第一章　总论

第一节　磁共振成像历史

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用生物体内特定原子核在磁场中表现出的磁共振现象而产生信号，经空间编码、重建而获得影像的一种成像技术。MRI通过在静磁场中施加特定频率的射频脉冲和特定方向的梯度磁场，实现对物体磁共振信号空间位置信息的编码。使用傅里叶变换等图像重建技术就可解码被编码在频域空间的磁共振信号，进而重建出物体在三维空间中的图像。

一、磁共振发明

20世纪初，分子束及质子磁矩等一系列物理基础理论的研究为磁共振研究奠定了主要基础。1946年，美国哈佛大学的爱德华·珀赛尔（Edward Purcell）和斯坦福大学的费力克斯·布洛赫（Felix Block）领导的两个研究小组精确测定了物质的核磁属性，并于1952年被授予诺贝尔物理学奖。自此以后，磁共振开始真正进入实用技术研究领域。MRI发展过程中的重要里程碑事件如下。

1962年，世界上第一台超导磁体的磁共振波谱测定仪在美国瓦里安公司诞生。

1971年，美国科学家雷蒙德·达马迪安（Raymond Damadian）在实验鼠体内发现了肿瘤和正常组织之间磁共振信号T1值存在明显的差别，从而提供了磁共振技术在医学领域应用的可能性。

1973年，保罗·劳特布尔（Paul C Lauterbur）和彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）分别发表文章阐述磁共振成像的原理。他们都认为用线性梯度磁场来获取磁共振的空间分辨力是一种有效的解决方案，这为磁共振成像奠定了坚实的理论基础。就在同一年，世界上第一幅二维MRI模型（两个并排在一起的充水试管）磁共振图像产生。1974年，劳特布尔获得活鼠的磁共振图像。1976年，曼斯菲尔德获得世界上第一幅人体断层图像。

1982年，美国正式把磁共振成像技术用于临床医学，并逐渐成为先进的医学诊断手段。

2003年，诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德，以奖励他们发明了磁共振（magnetic resonance，MR）成像技术并应用于人体结构的立体图像显示。

我国磁共振发展历程较短，虽然起步较晚，但是通过研发者的不懈追赶及国内磁共振技术的不断积累，我国磁共振水平和国外的差距已大大缩小，在某些领域甚至走在国际前沿。1988年，永磁型磁共振成像系统正式进入市场，在我国大型医疗设备研发历史上实现了零的突破。2007年，我国第一台具有自主知识产权的60cm孔径1.5T超导磁体和磁共振系统研制成功，是我国在高场强磁共振领域的破冰之举。2015年，我国企业推出第一款大孔径3.0T磁共振，开创了我国3.0T磁共振的先河。2021年，全球首款5.0T磁共振和全球首台75cm超大孔径3.0T磁共振相继问世，极大推动了我国自主研发磁共振的进程，其技术和应用价值足以比肩国外顶级医疗设备公司。

至今，MRI设备被商品化并进入临床还不足40年。磁共振成像走过了从理论到实践、从形态到功能、从宏观到微观的发展历史。相比于其他医学影像技术，MRI具有诸多的特点，如对检查对象无创、无电离辐射、软组织对比度高、空间分辨力高（亚毫米量级）、无穿透深度限制、图像信息丰富等，不但可用于显示组织和器官的解剖结构与形态，还能对生物体内生理生化、组织代谢、器官功能等进行多维度、全方位解析。正是由于这些特点，MRI目前已经成为临床医学诊断和基础生命科学研究中最基本和最重要的影像学工具之一。

目前，MRI已经确立了在影像诊断中的重要地位，并取代了许多传统影像诊断技术。它在中枢神经系统中的应用已成为部分疾病诊断的“金标准”，在骨关节、软组织病变诊断中的作用举足轻重。特别是近几年来，超高场磁共振在脑功能成像、频谱成像、白质纤维束成像、心脏检查、冠心病诊断、腹部盆腔等脏器的检查中得到了飞速发展。

二、磁共振成像特点与局限性

（一）特点

磁共振成像是继超声（ultrasound，US）、X线、计算机断层扫描（computed tomography，CT）之后进入临床的又一现代医学成像技术。由于能提供其他影像检查方法无法比拟的高质量软组织断层图像，MRI使传统放射学、影像诊断学发生了革命性变化。

首先，相比于CT和X线，磁共振成像没有电离辐射危害，具有无创、高清和功能成像的特点。

其次，磁共振是多参数、任意方向成像。目前多数医学成像技术都使用较为单一的成像参数，如CT用X线的吸收系数成像，超声使用组织界面的反射回波成像等。而磁共振设备主要利用质子密度、纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2以及体内液体流速等参数，来观测活体组织中氢质子密度的空间分布及其弛豫时间。这些参数既可以分别成像，也可以相互结合获取对比图像。磁共振成像可以通过调节三个梯度磁场来确定不同扫描层面的空间位置信息，从而获得水平面（又称为横断面）、冠状面、矢状面或不同角度斜状面的成像，并且检查过程中无需移动患者，可为临床提供丰富的图像信息，提高诊断的准确性。

另外，磁共振对于软组织的显示明显优于其他影像学检查。人体体重的60%~70%是水，这些水中的氢核是磁共振信号的主要来源，其余信号来自脂肪、蛋白质和其他化合物中的氢质子。由于两者间磁共振信号强度不同，所以磁共振的图像具有高对比度的特点。磁共振成像的软组织对比分辨力最高，也没有骨伪影的干扰，对于软组织病变的检查有特别优势。

最后，磁共振成像还可以进行功能、组织化学和生物化学等方面的研究。其中影像显示技术主要由脉冲序列、流动现象的补偿技术、伪影补偿技术和一系列特殊成像技术所组成。主要的特殊成像技术包括磁共振血管成像、磁共振水成像、灌注成像、弥散成像、功能性磁共振成像和化学位移成像等。在检查方法上还分为普通扫描和静脉注射对比剂后的增强扫描。此外，磁共振成像还涉及心电门控、呼吸门控，以及各种线圈的应用。

（二）局限性

随着磁共振设备硬件、软件的迅速发展，磁共振检查技术日趋完善。在该项检查技术发展初期存在的一些限制，有的已被克服。如成像时间长和少数患者产生幽闭恐惧感的问题，随着快速扫描序列、开放式磁体和短磁体设备的出现开始逐步解决。心脏起搏器植入患者曾禁止进行磁共振检查，随着磁共振兼容的心脏起搏器问世和应用，该类患者已成为磁共振检查的相对禁忌。但目前仍然存在一定的限制，主要表现在与CT等成像手段相比，MRI空间分辨力较低；对带有非磁共振兼容心脏起搏器或体内带有铁磁性物质的患者的检查受到限制。危重症患者因监护仪器、抢救器材不能带入MR检查室，不宜进行检查。对于不含或含少量氢质子的组织结构显示不佳，如骨骼、钙化灶在MR影像上呈低或无信号，不利于这些结构与相应病变的显示。图像易受多种伪影影响，MRI的伪影主要来自设备、运动和金属异物3个方面。

（李真林　王秋霞）