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磁共振成像，简称MRI，是一种利用强磁场和射频脉冲来生成人体内部详细图像的医学成像技术。其基本原理是利用人体内氢原子核，也就是质子，在强磁场中的行为。当人体被置于强磁场中时，体内的氢原子核会像微小的磁铁一样，大部分沿着主磁场方向排列。
第二步是施加射频脉冲。在MRI过程中，我们发射特定频率的射频脉冲，这个频率被称为拉莫尔频率，它与主磁场强度成正比。当这个射频脉冲作用于已经在主磁场中排列好的质子时，质子会吸收能量，从低能级翻转到高能级状态。同时，这些质子开始同步进动，就像陀螺一样围绕主磁场方向旋转。这种同步进动是产生MRI信号的关键。
第三步是撤去射频脉冲并接收信号。当我们停止发射射频脉冲后，被激发的质子会释放之前吸收的能量，逐渐回到原来的低能级状态，这个过程称为弛豫。弛豫过程包括两个主要方面：T1弛豫和T2弛豫。T1弛豫，也称为纵向弛豫，描述了质子磁矩重新沿主磁场方向排列的过程，其时间常数为T1。T2弛豫，也称为横向弛豫，描述了质子之间同步性的丧失，其时间常数为T2。在弛豫过程中，质子释放的能量以射频信号的形式被接收线圈检测到，这些信号包含了组织特性的信息。
第四步是利用梯度磁场进行空间编码。为了确定信号来自人体的哪个位置，MRI使用了一种巧妙的方法：梯度磁场。在主磁场的基础上，我们施加随空间位置线性变化的梯度磁场，这使得不同位置的质子处于略微不同的磁场强度下，从而以不同的频率和相位进动。MRI系统使用三种梯度磁场：首先，切片选择梯度用于选择要成像的特定层面；然后，相位编码梯度使该层面内沿一个方向的质子以不同相位进动；最后，频率编码梯度使质子沿另一个方向以不同频率进动。通过分析接收到的信号的频率和相位，计算机可以确定信号来自哪个空间位置，从而重建出二维或三维图像。
最后一步是信号采集与图像重建。接收线圈采集质子在弛豫过程中释放的射频信号。这些信号带有我们之前通过梯度磁场编码的空间信息。计算机对这些信号进行处理，通常使用傅里叶变换，将频率域的数据（称为K空间数据）转换为空间域的图像。MRI可以产生多种不同对比度的图像，主要包括：T1加权图像，其中脂肪组织呈现亮信号，而水呈现暗信号；T2加权图像，其中水呈现亮信号，而脂肪组织呈现暗信号；以及质子密度加权图像，主要反映组织中质子的数量。通过调整扫描参数，医生可以获得最适合观察特定病变的图像对比度，这使MRI成为一种极其灵活且强大的医学成像工具。