基础篇-磁共振原理（下）完结

上期介绍到了核磁弛豫过程以及人体各组织的T1、T2弛豫时间的长短。本期继续介绍人体不同组织弛豫时间及磁共振信号是如何采集处理成像的过程。

    首先我们了解一个定义什么叫磁共振现象：是处于恒定磁场中的氢原子核，在特定频率（拉摩尔频率）的射频脉冲（RF）影响下交替吸收、释放能量的过程。核子间能量吸收产生共振的过程我们是看不到摸不着的，但生活中有很多宏观的共振过程；比如手机在桌子上震动会给桌上一些频率相同东西产生震动（共振），如果还不理解的话，你可以做个共振实验，把手机调震动放在桌子上，然后用一个碗装满水也放在桌子上，这时水就会震荡，发生共振。

  

      我们知道人体有很多组织，每个组织都有相应的生理结构及特点，那么当射频脉冲停止以后，横向磁化矢量释放能量恢复原来的状态，是如何区分不同组织所产生的磁共振信号的呢？首先每个部位的质子进动频率是不同的！当发生射频脉冲的时候，磁化向量会以螺旋的进动形式倒向新的横向磁化，新的横向磁化向量随着质子的运动，也具有进动频率。然后借助接收线圈可感应到不同部位的进动频率，产生不同频率的MR信号，经梯度磁场定位和相位编码及频率编码，然后经过经傅立叶转换和计算机处理形成不同组织结构的图像。

    总结一下弛豫过程：1.从外加的射频脉冲（RF）消失开始，到回复至发生磁共振前的磁距状态为整个变化过程。2.弛豫过程是一个能量转变的过程。3.磁共振成像时受检脏器的每一个质子都要经过反复的RF激发和弛豫过程。4.弛豫有纵向弛豫和横向弛豫。

   上篇用两个图介绍T1、T2弛豫时间的不同。

根据两个图连起来我们可以做个比喻，如图

 人体组织的T1、T2以及PD值是由组织本身固有特性所决定的。在磁强调人体不同组织成分都有自己不同的T1、T2弛豫时间。这里介绍一下水和脂肪弛豫时间有什么不同，水是长T1长T2（水具有较长的弛豫时间）脂肪短T1稍长T2（快速弛豫快速恢复的特点）举个例子，比如说我们去喝奶茶（奶茶比作水），奶茶都是要现场进行制作的，有时还要排队，等的时间要长，可以形象记忆水是要等的所以是长的。脂肪呢我比作汉堡，汉堡可以很快在微波炉加热，时间短，也可以形象记忆脂肪是快的。这样应该就好记忆了。下图T1加权成像肌肉脂肪分界清晰。

     磁共振信号的采集

     当射频脉冲结束以后，受T1、T2因素影响，磁共振信号会以指数曲线形式进行衰减，我们称为自由感应衰减信号（FID）。磁共振信号的采集是通过接收线圈探测到的MR信号具有一定的相位、频率和强度。根据这个信号的强度特征和出现的时间先后秩序，经过计算机空间定位处理和信号强度数字化计算，在图像上反映出不同组织信号特点的亮暗特征图像。不同组织在受到同一个脉冲激发发后产生的的叫波各不相同，相同的组织在受到不同的脉冲激发后的回波特点也不一样。这是因为组织结构的不同导致的磁共振特性(主要指T1、T2值)不同所致，而不同的脉冲序列就是要充分发掘和显示组织的内在特性不同而设计的。FID信号的表现特点要受到组织本身的质子密度、T1值、T2值、运动状态、磁敏感性等因素影响，成像时采用的不同脉冲序列及其相关的TR、TE值、转角等都是为了显示组织特性的。

   那么我们是如何定位和记录不同组织所产生的MR信号的呢？我先举个例子，例如我们在海上坐船航行，突然发生了船只抛锚的情况，我们需要救援，我们就要报出自己的经度和纬度（PS：携带GPS卫星定位系统除外）才能精准的对我们船只进行定位救援。下图的坐标代表的就是经纬度。

