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一、核磁共振是什么意思?
核磁共振是一种利用核磁共振原理进行成像的技术。
核磁共振是“核磁共振成像”的简称。它涉及原子核在强磁场中的行为，以及射频脉冲的应用。具体来说，当某些原子核处于磁场中时，它们会产生特定的共振反应。这项技术利用这一物理现象来获取关于物质内部结构的信息。
详细解释如下：
核磁共振的基本原理：当某些原子被置于一个强大的磁场中时，其原子核会按照一定的规则排列。随后，通过应用射频脉冲，这些原子核会吸收能量并发生共振，即从外部磁场吸收能量并跃迁到高能状态。当射频脉冲停止后，原子核返回到初始状态并释放能量。在这个过程中，放射出的能量的类型和数量可以提供关于原子核周围环境的信息。
核磁共振成像的应用：该技术广泛应用于医学诊断领域。在核磁共振成像扫描仪中，强大的磁场和射频脉冲结合使用，产生高分辨率的图像，这些图像能够显示人体内部的结构，如器官、血管、神经等。由于它提供了非侵入式的观察方式，且无放射性损伤，核磁共振成为了许多疾病诊断的重要工具。
核磁共振的优势：核磁共振技术具有较高的精度和分辨率，能够提供详细且准确的组织图像。此外，由于该技术对软组织成像特别有效，因此在诊断关节、肌肉、神经和脑部疾病等方面具有显著优势。
简而言之，核磁共振是一种基于核磁共振现象的成像技术，主要用于医学诊断领域，其优势在于高分辨率、准确性和非侵入性。
二、核磁共振t1、t2、t3、t4、t5、是什么意思?
磁共振成像中的T1、T2、T3、T4、T5是指不同的加权成像序列，每个序列反映了不同的组织特性。以下是各个序列的简要解释：
1.T1加权成像（T1WI）：这种成像方式强调组织在T1时间上的弛豫差异。T1时间短的组织信号强，反之信号弱。T1加权成像常用于解剖结构的观察。
2.T2加权成像（T2WI）：这种成像突出组织在T2时间上的弛豫差异。T2时间长的组织信号强，反之信号弱。T2加权成像对于显示病变如肿瘤、炎症等更为敏感。
3.T3和T4：这两个序列不是常规的临床成像参数，它们在特定的研究背景下可能会有应用，但不是普遍使用的成像序列。
4.T5加权成像：T5通常不是一个标准的成像序列。在核磁共振成像中，T5并不是一个常用的术语，可能混淆了T1和T2加权成像的描述。
核磁共振成像技术本身是非放射性的，被广泛认为对人体安全无害。它利用磁场和无线电波来生成详细的体内图像，无需使用放射性物质。因此，它是一种相对安全的诊断工具，没有报告指出核磁共振成像引起的人体危害，也没有发现因进行核磁共振成像而增加基因突变或染色体畸变的风险。
拍核磁，究竟拍的是什么？
2022-04-30 15:06·中科院物理所
如今，当我们走进医院，一定能感受到核医学技术无所不在：X射线成像、CT成像、磁共振成像、各种放射治疗技术等为我们的健康保驾护航，也极大地促进了现代医学的发展。我们通常听到的“拍核磁”，其实就是磁共振成像（MRI），又叫核磁共振成像。自1937年，拉比（IsadorIsaacRabi）发现核磁共振的现象开始，磁共振技术在随后的几十年中迎来了飞速发展，如今已成为临床检查和诊断中必不可少的设备。在整个磁共振技术的发展中，一共有6次诺贝尔奖诞生。图1IsadorIsaacRabi(1898-1988)因发现核磁共振现象获得了1944年的诺贝尔奖。图源|researchgate
图2核磁共振成像技术的发展图|俞博毅拍核磁，究竟拍的是什么？磁共振设备是如何得到我们身体内组织结构的影像的呢？我们可以从“核”、“磁”、“共振”、“成像”这几个部分去理解。01
核磁共振成像的“核”我们知道人体是由原子构成的，而原子中包含了原子核和核外电子。核磁共振的“核”其实就是原子核。原子核的类型有很多种，每一种原子核都可以进行核磁共振成像吗？当然不是，只有磁性原子核才可以进行核磁共振成像。
原子核的磁性来源于原子核的磁矩，而原子核的磁矩又源于原子核有自旋角动量。我们可将原子核视为一个球体，所有的磁性原子核都具有一个特征，那就是绕着自己的轴高速旋转，我们把原子核的这一特性称之为自旋（Spin）。简单来讲，原子核内的质子和中子的数目决定了原子核是否为磁性原子核。若原子核内的质子数和中子数均为偶数，则这样的核不能自旋产生核磁，是非磁性核，反之则为磁性原子核。由于原子核表面带正电，磁性原子核自旋就会产生环电流，从而产生具有一定大小和方向的磁化矢量。我们把这种由磁性原子核自旋产生的磁场称为核磁。
图3我们可以把原子核想象成一个球体。原子核表面的正电荷高速旋转产生环电流，环电流进而会产生一定大小和方向的磁化矢量。图|李佳昕即便如此，我们的身体中仍然有较多的磁性原子核，选择什么样的磁性原子核来进行我们人体的磁共振成像呢？表人体内常见的磁性原子核数据源|《磁共振成像技术指南---检查规范，临床策略及新技术应用》如上表所示，氢原子核在人体内含量最高，而且磁化率也是最高的，所以我们一般用氢原子核进行磁共振成像。因此，拍核磁，拍的就是“氢原子核”，也可以被称为“质子”（因为氢原子核里没有中子，只有一个质子）。人体内的氢原子核主要来自于三类化合物——水、脂肪、蛋白质，但是蛋白质内的氢原子核一般没有MRI信号，所以人体中的MRI信号主要来自于水，部分组织中的信号也来自于脂肪。
