核磁共振扫描仪的工作原理是怎样的？
你去医院检查身体，医生认为MRI（核磁共振成像）对于得出一个确切的诊断十分必要。你坐在那里，不明白MRI是什么意思。你的脑海里各种各样的问题和想法不停地涌现：做这种检查需要住院吗？它对身体有害吗？会疼吗？
MRI能提供一份人体内部的清晰图像。与其他成像系统相比，MRI所呈现的细节是无法比拟的。因为MRI检查能够根据不同的治疗需求量体裁衣，它成了诊断各种伤病的优选手段。通过改变检查参数，MRI系统可以使身体内部的组织呈现不同的状态。这可以帮助阅读MRI的放射科医生来决定他们所看到的现象是否正常。我们知道，正常的组织会呈现出某一种结果；如果不是那样的话，可能就属于不正常的情况。
我们可以把一台MRI扫描仪想象成一个很大的核磁箱。从前面看，MRI扫描仪很像一个由前面安装的巨大洗衣机（想想自助洗衣店里的那种）。尽管新型机器的体积正在变小，一台典型的MRI扫描仪的体积约为2米×2米×（1.8～3）米。MRI扫描仪在体积与形状上各有不同，新型产品的边缘是开放型的，但基本的设计是相同的。它有一个长的管状仓，是磁铁的内腔，位于整个箱体的中央位置（就好比洗衣机的舱门的位置）。
病人处于平躺的姿势，通过特殊的台面进入机器的内腔。至于病人是头部先进入还是脚部先进入舱体，以及病人进入舱体的位置，是由检查的类型所决定的。一旦身体所需要检查的部位处于核磁部位的中央位置，扫描就可以开始了。
核磁强度
为了理解MRI的原理，我们首先需要了解MRI中的核磁。MRI系统中最重要的部分就是磁铁。通过两种量度之一可以给磁铁定级，它们分别是特斯拉和高斯。1特斯拉相当于1万高斯。目前MRI技术中使用的磁铁在0.5～2特斯拉之间。虽然在研究中，我们可以使用磁力达60特斯拉的磁铁，但高于2特斯拉的磁场在医学成像中是不可以使用的。
类似的数字能够帮助我们理解磁铁的力量，不过日常的事例同样很有帮助。或许你还没有认识到这一点，但是MRI扫描室可能是一个十分有害的环境。如果将一些看起来无害的物体带入这种环境，它们在瞬间之内就会变成危险的“炮弹”。受到超级强大的MRI的磁铁影响，一些小的金属物体如钉书钉、钥匙、钢笔，甚至剪刀和听诊器会在房间里飞起来。当然，你也不愿意把钱包带到这个环境里面。所有带有磁条的东西，包括你的信用卡和银行卡在内，会被大多数的MRI系统消磁。
病人或者医护人员在进入MRI扫描室之前，他们必须经过严格的检查，防止将金属物品带进房间。通常，病人因为以前手术等原因会在体内留下金属针或者类似物体。MRI的磁场会给这些病人带来难以预料的危险，哪怕是病人眼睛中的金属细小碎片也会带来严重的威胁。眼睛不像我们身体其他部分一样能够形成瘢痕组织。由于没有瘢痕组织的固定作用，一块存在于眼睛中25年的金属碎片和一块新的碎片的危险性同样大。起搏器也会带来危险，MRI的磁铁会使起搏器停止工作或者损坏。因为危险性过大，一些病人便不可能接受MRI的检查。那样的话，他们可以使用替代性的成像方法（如PET扫描或者CAT扫描）。
MRI的优势
为什么医生会选择MRI？因为唯一把人体内部看清楚的办法就是把它打开。MRI对如下情况十分理想。
●诊断多发性硬化。
●诊断垂体和大脑肿瘤。
●观察大脑、脊椎和关节的感染情况。
●观察手腕、膝盖和脚踝受伤的韧带。
●观察肩部受伤。
●诊断肌腱炎。
●诊断人体软组织中的块状物。
●诊断骨瘤、囊肿、肿大以及脊椎的椎间盘突出。
●诊断中风早期症状。
MRI系统不使用致电离辐射，这让很多病人放心很多，而且它的对比剂很少产生副作用。MRI的另外一个优点是它在平面中都能成像。CAT扫描只能限于轴平面（以切面包为例，轴平面就是面包通常的切法所形成的面）。MRI系统可以形成轴图像，也可以形成矢状平面图像（就好像将面包从长的一边来切片），还能形成冠状平面图像（想象蛋糕上面覆盖的奶油），或者两个面之间的任意角度，而在这期间，不需要病人做任何移动。如果你做过X光检查的话，你就知道每拍摄一幅不同的图片，你都需要移动。MRI系统中的3块梯度磁铁使其能够准确选择身体中需要成像的位置以及图像如何取向。
目前，并没有将人体暴露于医学成像的磁场强度下有害的说法。但是，大多数的设备不会为孕妇做扫描检查。这是因为，目前关于强大磁力对于发育中的胚胎的生物影响还没有足够的研究。
MRI系统使用的三种磁铁磁铁
