MRI成像原理深度解析

引言

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种非侵入性的医学成像技术，它利用原子核在强磁场中的共振现象来生成人体内部结构的详细图像。

核磁共振现象

原子核的自旋

原子核具有自旋特性，当置于强磁场中时，这些自旋会产生能级分裂。氢原子核（质子）是人体中最丰富的原子核，也是MRI成像的主要信号源。

拉莫尔频率

在磁场B₀中，质子的进动频率（拉莫尔频率）由以下公式决定： ω₀ = γB₀

其中γ是旋磁比，对于质子约为42.58 MHz/T。

梯度磁场系统

空间编码

MRI使用三个相互垂直的梯度磁场来实现空间编码：

• 层面选择梯度（Slice Selection Gradient）
• 频率编码梯度（Frequency Encoding Gradient）
• 相位编码梯度（Phase Encoding Gradient）

脉冲序列

基本脉冲序列

1. 90°脉冲：将磁化矢量从z轴翻转到xy平面
2. 180°脉冲：实现自旋回波，用于T2加权成像
3. 梯度脉冲：用于空间定位和信号读出

图像重建

傅里叶变换

MRI信号在k空间中采集，通过二维傅里叶变换重建出空间域图像。

临床应用

MRI在临床诊断中具有重要价值，特别适用于：

• 软组织成像
• 神经系统疾病诊断
• 关节和肌肉损伤评估
• 肿瘤检测和分期

总结

MRI成像技术结合了物理学、工程学和医学的多个领域，为现代医学诊断提供了强大的工具。理解其基本原理对于正确解读MRI图像至关重要。