了解磁共振——什么是核磁共振

核磁共振概述：

首先我们需要知道什么叫核磁共振序列，序列就是：射频脉冲，梯度场和信号采集时间等相关各参数及其在时序上的排列组合。不同的组合，产生不同的序列，达到不同的图像权重（对比度）效果。
一般的脉冲序列由五部分构成，即：

射频脉冲；
层面选择梯度（如果是3D序列则是范围选择梯度）；
相位编码梯度（如果是3D序列，就有两个方向的相位编码梯度）；
频率编码梯度；
MR信号。

以上概念了解就行，后面还会对其着重解析。

为什么有这个文章？

要想弄明白磁共振序列，就得明白磁共振的原理，可以在观看了以下视频后再继续往下看。由于我的高数能力有限，所以，本文内容多为对磁共振原理的定性解读，几乎无高数内容推导，对普通医学生友好。

我们先来看一下常见的厂商的序列：

分类很多，但很多只是每个厂商命名不同而已（例如：GE的快速平面回波序列FSE，飞利浦与西门子叫TSE）。

光看序列名字是无法弄明白序列的，作为初学，我们先看最简单的SE序列。

这幅序列图对于我们来说是熟悉而又陌生，现在我的目的就是弄清楚这个序列上的每一个细节。

提醒一下‼️: 看下去之前，建议有一定的磁共振原理的基础。不然看下去会很懵。

磁共振的原理是：是利用射频电磁波（RF）对置于静磁场中的含有自旋不为零的原子核物质进行激发，发生核磁共振（NMR），用感应线圈采集磁共振信号，按一定计算机函数算法进行处理而建立的成像方法。

MR信号

1、射频脉冲（radio frequency）

在SE序列中，进行一个循环会有两次RF脉冲，第一次是90°脉冲，作用为将竖立z轴的宏观磁化矢量M0打倒到xy平面。撤去90°RF后，磁化矢量M0缓慢回复到Z轴，这个过程就是弛豫。

偏转.png f)

再看前面序列的图片，每个RF脉冲都形成一个小山丘的形态，并且小山两端有下凹，这个形状被称为——高斯函数形态。至于为什么要用这个形态，后面再做解释。

2、傅里叶变换

接下来，为了更好理解，我必须引入一个很高级的信号转化方式——傅里叶变换（Fourier transform）简称FT。傅里叶变换的核心思想是：任何连续测量的信号，都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。⭕记住这一点，可以很好理解后面的知识。

即可将时域信号转化为 ➡️ 频域信号，或者简单理解为将一段时间为横坐标的信号（原始的接收线圈接受的信号）转化为以频率为横坐标的信号（通过计算机处理可转化为图像的信号）。

但是，实际检测到的磁共振信号并不是像上图一样(并不均匀，由于各种因素影响，磁共振信号会衰减)。如下图：

当有两个信号混在一起时：

当信号数量继续增加混合，通过傅里叶变换得到他们的频谱图：

多个信号ft.png （由水、乙醇、丙酮组成的混合物的质子MR谱)

🔴 MR频谱：样品中有很多频率（化学位移）的FID信号的傅里叶变换若FID含有很多个共振频率，其傅里叶变换后则显示沿频率轴有很多共振线，线高代表信号强度或能量，这就是所谓的磁共振波谱。尽管时域信号FID复杂得难以辨认，然而经一维傅里叶变换后得到的波谱，就是各条谱线的线形函数。

3、FID信号

接下来还是有必要讲一下FID信号，它是在90°脉冲施加后，M0逐渐偏转到Z轴的过程中产生的。由于这个时候并没有施加相位编码与频率编码磁场，因此FID内仅包含被选定层面的所有的不包含位置信息的信号。对FID进行傅里叶变换，就可形成上图的MR频谱。FID通常不用于形成MRI图像，但它是形成核磁共振图像的原理基础。

高中我们学过——因磁通量变化产生感应电动势的现象，分为动生电势（线圈切割固定磁场）和感生电势（线圈内的磁通量大小发生改变）。不知道下图能否唤起各位的记忆。

磁共振信号的检测是将一个检测线圈放到与磁场旁边，当M0在Mxy面的分量与其不停相切割，同时，Mxy由于弛豫，也在不断减小，就形成了随时间衰减的FID信号。具体细节含大量数学知识，这里不再赘述。

正式开始吧！😆

三大编码

接下来是决定磁共振信号的空间位置的三大空间编码（选层、频域编码、相位编码）。分别在三个方位Z、X、Y上进行性空间定位。但是磁共振成像是多平面，多方位的。因此并不是说：选层就一定是定Z轴方向，频域编码就只能在X轴方向上，相位编码就只能在Y轴方向上。继续往下看你可能会更深的理解这一点。

为了方便理解，这里给出一个磁共振空间编码的简图（接下来的说明都是按照这个图来说明的）：

一个线圈.png

1.选层编码

现在开始来说选层，在没有施加Gz的时候，所有处在主磁场的质子都绕Z轴进行进动。在保证主磁场均匀性的情况下，他们的绕Z轴的进动频率与相位几乎没有任何区别。并没有朝向XY平面的磁分量。这个时候给一个与他们进动频率相同的RF，所有的M0都将偏转到XY平面。如果这样，当撤去RF，就会测到整个物体的弛豫信号，这显然不行。因此就需要施加一个Z方向上的梯度磁场叠加到原来的主磁场上。

通过以下进动公式：

1	w0 = 2πf0 =γB0

γ是旋磁比是一个定值，施加梯度磁场后的B = B0 + ΔB 即图示前方的值，最后即可算出各个梯级下的质子进动频率。在这个时候给定一个频率带宽一定的RF，就可使该频率范围内的质子发生偏转。例如：选择一个63.84~63.83mHZ带宽，就只有头顶的63.833mHZ与63.8379mHZ的层面的质子被选中发生偏转。每次施加选层梯度时，均会造成层面内质子的失相。为了去除这个失相效应，在90°射频脉冲激励的同时施加Gz梯度场，并在Gz的后续有一个波形向下的反向梯度。这个反向梯度也被称为重聚焦梯度，主要目的在于使层面方向质子的自旋强制同相。180°脉冲时的选层梯度可以施加也可以不施加（见上面序列图），取决于采集的层面数。180°脉冲时刻施加的选层梯度，会采用一种被称为“损毁”梯度的方式，两边正向凸起的部分就是损毁梯度，目的在于使回波信号在TE时刻达到最大的重聚焦。

选择层厚由梯度磁场和RF带宽共同决定：

因此，越窄的RF带宽与越大的梯度磁场（Gz斜率越大）所选的层厚越薄。这里就要提到前面说的高斯函数式脉冲。除了高斯函数，常见的脉冲函数还有方波函数，sin函数。之所以选择高斯函数，是因为它产生时间短，带宽窄。因此高斯函数式脉冲更为常用。

2.相位编码：

选好层后就是Y轴方向上的定位，这里使用相位编码。理解好了相位编码，那么频率编码会好理解许多。选好层后，选定层厚内的质子开始向Z轴发生偏转，但是可以说他们的进动频率相同，相位也相同。就像你和你的朋友一起并排踏步走一样。这样显然不行，这个时候，在Y轴方向上施加一个Gy的梯度磁场，这时，在高磁场内的质子进动变快，在相对低磁场的质子进动变得相对慢。就像你的朋友突然加快了脚步，这个时候，你的脚步就和他不一样了。当你抬脚的时候，他的脚刚好落地。这个时候关掉Gy，这种相位差被保留了下来。