MRI系统使用以下3种基本类型的磁铁。
☆电阻磁铁在圆柱体外侧缠裹很多通电线圈。线圈中的电流产生磁场。如果关闭电源，磁场就会消失。
☆永久磁铁具有持久性。永久磁铁的磁场永远不会消失，并且磁力恒久，它不需要其他能量来维持磁场。唯一的缺点是这些磁铁非常沉重，0.4特斯拉级别的磁铁要重达数吨。
☆超导磁铁是迄今为止最为常用的。超导磁铁与电阻磁铁有些相似，重要的区别是，电阻磁铁的线圈恒久浸泡在-269℃的液态氮中。在这个温度下，线圈的电阻降为零，大大降低了系统的耗电量，使操作更加经济。超导磁铁能够很容易地产生0.5～2特斯拉的磁场，增大了成像的分辨率。
MRI的劣势
虽然MRI具有非常优秀的成像系统，但它仍存在不足之处。
●很多病人不可以使用MRI系统，比如带有起搏器的病人。同样，有些病人如果过重也不可以使用该系统（有些机器只能检查体重最多135千克的病人）。
●世界上有很多幽闭恐怖症患者，当处于MRI扫描仪中时他们会极为痛苦。
●扫描的时候，MRI扫描仪会产生很大的噪音。这种声音听起来像是连续、快速的敲击声。病人会佩戴耳塞或者立体声耳机来消音（在大多数MRI中心，你可以听自己的录音机或者CD）。噪音是由于梯度磁铁线圈中电流的增加与主磁场之间的对抗而产生的。主磁场越强，梯度噪音就越大。
●MRI扫描要求病人在某些时间段内保持不动。MRI检查会持续20～90分钟不等，甚至更长时间。即使身体轻微的运动也可能造成图像的过分扭曲，这样的话检查需要重新进行。
●扫描区域中的矫正硬件（螺丝、板块和人造韧带）会造成图像的扭曲变形。硬件将使主磁场发生巨大的变化。记住，统一的磁场对于好的成像十分重要。
●MRI系统极为昂贵，因此检查收费也很高昂。
但是，MRI系统对于大多数病人并没有太大限制，它的优点要远远多于以上所述的有限缺点。
在MRI系统中使用的另外一种磁铁是梯度磁铁。MRI扫描仪中有3块梯度磁铁，它们的磁力与主磁场相比是非常弱的，磁力从180～270高斯不等。
主磁铁使病人处于一个稳定而强烈的磁场之中，但梯度磁铁则产生变化的磁场。MRI系统的其余部分包含一套功能十分强大的电脑系统，可以传输射频脉冲给扫描仪中的病人的设备，以及其他二级组成部分。
相关原理及技术
与无线电波脉冲的能量相结合，MRI扫描仪能够从病人身体中选取一点，并知道它属于哪种组织。这一点可能是一个边径只有半毫米的立方体。MRI系统一点一点地检查病人的身体，并且绘制出组织种类的二维或三维画面。然后，它将所有这些信息进行合成，以生成一个二维图像或者三维模型。
MRI系统利用人体内的氢原子来研究组织。在人体内部，有很多不同种类的原子。氢原子对于MRI系统非常理想，因为它的原子核只有一个电子，并且磁矩很大。磁矩大则表明，当处于强磁场之中时，氢原子更倾向于与磁场的方向保持一致。
在扫描仪的内腔中，磁场刚好穿越病人所处的管道的中央。这表明，如果病人保持平躺的姿势的话，身体中的氢质子就会排成与头或脚保持一致的顺序。这些质子大部分都会相互抵消，也就是说，每个质子都朝着脚的方向，朝向头部的质子就会被抵消。每百万的质子中只有几个不会被抵消。虽然这听起来并不多，但身体中的氢原子数量巨大，足够MRI扫描仪产生清晰图像所需要的数目。
MRI扫描仪对氢发射射频脉冲。系统将这种脉冲照射到身体需要检查的部位。脉冲使该部位的氢质子吸收所需的能量向不同的方向旋转。这便是MRI的共振。
射频脉冲通常是由线圈进行传输的。MRI扫描仪中拥有为身体不同部位而设计的不同的线圈：膝盖、肩膀、手腕、头部和脖子等。这些线圈通常会贴合所要检查的部位的轮廓，至少在检查的时候会非常贴近。在同一时间，最多的时候3个梯度磁铁会一起工作。它们都位于主磁铁的内部，所以当它们以特殊的方式打开或关闭时，它们会局部地改变主磁场。这就意味着人体中某个精确的位置可以被确定。这些区域一般被称作切片，只有几毫米厚。通过使用MRI，放射科医生能够将人体任意方向的任何部分进行切片，这与其他成像系统相比是一个优势。同时，病人不需要移动位置，来使机器从不同的方位获得图像。有了梯度磁铁，机器就无所不能。
当射频脉冲被关闭后，氢质子就回到它们在磁场中的自然队列，并且释放出多余的储存能量。与此同时，氢质子会发射信号，线圈接收这个信号，再把它传送给电脑系统。系统接收到的将是由数据转化而成的图像，并且被投射出去。这就是MRI的成像步骤。
