MRI是如何工作的

MRI扫描仪的尺寸和形状各不相同，并且一些新型号在两侧具有更大程度的开放性。尽管如此，基本设计是相同的，患者被推入直径约24英寸（60厘米）的管中[来源：Hornak]。但那里有什么？

核磁共振成像系统中最大和最重要的部件是磁铁。有一个水平的管子——病人进入的就是这个管子——从前面到后面穿过磁铁。这个管子被称为毛孔．但这不是普通的磁体——我们在这里处理的是一个非常强大的系统，能够产生一个大的、稳定的磁场。

在核磁共振成像系统中，磁铁的强度是用一个称为a的测量单位来评估的特斯拉．另一个常用的磁铁测量单位是高斯（1特斯拉= 10,000高斯）。今天在MRI系统中使用的磁铁会产生0.5-Tesla至2.0-Tesla的磁场，或5,000至20,000高斯。当您意识到地球的磁场测量0.5高斯时，您可以看到这些磁铁的功能有多强大。

大多数MRI系统使用超导磁体，由许多线圈或线圈组成，电流通过电流，产生高达2.0特斯拉的磁场。维持这样的大磁场需要很多能量，这是通过的超导，或将电线中的电阻降低到几乎为零。为此，电线在零华氏度以下452.4度以452.4度（269.1低于零摄氏度）的452.4度（269.1）[来源：Coyne]。这种寒冷通过真空绝缘。虽然超导磁体是昂贵的，但是强磁场允许最高质量的成像，并且超导性保持系统经济的操作。

两个其他磁铁在MRI系统中使用，以更大的程度。电阻的磁铁结构上是超导磁体，但它们缺乏液体氦气。这种差异意味着它们需要大量的电力，使得在0.3特斯拉水平以上工作是昂贵的。永久磁铁有一个恒定的磁场，但它们太重了，很难建造一个能承受大磁场的。

还有三个梯度磁体在核磁共振机里面。这些磁体的强度比主磁场低得多;它们的强度从180高斯到270高斯不等。主磁体在患者周围形成强烈、稳定的磁场，梯度磁体则形成可变磁场，可以扫描身体的不同部位。

核磁共振成像系统的另一部分是一组线圈，可以将射频波传输到病人体内。身体的不同部位有不同的线圈:膝盖、肩膀、手腕、头、脖子等等。这些线圈通常符合被成像的身体部分的轮廓，或至少在检查期间驻留非常接近它。这台机器的其他部分包括一个非常强大的计算机系统和一个病人工作台，病人可以滑动到镗孔中。病人是头部先进还是脚先进取决于身体的哪个部位需要检查。一旦要扫描的身体部位在准确的中心，或者isocenter.，磁场的磁场可以开始。

扫描过程中发生了什么？找出下一个。

当病人进入核磁共振成象机时，他们带走了数十亿组成人体．出于MRI扫描的目的，我们只是涉及氢原子，因为身体大多由水组成脂肪．这些原子在随机旋转，或者进动，就像孩子的头顶。所有的原子都朝着不同的方向运动，但是当放置在磁场中，原子会朝着磁场的方向排列。

这些氢原子有很强的磁矩，这意味着在磁场中，它们沿场的方向排列。由于磁场直线沿机器的中心延伸，因此氢质子绕过，以便它们指向患者的脚或头部。大约一半的时间，使得绝大多数质子相互抵消 - 即，对于朝向脚排出的每个原子，朝向头部排列。每百万只有几种质子并没有被取消。这听起来不太好，但体内氢原子的纯粹数量足以创造极其详细的图像。这是我们现在关心的这些无与伦比的原子。

接下来，MRI机器适用一个射频脉冲它只针对氢。这个系统将脉搏导向我们想要检查的身体部位。当脉冲被施加时，不匹配的质子吸收能量，并再次以不同的方向旋转。这是核磁共振成像的“共振”部分。射频脉冲迫使它们以特定的频率、特定的方向旋转。共振的特定频率称为Larmour频率并且基于所成像的特定组织和主磁场的强度来计算。

大约在同一时间，三个梯度磁铁开始行动。它们在主磁体内部以这样一种方式排列，当它们以一种特定的方式迅速打开和关闭时，它们会在局部水平上改变主磁场。这意味着我们可以准确地选择我们想要图片的区域;这个区域被称为“切片”。想象一下，一条面包上有几毫米薄的薄片——核磁共振成像中的薄片是如此精确。切片可以取任何部分身体在任何方向上，这给了医生一个巨大的优势，比任何其他成像方式。这也意味着你不需要移动机器来从不同的方向获得图像——机器可以用梯度磁铁操纵一切。

