MRI如何工作

MRI扫描仪的尺寸和形状各不相同，一些较新的型号在侧面的开放度更高。尽管如此，基本设计还是相同的，并且将患者推入直径仅约24英寸（60厘米）的管中[来源：霍纳克]。但是里面有什么？

MRI系统中最大，最重要的组成部分是磁铁。有一个水平管 - 患者进入的水平管 - 从前到背部通过磁铁奔跑。该管被称为无聊。但这不仅仅是任何磁铁 - 我们在这里处理一个非常强大的系统，该系统能够产生一个大型，稳定的磁场。

MRI系统中磁铁的强度使用称为A特斯拉。磁铁常用的另一个测量单位是高斯（1特斯拉= 10,000高斯）。如今，在MRI系统中使用的磁铁创建了0.5 Tesla至2.0 Tesla的磁场，即5,000至20,000高斯。当您意识到地球的磁场尺寸为0.5高斯时，您会看到这些磁铁的功能。

大多数MRI系统都使用超导磁铁，由电流传递的许多线圈或电线的线圈或绕组组成，产生了高达2.0特斯拉的磁场。保持如此大的磁场需要大量的能量，这是由超导，或将电线中的电阻降低到几乎为零。为此，将电线在零华氏度低于零（269.1零摄氏度低于零摄氏度的269.1）的452.4度的液氦中不断沐浴[来源：COYNE]。这种感冒是由真空绝缘的。尽管超导磁体很昂贵，但强磁场可实现最高质量的成像，超导性使系统保持经济运行。

在MRI系统中使用了另外两种磁铁的程度要小得多。电阻磁铁在结构上像超导磁体一样，但缺乏液体氦。这种差异意味着它们需要大量的电力，使其高于0.3特斯拉水平的运营非常昂贵。永久磁铁具有恒定的磁场，但它们是如此沉重，以至于很难构造一个可以维持大磁场的磁场。

还有三个梯度磁铁在MRI机器内部。与主磁场相比，这些磁铁的强度要低得多。它们的强度可能从180高斯到270高斯。虽然主磁铁在患者周围创建一个强烈，稳定的磁场，但梯度磁体会产生一个可变场，从而允许扫描身体的不同部位。

MRI系统的另一部分是将射频波传输到患者体内的一组线圈。身体的不同部位有不同的线圈：膝盖，肩膀，手腕，头部，脖子等。这些线圈通常符合被成像的身体部分的轮廓，或者至少在考试期间非常靠近它。机器的其他部分包括一个非常强大的计算机系统和一个患者桌，将患者滑入孔中。患者是头部还是脚，是由身体需要检查的哪一部分决定的。一旦扫描的身体部件在确切的中心或等级，在磁场上，扫描可以开始。

扫描过程中发生了什么？找出下一步。

当患者滑入MRI机器时，他们将数十亿个原子带走人体。出于MRI扫描的目的，我们只关注氢原子，这很丰富，因为人体主要由水和胖的。这些原子是随机旋转的，或进攻，在他们的轴上，就像孩子的上衣一样。所有原子都朝各个方向发展，但是将其放置在磁场中时，原子在磁场方向上排成一列。

这些氢原子具有很强的磁矩，这意味着在磁场中，它们朝磁场的方向排列。由于磁场直奔机器的中心，因此氢质子对齐，使他们指向患者的脚或头部。大约一半走了一半，因此绝大多数质子相互取消 - 也就是说，对于每个原子，朝向脚的每个原子都朝着头部排成一列。每百万中只有几个质子没有被取消。这听起来并不多，但是体内的大量氢原子数量足以创建非常详细的图像。我们现在关注的是这些无与伦比的原子。

接下来，MRI机应用射频（RF）脉冲这仅针对氢。该系统将脉搏引导到我们要检查的身体区域。应用脉冲时，无与伦比的质子会吸收能量并再次沿不同的方向旋转。这是MRI的“共鸣”部分。RF脉搏迫使它们在特定方向上以特定频率旋转。共振的特定频率称为Larmour频率并根据要成像的特定组织和主磁场的强度进行计算。

大约在同一时间，三个梯度磁铁跳入了该行为。它们以这种方式排列在主磁铁内部，以至于它们以特定方式快速打开和关闭时，它们会在局部水平上改变主磁场。这意味着我们可以准确选择想要的图片；该区域称为“切片”。想想一条面包，切成薄片的薄片像几毫米一样薄 - MRI中的切片是如此精确。切片可以从该切片中身体在任何方向上，给医生比其他任何成像方式都有巨大的优势。这也意味着您不必移动机器即可从其他方向获取图像 - 机器可以用梯度磁铁操纵所有图像。

