很多人对核磁和CT分不太清楚,这两个仪器的外形是有点像,但是本质完全是不同的,今天就和大家聊一聊核磁的一些原理。
关于题主的问题,先总结三点:
在了解核磁共振之前,我们可以先大致了解一下共振现象。共振现象在宏观世界和微观世界中都是普遍存在的,比如1940年建成的美国塔科马大桥,仅仅4个月以后,就被微风摧毁,原因是风的频率与桥的固有频率是一样的,从而产生了共振,因此很小的风就能让桥产生很大的振幅,桥梁因顶不住震动强度而发生坍塌。
塔科马大桥的坍塌是宏观上比较典型的共振现象,在原子核这样的微观世界中,共振现象也一样的存在,而核磁共振现象就是利用人体的氢质子的共振,来模拟出人体的断层影像。
核磁共振成像的原理非常复杂,它牵扯到一些量子力学的问题,因此理解起来也是非常的困难,这里只能简单的大致的说一下它的原理过程。
简单概括的说就是人体内有很多的氢质子,这些质子具有一定的磁性,给人体施加一个很强的磁场后,这些氢质子就会按照一定的顺序进行排列,这个时候再施加一个特定频率的脉冲,那么这些氢质子就会产生共振现象,当脉冲停止以后,氢质子就会恢复平衡状态,但是这个过程需要时间,把这些恢复的时间记录下来,经过计算模拟就能得出人体断层灰阶图像。
一、人体内的氢质子在强外磁场内产生纵向矢量和进动
在人体内有很多氢质子,比如水,还有一些其他含有氮、氢、氧、氮、磷的有机物。这些氢质子具有自旋的特征,这种自旋和我们理解的宏观物体的旋转是不同的,它带有一定的角动量,这里就不详细解释,但是这种自旋也会产生一定的磁矩,可以简单的把这些自旋的氢质子想象成一个个非常小的磁体。
在人体内这些氢质子的排列是没有顺序的,而它们的磁矩也会相互抵消,因此人体并不会表现出磁性。但是当人进入很强的磁场内,比如在做核磁共振检查的时候,那么一部分氢质子就会按照磁场线方向进行有序的排列,从而产生纵向的磁矢量。这就好比地球上大部分的指南针在地磁场的作用下都会南北指向。
这些氢质子在自旋的时候是有一个轴的,而在这种强磁场内,这个轴也会围绕着磁力线做锥形的运动,这个现象称为进动。就像一个旋转的陀螺一样,自己会转,它的轴线会做锥形旋转。
二、发射特定频率的脉冲引起氢质子发生共振
第二2个过程就是在这种强外磁场的环境下,再给人体发射一个特定频率的磁场脉冲,这个频率与之前提到的氢质子的进动频率是一样的,这样就可以让这些氢质子产生共振现象。
共振会产生两种结果,一种是反磁力线方向进行排列,导致它原有的纵向磁矢量消失;另外一种是产生了横向的磁矢量。
三、停止脉冲磁场,氢质子恢复原有的平衡状态并释放出信号
如果把脉冲停了,共振现象消失,那么氢质子就会恢复到原有的平衡状态,这个过程称为弛豫。这个过程需要时间,这个时间就是弛豫时间。
根据共振时氢质子产生的两种结果的不同,其弛豫时间也有两种:一种是纵向矢量的恢复时间,也称之为纵向弛豫时间,记录为T1;另外一种是横向磁矢量的恢复时间,也称为横向弛豫时间,记录为T2。
医生在看核磁影像的时候经常说T1加权、T2加权,这里的T1、T2就是指的不同方向的弛豫时间。
四、采集处理核磁信号,重建核磁影像
人体内的氢质子发生弛豫后,核磁计算机就会记录到这个信号,然后进行收集、编码和重建等一系列的处理,最后形成我们能够看得比较直观的人体核磁图像。
最后再简单概括一下这个过程:
原则上具有自旋的原子核均可以作为核磁成像,但是氢原子核(氢质子)有着非常好的成像基础。主要原因有:
目前在临床医学上, 核磁和CT的关系是相互补充的,核磁并不能完全代替CT,CT也不能完全代替核磁,它们各有优劣势。
核磁的优势在于它对人体软组织的分辨能力比较强,比如人体的大脑、脊髓、关节等软组织,而且核磁没有电离辐射,目前认为它对人体是安全的。
而核磁的劣势在于做核磁的时间比较长,不能用于急诊检查,机器声音比较大,因此对于密闭恐惧症的患者来说是不能做的。如果体内有磁性的金属,也是不能够做的,比如一些心脏起搏器、支架等。核磁对骨等含水量比较少的组织成像效果并不理想。
对于患者而言,具体做什么检查,应该根据疾病的情况来决定。在医疗中,如果患者对医生给开出的检查有异议,可以提出疑问,但是不要轻易的揣测。