但在扫描过程中，机器会发出巨大的噪音，听起来就像连续不断的快速敲打。这是由于在梯度磁体的导线中上升的电流与主磁场相反。主场越强，梯度噪声越大。在大多数核磁共振中心，你可以带一个音乐播放器来掩盖噪音，病人还会戴上耳塞。

当射频脉冲被关闭时，氢质子慢慢地回到它们在磁场中的自然排列，并释放从射频脉冲吸收的能量。当它们这样做时，它们会发出信号，线圈会接收并发送给计算机系统。但是这个信号是如何转换成有意义的图像的呢?

核磁共振扫描仪可以找出病人体内一个非常小的点，然后问它，“你是什么类型的组织?”该系统会逐点检查病人的身体，建立组织类型的地图。然后，它将所有这些信息整合到一起，用一个数学公式创建2-D图像或3-D模型傅里叶变换．计算机接收自旋质子发出的信号作为数学数据;数据被转换成图片。这是MRI的“成像”部分。

MRI系统使用注射对比或染料，改变所检查组织中的局部磁场。正常和异常的组织对这种轻微的改变进行了不同的反应，给我们不同的信号。这些信号转移到图像;MRI系统可以显示更多250荫的灰色以描绘不同的组织[来源：Coyne]。图像允许医生比在没有对比度的情况下更好地可视化不同类型的组织异常。我们知道，当我们做“A时，”正常组织看起来像“B” - 如果没有，那么可能存在异常。

一个x射线给医生看a很有效吗骨头断但如果他们想要检查病人的软组织，包括器官、韧带和循环系统，那么他们可能会需要核磁共振成像。正如我们在最后一页提到的，MRI的另一个主要优势是它能够在任何平面上成像。例如，计算机断层扫描(CT)仅限于一个平面轴向平面(在面包片的类比中，轴向面是面包切片的方式)。MRI系统可以产生轴向图像萨吉尔(把面包从一边到另一边纵向切开)冠状(想想图层蛋糕中的图层)图像，或任何程度之间，没有患者移动。

但对于这些高质量的图像，患者根本不能移动太多。核磁共振扫描要求患者保持静止20至90分钟或更长时间。即使被扫描部件的微小移动也会导致图像的扭曲，而这将不得不重复。这种质量的成本很高;购买核磁共振系统非常昂贵，因此检查也非常昂贵。

但还有其他成本吗？患者的安全怎么样？

也许你担心所有原子混合的长期影响，但一旦你离开磁场，你的身体和它的化学反应就会恢复正常。目前还没有发现暴露在医用成像强度的磁场中会对人体造成生物危害。事实上，核磁共振成像系统不像其他成像设备那样使用电离辐射，这对许多患者来说是一个安慰，因为核磁共振造影剂的副作用发生率非常低。由于对磁场对发育中的胎儿的生物学影响的研究有限，大多数机构都不愿意对孕妇进行成像。是否扫描的决定孕患者是在逐案的基础上进行MRI放射科医生和患者产科医生的咨询。

然而，如果不采取严格的预防措施，MRI套件可能是一个非常危险的地方。信用卡或任何有磁性编码的东西都会被擦除。如果把金属物体带入扫描室，它们会变成危险的投射物。例如，回形针、钢笔、钥匙、剪刀、珠宝、听诊器和任何其他小物体都可以在没有任何警告的情况下从口袋里和身体上被拉出来，然后它们就会以非常高的速度飞向磁铁的开口。

较大的物体也会带来风险——拖把桶、真空吸尘器、静脉输液杆、病人担架、心脏监测仪和无数其他物体都被拖进了核磁共振成像的磁场中。2001年，一个正在接受扫描的小男孩在一个氧气罐被拖进磁孔时死亡[来源:麦克尼尔]。有一次，一支手枪从一名警察的枪套中飞了出来，造成手枪开火。没有人受伤。

为确保安全，在进入扫描室之前，应对患者和辅助人员进行彻底的金属物体筛查。然而，通常情况下，患者体内有植入物，这使得他们在强磁场的存在下非常危险。这些包括:

大多数现代外科植入物，包括钉钉、人工关节和支架，都是由非磁性材料制成的，即使不是，它们也可能被批准进行扫描。但要让你的医生知道，因为扫描区域的一些矫形硬件可能会导致图像失真。