深入淺出帶你了解磁共振成像（MRI）基本原理
一、 當我們(men) 去醫院做核磁共振檢查時是如何給大腦照相的呢？照相的原理又是什麽(me) ？
人的大腦可以說是精妙複雜的係統，從(cong) 生理上來說，腦的功能是控製身體(ti) 的其他器官，可以說所有的行為(wei) 都因它而起，所有的感悟也都由它而生。對於(yu) 這麽(me) 複雜而又精細的係統，從(cong) 古至今人類從(cong) 未放棄探索。
研究腦古老的方法是神經解剖學。神經生理學家研究腦的化學、藥理學和電性質，認知神經科學研究大腦的運作如何執行心理或認知功能。我們(men) 姑且將其統稱為(wei) 腦科學，即研究腦的結構和功能的科學。
腦科學研究方法除了常規的認知行為(wei) 研究之外，還有利用腦功能成像設備的研究方法，常見的有磁共振成像技術（MRI）、腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）等。今天我們(men) 就來聊聊磁共振成像技術（MRI）的基本原理。
圖1. 圖片來源於(yu) 網絡
磁共振成像技術原本稱為(wei) 核磁共振成像。很多人聽到“核磁”，第1反應是這個(ge) 對人體(ti) 有害嗎，因為(wei) 名稱中不是有“核”嗎。其實，此處的”核“指”原子核“確實不假，但磁共振成像隻與(yu) 原子核的磁場相關(guan) ，與(yu) 原子核聚變、裂變等的能量放射並無關(guan) 係。因此，磁共振成像其實是利用人體(ti) 組織中某種原子核的核磁共振現象，將所得射頻信號經過計算機處理，重構出人體(ti) 某一層麵的圖像的診斷技術。
二、 “核”和“磁”
我們(men) 先來說說這個(ge) “核”。人體(ti) 是由原子構成的，原子由電子和原子核組成，原子核包括質子和中子。原子核像地球一樣可以圍繞著中軸進行自我旋轉，並且人體(ti) 中水分含量高，因此大腦中的H質子會(hui) 自旋。通常情況下，每個(ge) 質子自旋均會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 小的磁場，但呈隨機無序排列，各方向的磁性相互抵消，因此人體(ti) 整體(ti) 不表現磁性。
但當一個(ge) 人進入核磁共振掃描機器裏，這些質子就處在了掃描機所產(chan) 生的強磁場中。這些H原子仍按自己的頻率震動，但方向為(wei) 與(yu) 外界磁場保持一致，整體(ti) 上會(hui) 表現出磁性。這就好比學校做廣播體(ti) 操，同學們(men) 一開始是隨機排列的，但是一旦聽到廣播體(ti) 操聲響起，同學們(men) 都會(hui) 自覺的排列整齊，朝同一個(ge) 方向齊刷刷站好。此時，質子兼顧自旋和指向磁場方向或反方向的兩(liang) 種運動，綜合起來看就類似於(yu) 小時候玩的陀螺，稱之為(wei) 進動。
因此，磁共振成像係統中很重要的一個(ge) 組成部分就是磁體(ti) 係統，它的主要作用是提供一個(ge) 穩定的、均勻的空間磁場環境。根據磁場強度的大小，可以把磁共振設備分為(wei) 低場、中場、高場及超高場。磁場的單位是特斯拉（Tesla），是以一位傳(chuan) 奇的物理學家尼古拉·特斯拉的名字命名的。
磁場強度小於(yu) 0.5T的磁共振設備被叫做低場磁共振
磁場強度大於(yu) 0.5T小於(yu) 1.0T的磁共振設備叫做中場磁共振
磁場強度大於(yu) 1.0T小於(yu) 2.0T的磁共振就是高場磁共振
磁場強度大於(yu) 2.0T的磁共振是超高場磁共振，包括臨(lin) 床和科研常用的3.0T和7.0T
三、“共振”
前麵我們(men) 提到，在外加磁場後，體(ti) 內(nei) 的質子進動而產(chan) 生磁矢量。平衡狀態下，大部分的質子方向和外加磁場方向一致（即縱向磁化），而由於(yu) 相位不同，宏觀上隻有縱向磁化產(chan) 生，而無橫向磁化產(chan) 生。但由於(yu) 和外加磁場方向一致不能被直接測量，我們(men) 如果想要獲得這個(ge) 信號，就需要擾亂(luan) 它。
這就提到磁共振係統第二個(ge) 重要組成部分——射頻係統，它的主要作用是發射能夠激發成像區域的射頻脈衝(chong) 。當我們(men) 加入的射頻脈衝(chong) 的頻率和質子進動頻率一致時，就會(hui) 發生能量的傳(chuan) 遞，低能的質子獲得能量進入高能的狀態，這便是核磁共振。