但是该机器在扫描过程中发出了巨大的噪音，这听起来像是不断的快速敲击。这是由于主磁场对立的梯度磁体电流的上升电流。主场越强，梯度噪音就越大。在大多数MRI中心，您可以带一个音乐播放器淹没球拍，并给患者插入耳塞。

当关闭RF脉冲时，氢质子在磁场中慢慢恢复其自然对齐，并释放从RF脉冲吸收的能量。当他们这样做时，他们会发出一个信号，表明线圈捡起并发送到计算机系统。但是，该信号如何转换为意味着任何意义的图片呢？

MRI扫描仪可以在患者体内挑选一个很小的点，然后问：“您是哪种类型的组织？”该系统逐点通过患者的身体点，建立了组织类型的地图。然后，它集成了所有这些信息，以创建2-D图像或3-D模型与数学公式称为傅里叶变换。计算机从旋转质子作为数学数据接收信号；数据转换为图片。那是MRI的“成像”部分。

MRI系统使用可注射的对比度或染料，以改变正在检查的组织中的局部磁场。正常组织和异常的组织对这种轻微的改变的反应不同，这给了我们不同的信号。这些信号被转移到图像。MRI系统可以显示更多250种灰色阴影，以描绘不同的组织[来源：Coyne]。这些图像使医生能够比没有对比度更好地可视化不同类型的组织异常。我们知道，当我们进行“ A”时，正常组织看起来像“ B” - 如果没有，则可能会有异常。

一个X射线对于向医生展示A非常有效骨头断，但是如果他们想看看患者的软组织，包括器官，韧带和循环系统，那么他们可能会想要MRI。而且，正如我们在最后一页上提到的那样，MRI的另一个主要优势是它在任何平面上的图像能力。例如，计算机断层扫描（CT）仅限于一架飞机轴向平面（在面包片类比中，轴向平面通常是如何切成薄片的面包）。MRI系统可以创建轴向图像以及Sagitall（将面包左右切片切片）和冠（想想一层蛋糕中的层）图像或两者之间的任何程度，没有患者移动。

但是对于这些高质量的图像，患者根本无法移动太多。MRI扫描要求患者保持20至90分钟或更长时间。即使被扫描的部分也非常轻微移动，也会导致不得不重复的扭曲图像。这种品质的成本很高。MRI系统购买非常昂贵，因此考试也非常昂贵。

但是还有其他费用吗？那患者的安全呢？

也许您担心将所有原子混合在一起的长期影响，但是一旦您离开磁场，您的身体及其化学反应就会恢复正常。人类没有已知的生物学危害，无法暴露于当今医学成像中使用的强度的磁场。MRI系统不像其他成像设备那样使用电离辐射，这一事实对许多患者来说是一种舒适感，MRI对比度材料的副作用发病率很低。由于对磁场对发育中的胎儿的生物学作用有限的研究有限，大多数设施都不愿意对孕妇进行成像。是否扫描A的决定孕患者是根据MRI放射科医生和患者的妇产科医生之间进行咨询的情况。

但是，如果未观察到严格的预防措施，MRI套件可能是一个非常危险的地方。信用卡或其他带有磁编码的东西将被删除。如果金属物体被带入扫描室，它们可能会变成危险的弹丸。例如，可以将纸卷，笔，钥匙，剪刀，珠宝，听诊器和任何其他小物体从口袋里拔出，而无需警告，这时它们以非常高速的速度飞向磁铁的开口。

大物体也构成风险 - 拖把桶，真空吸尘器，静脉注射杆，患者担架，心脏监护仪和无数其他物体都被拉入MRI的磁场。2001年，当将氧气罐拉入磁性孔中时，一个小男孩正在接受扫描[来源：McNeil]。有一次，手枪从警察的皮套中飞出，使枪发射的部队。没有人受伤。

为了确保安全，应在进入扫描室之前对患者和支持人员进行彻底筛选金属物体。但是，通常，患者内部有植入物，使他们在强大的磁场存在下变得非常危险。这些包括：

大多数现代的外科植入物，包括钉书钉，人造关节和支架都是由非磁性材料制成的，即使不是磁性材料，也可以被批准进行扫描。但是，让您的医生知道，因为扫描区域中的某些骨科硬件可能会导致图像中的扭曲。