断减小;第二由于射频脉冲信号频率等于质子进动频率,所有吸收能量的质子会相互吸引靠拢,产生相同的相位,即:进动质子同相位。此时高能质子和低能质子均产生一个磁场,两磁场的纵向分矢量相互削减,而横向磁化分矢量由于相位相同,所以随着射频脉冲的施加,横向磁化矢量逐渐增大,纵向磁化矢量逐渐减小,需要注意由于质子自旋状态一直存在,因此产生的横向磁化矢量是一种旋转的状态。
⑤射频脉冲关闭后同时发生横向弛豫(T2弛豫)与纵向弛豫(T1弛豫),也就是发生自由感应衰减现象(FID)。其中的横向磁化矢量其本质是发生进动质子失相位,即:失去相位的一致性,使横向磁化矢量逐渐衰减(横向磁化矢量衰减主要因为主磁场环境的不均匀和自旋质子微磁场环境的波动),这是质子群之间的能量传递,即:自旋-自旋弛豫;在T2弛豫中,由于水的横向豫驰较慢,一直存在横向磁场,所以能采集大量电信号,信号为高信号,规定为白色。而脂肪横向豫驰较快,所以相对水来说是低信号,为灰白色。
⑥而发生纵向弛豫(T1弛豫),也被称为自旋-晶格弛豫,也就是纵向磁化矢量逐步恢复增加的过程。如果分子进动频率和分子固有转动频率(自旋转动)越接近,则能量交换越高效,分子晶格之间能量传递速度越快,T1值越短。反之则越长。大分子物质转动频率远低于进动频率,所以T1值较长,而小分子如水的转动频率远高于进动频率,因此水的T1值也很长,只有脂肪组织进动频率和转动频率接近,其T1值较短。T1弛豫是质子群能量传递给其他分子。在这个过程水是缓慢恢复,所以为低信号,规定为黑色,脂肪为快速恢复,所以为高信号,为白色。(注意T1、T2弛豫是同时发生的,但直接研究两种弛豫的合量比较复杂,因此将合磁化矢量分解为横向、纵向磁化分矢量及横向、纵向弛豫进行研究。)
⑦然后将磁共振信号通过空间相位编码技术形成磁共振图像。大概方法是外加X、Y、Z轴三个方向的梯度磁场(梯度磁场指场强渐变的磁场),所以采集到的每个信号都拥有了自己独特的空间位置信号,信号重建后获得磁共振图像。
核磁共振是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
核磁共振应用:核磁共振成像(MRI)检查已经成为一种常见的影像检查方式,核磁共振成像作为一种新型的影像检查技术,不会对人体健康有影响,但六类人群不适宜进行核磁共振检查即:安装心脏起搏器的人、有或疑有眼球内金属异物的人、动脉瘤银夹结扎术的人、体内物存留或金属假体的人、有生命危险的危重病人、幽闭恐惧症患者等。不能把监护仪器、抢救器材等带进核磁共振检查室。另外,怀孕不到3个月的孕妇,最好也不要做核磁共振检查。
部分饱和脉冲序列是磁共振中蕞简单的脉冲序列,也被称作饱和恢复脉冲序列。但是,相对部分饱和脉冲序列而言,饱和恢复脉冲序列需要更长的重复时间。
脉冲磁共振仪是用一个强的射频,以脉冲方式(一个脉冲中同时包含了一定范围的各种频率的电磁辐射)将样品中所有化学环境不同的同类核同时激发,发生核磁共振,同时接收核磁信号。
快速自旋回波序列是指MRI的成像能量是射频脉冲。
射频脉冲是一种短波电磁波,通过围绕于人体的射频线圈发射至磁场内。
在MRI中施加脉冲的顺序是先给90度脉冲,尔后给予180度脉冲,称之为自旋回波序列。
在射频激发之后,热平衡态的磁化向量M0部分或全部被翻转到垂直主磁场的横平面上,产生了自由感应衰减这种讯号。
由于局部磁场不均匀、化学位移等等因素,使得自旋不完全是处在预想的共振频率上(由主磁场强度与核种决定),事实上有不同的共振频率与旋进速率。
随着时间,这样的离共振现象使得横磁向量不再处在同一方向上,使得横磁向量的向量和变小,即造成讯号强度变小。
这是自由感应衰减的机制。
自旋回波的产生,是额外加上一个聚焦用的射频脉冲,传统是用翻转角180度的脉冲。
其作用在于将不同旋进速率的自旋一下子反转,变成跑得快的在后,跑得慢的在前。
随着时间,跑得快的渐渐追上跑得慢的,则横磁向量渐渐排在一起;当排在同一方向上时,可以发现此时自旋讯号强度达到最高峰。
整段过程讯号慢慢回复,到达最高峰,再慢慢消逝;相对于自由感应衰减是一激发就出现的自旋反应讯号,其与激发当下隔了一段时间,像个回音一样,而其又来自于射频聚焦,故应称为“射频回讯”,但因历史因素,多称为“自旋回波”。
一个宏观平衡系统由于周围环境的变化或受到外界的作用而变为非平衡状态,这个系统再从非平衡状态过渡到新的平衡态的过程就称为弛豫过程。
在核磁共振中,
弛豫过程和弛豫时间
在XY平面所施加的射频磁场B1是脉冲形式的。当射频脉冲磁场消失后,氢核系统将会逐渐地由非平衡状态恢复到平衡状态,这一恢复过程叫做弛豫过程。
在弛豫过程中,氢核要将所吸收的射频磁场的能量释放出来,使各氢核恢复到共振前的状态。弛豫过程有两个重要的时间常数T1和T2 ,叫做弛豫时间。
其中T1称作纵向弛豫时间,是描述自旋核与晶格(相当于环境)相互作用时,氢核系统恢复到平衡状态的快慢的物理量。T2称作横向弛豫时间,是描述自旋核与自旋核之间相互作用时,氢核系统恢复到平衡状态快慢的物理量。
MRI也就是磁共振成像,也就是一种影像学检查来的。,磁共振成像是断层成像的一种,它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。 MR是一种生物磁自旋成像技术,它是利用原子核自旋运动的特点,在外加磁场内,经射频脉冲激后产生信号,用探测器检测并输入计算机,经过计算机处理转换后在屏幕上显示图像。
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