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核磁共振成像的“磁”
既然我们身体中的氢原子核都具有核磁，我们每个人身体里数以亿万计的氢原子核都会产生磁场，我们为什么没有成为万磁王？图4万磁王是漫威漫画公司旗下的超级反派，他可以控制任何形式的磁场。图源|百度百科这是因为我们身体中的氢原子核具有无序性，各个方向的磁化矢量相互抵消，所以宏观上我们是不具有磁性的。那么，如何观测身体内的磁共振信号呢？每一个氢原子核产生的磁场类似于一个小磁针，会在磁场中受到力的作用而偏转。如果我们外加一个主磁场，由于磁场中力的作用，氢原子核产生的磁化矢量就会与主磁场方向平行同向或者平行反向。与主磁场平行同向的质子，不需要对抗主磁场的作用而处于低能级；与主磁场平行反向的质子，需要对抗主磁场的作用而处于高能级。低能级的质子略多于高能级的质子，整体在宏观上表现为与主磁场同向的磁化矢量。图5A，体内质子在无磁场的作用下，每个质子的磁化矢量都处于不同方向;B，当人体处于外磁场中，在外磁场作用下，体内质子的磁化矢量就会朝向两个方向。图|俞博毅这就像是在操场军训的学生，中场休息时，大家原本在随意活动。但是，当听到教官的口令“面向阳光和背向阳光，站成两排”时，同学们就会马上站成两排。由于难以忍受刺眼的阳光，更多的同学本能地会站在背向阳光的那排。需要注意的是，在磁场中的氢原子核，并不是完全与主磁场方向平行，而是存在一定的角度。因此氢原子核在主磁场中除了自旋外，还会绕着主磁场方向的轴进行转动，其运动的方式就像地上倾斜的陀螺一样。我们把这种运动叫做拉莫尔进动（Larmorprocession）。图6自旋的质子在磁场中像陀螺一样进动。图|李佳昕拉莫尔进动的频率ω可以用以下的公式描述：其中γ是原子核的磁旋比，一般是一个常数；B为主磁场强度。氢原子核的磁旋比为42.5MHz/T。03
核磁共振成像的“共振”提到共振，大家很容易能想到初中学过的声音的共振。声音共振的条件是声波与音叉的振动频率一致，类似的，核磁共振的条件是外加的射频脉冲与质子的拉莫尔进动频率一致。前面讲到，在磁场的作用下，宏观上体内质子产生与主磁场相同的磁化矢量（Mz），微观上其实是处于不同能级的质子数量不同，而这种能级的分裂只有磁场存在时才会产生。就像给背向阳光的同学一顶遮阳帽，让他也站到面向阳光的那一排去，当我们施加一个与质子进动频率一致的射频脉冲，则低能级的质子会发生共振、吸收射频能量而跃迁到高能级，此时高能级质子数量逐渐增多。当高能级质子与低能级质子数量一致时，磁化矢量相互抵消，则质子在宏观上表现为主磁场方向的磁化矢量为0（如图7左侧下所示）。但与此同时，由于射频的聚相位效应，会把XY方向的磁化矢量聚集到一起产生XY平面的宏观磁化矢量，绕磁场转动。这个聚相位作用，就像我们的五个手指本来是张开的，五个手指处于各个方向，如果每个手指代表一个力，则合力为零；当我们将手指合拢，则合力方向就是五个手指聚拢的方向。（如图7右侧下所示）图7在磁场作用下，氢原子核能级分裂，并在射频脉冲作用下发生核磁共振，产生能级跃迁。图|俞博毅04
核磁共振成像的“成像”
当我们撤去射频脉冲，则高能级的质子又会逐渐回到低能级。宏观上就表现为纵向磁化矢量的逐渐恢复（纵向弛豫，图8）和横向磁化矢量的逐渐衰减（横向弛豫，图9）。图8纵向磁化矢量逐渐恢复图|李佳昕
图9横向磁化矢量逐渐衰减图|李佳昕由于人体内组织含氢原子核的数量不同，氢原子核所处的化学环境不同，所以纵向和横向弛豫的过程不一样，相应的，磁化矢量恢复的时间也就不同。因此，通过设置MRI序列，我们就可以采集到组织的信号。不同组织的MRI信号强度不同，我们就能得到体内组织的对比图像。我们是如何采集磁共振信号的呢？其实非常简单，高中物理课告诉我们“磁感线切割线圈会产生电流”，因此，用旋转的XY方向的磁化矢量去切割线圈就能得到磁共振产生的电信号，进而运用数学方法对电信号进行转换，就能获得磁共振图像了。作者|俞博毅李佳昕指导老师|陈卫强编辑|刘芳
参考文献：
[1]俎栋林，高家红.核磁共振成像—-物理原理和方法.北京：北京大学出版社，2014.9.[2]杨正汉，冯逢，王霄英.磁共振成像技术指南——检查规范，临床策略及新技术应用.北京：人民军医出版社，2010.[3]Breneman，B.History，Physics，andDesignofSuperconductingMagnetsforMRI.Emagres8，137-156.[4]Collins，J.ThehistoryofMRI.Semin.Roentgenology43，259-260.
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来源：中科院近代物理所编辑：云开叶落
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