加入了射頻脈衝(chong) 之後，產(chan) 生的第1個(ge) 影響是能量的傳(chuan) 遞，獲得能量的質子會(hui) 從(cong) 低能級（磁場方向指向上）躍遷至高能狀態（磁場方向指向下），縱向磁場強度隨之不斷減小。第二個(ge) 影響是由於(yu) 頻率一致，所有吸收能量的質子會(hui) 相互吸引靠攏，產(chan) 生相同的相位，橫向磁場強度隨之不斷增大。
四．“成像”
那麽(me) ，射頻脈衝(chong) 關(guan) 閉後發生了什麽(me) 呢？當射頻脈衝(chong) 消失後，這些共振的H原子會(hui) 慢慢恢複到原來的方向和幅度，這個(ge) 過程稱之為(wei) “弛豫”。
弛豫分為(wei) 橫向弛豫和縱向弛豫。橫向弛豫也稱T2弛豫，即橫向磁化逐漸減少的過程，橫向磁化從(cong) zui大值減少了63%所花費的時間為(wei) T2；縱向弛豫也稱為(wei) T1弛豫，即縱向磁化逐漸恢複的過程，縱向磁化恢複到平衡狀態強度的63%所需的時間為(wei) T1。弛豫時間與(yu) 質子密度有關(guan) ，不同組織的T1和T2值有很大的差異。
簡單來說，在恢複的過程中，被激發的質子釋放的能量，即磁共振信號被計算機所接收。對於(yu) T1像，計算機接收的是從(cong) 0到63%的信號，時間越長，信號越弱。而T2像是從(cong) 100%到37%的信號，所以時間越長，信號越強。
zui終按照強度轉換為(wei) 黑白灰階，從(cong) 而畫出人體(ti) 圖像。信號越強，圖像越亮；信號越弱，圖像越暗。比如，大家可以記住水為(wei) 長T1長T2，脂肪為(wei) 短T1短T2，如下圖所示。T1像中的腦脊液為(wei) 黑色，而T2像中腦脊液為(wei) 白色。通常，T1觀察解剖結構較好，T2觀察組織病變較好。
五．Metrolab 核磁共振（MRI）磁場相機MFC2046
當我們(men) 了解清楚核磁共振的原理之後，才會(hui) 發現要搭建一套醫院的核磁共振檢測設備是需要很高精度的檢測儀(yi) 器輔助檢測的，昊量光電全新推出的Metrolab 核磁共振（MRI）磁場相機MFC2046就是專(zhuan) 門為(wei) 了醫療、科研等高精度設備檢測提供了一種zui優(you) 解決(jue) 方案！
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Metrolab 的 NMR（質子核磁共振） 磁場相機於(yu) 25 年前推出，加快了磁共振成像（MRI）磁體(ti) 的磁場測繪。它們(men) 將采集時間從(cong) 幾小時縮短到幾分鍾，將定位誤差減小到幾分之一毫米，並使人為(wei) 誤差和漂移誤差變得微不足道。
Metrolab 核磁共振成像（MRI）磁場相機MFC2046基於(yu) 脈衝(chong) NMR 技術，是精密測試儀(yi) 核磁共振三軸高斯計PT2026 的延伸。
新一代磁場相機MFC2046相比上一款MFC3045可提供更多方案：
測量範圍更廣，頻率可達 1.1 GHz 或 30 T
多種探頭陣列幾何形狀可供選擇，用於(yu) 繪製 DSV 為(wei) 100 mm至 600mm的 MRI 磁體(ti) 或孔徑小至 20 mm的 NMR 光譜磁體(ti) 的圖譜
一個(ge) 測頭陣列上蕞多可安裝 255 個(ge) 測頭
更高的靈活性：一台儀(yi) 器可進行多點測繪和單點測量
高效的工作流程：核磁共振成像探頭陣列可包括一個(ge) 寬範圍探頭，用於(yu) 進行磁場掃描
標準 USB 和以太網接口
用戶友好型軟件：任務驅動，實時數據采集
參考文獻：
《磁共振成像臨(lin) 床国产成人在线观看免费网站入門》靳二虎 蔣濤 張輝
Grover, V. P., Tognarelli, J. M., Crossey, M. M., Cox, I. J., Taylor-Robinson, S. D., & McPhail, M. J. (2015). Magnetic Resonance Imaging: Principles and Techniques: Lessons for Clinicians. Journal of clinical and experimental hepatology, 5(3), 246–255.
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