    经度纬度能确定方位（二维），但是不能标注水平面的高度（海拔）。磁共振定位比经纬多了一个轴，所以磁共振定位采用X、Y、Z三个方位实现空间定位（三维）。实现三个方位我们需要在主磁场基础上外加一个梯度磁场。而增加梯度磁场的目的，是从接收线圈接收到人体质子群发出的磁共振信号是成千上万的杂乱无章的信息，这些信号群只有强度和频率，无空间和方位的信息。应用梯度磁场的目的，是提供磁共振成像的空间定位信息，来解决图像重建和层面选择及空间定位的难题。利用梯度磁场实现MRI的空间定位，达到不移动病人可进行任意层面成像；1、层面选择梯度Gz——人体正方向自下而上的梯度磁场（横轴位）。2、频率编码梯度Gx——自左向右的梯度磁场（矢状位）。3、相位编码梯度Gy——自后至前的梯度磁场（冠状位）。

层面、层厚以及方位的选择都是由梯度磁场所决定的。

磁共振数据采集过程分为三个阶段；1、激励——射频脉冲激励做Gz层面的选择。2、相位编码———在Y轴增加梯度磁场Gy，使Y坐标上质子处于不同相位。3、频率编码————Gy关闭后，立即加上Gx频率编码梯度，自旋质子进动，含有频率和相位编码的混合MR信号经过二维傅里叶变换（傅立叶逆变换），分出每个体素在矩阵中的位置和信号强度再分配给相应的像素，然后重建组成图像。

MR成像一般需要128条相位编码线。沿每条线需要256个频率编码点，形成256矩阵图像。对带有频率和相位编码信息的每一个层面的FID行256点采样，获得254个不同相位编码梯度值的信号。频率编码上的矩阵点数一般都为256。层层面梯度、相位编码梯度和频率编码梯度的时间先后排列和协工作，可以达到对某一成像体积中不同空间位置体素的空间定位。你以为你这样就结束了吗？NO NO NO还有图像重建处理，k空间填充技术、傅立叶变换图像重建。

   K空间填充技术

在计算机中，按相位和频率两种坐标组成了另种虚拟的空间位置排列矩阵，这个位置不是实际的空间位置，只是计算机根据相位和频率不同而给予的暂时识别定位，只就是我认为很神秘的k空间。K-空间代表一个数字空间，储存着所采集的MR信号，内含MR图像潜影，经傅立叶变换产生MR图像。K-空间纵轴(Ky)为相位编码，横轴(Kx)为频率编码。K-空间特点:远离中心线的上下方为高空间频率，其决定图像的空间分辨率（前面文章也说过k空间填充的方式Halfscan半扫描技术提高扫描时间MRI在不影响诊断的前提下缩短扫描时间）;在中心线的低空间频率则决定图像的对比度。

更多k空间内容可参照李懋老师的公众号了不起的K空间

     傅立叶变换图像重建

傅立叶变换法是MRi特有的最常用的图像重建方法。K-空间排列的原始数据，整合了相位、频率和强度的信息，傳利叶转换技术就是可以将以上的K空间信息逐行、逐点地解析和填补到真正的空间位置上去，形成很多幅反映信号强弱的MRI图像。磁共振图像重建是将采集的复合信号转换成图像信号由计算机完成。二维维傅立叶变换将一个混合的FID信号，区分出不同的频率成份。沿一个平面两个垂直方向进行相位(行)和频率(列)的编码，使各个体素在不同行、列中的不同值构成了一个矩阵阵(就像电影院座位排行)计算机算出在矩阵中不同位置体素的信号强度灰阶值，形成一幅MR图像（我们所看到的图像就是经过这一系列的过程）。

    上面这个图阵列中由不同颜色信息的小方格（像素）及相应的体素组成的辐射标志图。

    写到这里基本成像原理也就基本写完了。并没有介绍很细，如果能掌握写的这么多已经很厉害了。

来源：存志先生