磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是利用射频(radio frequency，RF)电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)，用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。

1946年美国加州斯坦福大学Bloch和哈佛大学的Purcell教授同时发现了核磁共振现象，由于这一发现在物理、化学、生物化学及医学上具有重大意义。两人于1952年获得诺贝尔物理学奖。1946～1972年NMR主要用于有机化合物的分子结构分析，即磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)。1971年美国纽约州立大学的达曼迪恩(Damadian)教授在《科学》杂志上发表了题为“NMR信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T₁、T₂时间延长”等论文。1973年美国人Lauterbur用反投影法完成了MRI的实验室的模拟成像工作。1978年英国第一台头部MRI设备投入临床使用，1980年全身的MRI研制成功。

(一)MRI设备的基本结构

1．主磁体系统  磁体的作用是产生均匀的静态磁场B₀使受检生物体纵向磁化。根据磁场产生方式分为永磁型，常导型，超导型。

2．梯度磁场系统  梯度线圈产生主磁场之外的微弱性磁场，位于磁体内，包括X、Y、Z三组，成正交分布，其作用是叠加在主磁场上进行空间编码。梯度磁场可根据成像需要进行开关。MR场强越高，梯度放大器的功率越大，由此产生涡流也越明显，因此，高场MR设置的梯度系统均设计成自屏蔽式，以降低涡流。

3．射频磁场系统  射频系统用来发射射频磁场，激发样品的磁化强度产生磁共振，同时，接收样品磁共振发射出来的信号，给予放大、混频、A／D转换等一系列处理，最后得到数字化原始数据，送给计算机进行图像重建。因此，射频系统包括两个部分，即发射射频磁场部分和接收射频信号部分。发射射频磁场部分，由发射线圈和发射通道组成。发射通道由发射控制、混频、衰减、功率放大等仪器和发射／接收转换开关等组成。接收射频信号部分由接收线圈和接收通道组成。接收通道由低噪声放大、衰减、滤波、相位检测、低通滤波和A／D转换等仪器组成。

4．冷却系统  磁共振冷却系统是由液氦冷屏、冷头、氦压缩机和水冷机组四部分组成。一个良好的、稳定的冷却系统，是超导环境存在的重要保证。

5．计算机与控制台  主计算机介于用户与MRI系统的测量系统之间，其功能主要是控制用户与磁共振各系统之间的通信，并通过运行扫描软件来满足用户的所有应用要求。主计算机应有扫描控制、病人数据管理、归档图像、评价图像以及机器检测(包括自检)、标准的网络通讯接口等功能。MRI扫描中，用户进行的活动主要有病人登记、扫描方案制订、扫描控制以及图像调用(显示及输出)等。这些任务都要通过主计算机的控制界面来完成。

(二)MR常用技术

1．扩散成像  由于病变可以导致水分子的扩散运动受限。这种扩散受限可以通过MR扩散加权成像显示出来，即扩散成像。还可以计算表观扩散系数(ADC)；ADC具有方向依赖性，所以磁共振扩散成像(diffusion weighted imaging，DWI)一般在3个正交方向上加上扩散梯度，取3个方向的平均扩散值，可更好地表示ADC。扩散成像技术已经广泛应用于实质脏器弥漫性或局限性病变的研究。全身扩散加权成像主要用于恶性肿瘤的分期和肿瘤筛查，其价值与PET相当或相近。

2．灌注成像  是通过引入顺磁性造影剂，使成像组织的T₁和T₂值缩短，同时利用超快速成像方法获得成像的时间分辨力。通过静脉团注顺磁性对比剂后，微循环周围组织的T₁和T₂值的变化率，进一步计算组织血流灌注功能；或者以血液为内源性示踪剂(通过使用动脉血液的自旋返转或饱和方法)，显示脑组织局部信号的微小变化，通过信号的变化，进一步计算局部组织的血流灌注功能。

3．磁敏感成像(SWI)  是一种依赖于静脉内血红蛋白与周围组织由于血氧水平不同引起的相位效应成像的MR新技术。包括相位图和幅度图。目前SWI广泛应用于神经系统，尤其是静脉性病变及出血性病变的研究，也用于脑肿瘤与变性病变的诊断，体部应用也有少数报道，并已经进行与分子影像学相关的体部实验研究。

4．T₂加权3D容积成像  是以FSE序列为基础的3D采集序列。采集的信号来自于整个目标容积，具有信噪比高、层厚小、分辨率高及采集后能够在任意方向进行多平面重组的优点。

5．T₁加权高分辨容积扫描技术  使用快速梯度回波序列，压制脉冲可以使用绝热反转脉冲，绝热脉冲在实现反转时，只要脉冲功率超过一定阈值，就能实现均匀的反转。对T₁的容积采集，并行采集可以有效地缩短扫描时间。T₁高分辨容积扫描技术(THRIVE、LAVA与VIBE)常用于上腹部增强T₁加权成像。

6．4D容积成像  使用半傅立叶、匙孔成像等技术，上述3D高分辨容积采集的时间可以进一步缩短，可以应用于快速高分辨动态容积增强扫描，及4D容积成像，可以应用于体部任何部位的动态增强扫描，如乳腺、胰腺、肝脏、前列腺等。

7．磁共振波谱(MRS)  是不同于解剖成像的关于体内化合物代谢的检查技术，MRS目的是检测具有生理和病理意义代谢物的化学位移和浓度。

8．弹力成像技术  磁共振弹力成像是一种非创伤性成像技术用于直接观察和量化评估组织的机械特性，提供超出磁共振常规序列所获得信息。可以用于乳腺、前列腺、子宫、肝脏、骨骼肌等病变的研究；也可以用于血管壁弹性以及肺组织的研究。

(三)MR检查在小型猪研究中的应用

小型猪医学研究中应用MR检查主要包括：MR新设备、新技术对于疾病的检出能力的检测与评估；通过对小型猪医学模型的检测来优化、调整MR的扫描参数、新型MR造影剂研发；MR引导下对小型猪医学模型进行消融治疗、血管支架植入引导、疗效评价、对并发症的观察、预后评估；MR分子影像学成像研究；通过对小型猪医学模型的检测来比较各种医学影像检查方法之间的优缺点等。以下是几个应用示例。

1．猪胃模型  Zuo等人通过对猪胃进行MR成像，来评价锰福地吡三钠(mangafodipir trisodium)能否作为胃MR检查的潜在的造影剂。

6头体重为36.5kg±8.1kg的Yorkshire猪用于模型制作。其中3头按照0.33ml／s的速度静脉内注射5μmol／kg的锰福地吡三钠，另外3头按照0.45ml／s的速度静脉内注射0.1mmol／kg的钆喷酸葡胺(gadopentetate dimeglumine)，作为对照。两种对比剂都是通过高压注射器进行15秒的团注完成的。

在体MR成像：Siemens Magnetom Quantum MR扫描仪；体线圈发射，体部相控阵线圈接收。分别在造影剂注射前及造影剂注射后10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、40分钟进行MR检查，采用T₁加权3维容积内插值置换的屏气检查技术，TR／TE，3.8／1.6；倾斜角，250；FOV，300mm×300mm；层厚，2mm(内插值后层厚为128mm)，矩阵为228×256。通过呼吸机控制其检查屏气时间大约为28秒。

离体MR成像：在体成像后立刻处死猪取出胃，清洗后注入大约400ml的硫酸钡悬浮液充盈胃作为阴性对比剂，至于4℃左右冷水中储存。大约在胃离体12小时后对其进行MR成像。采用GE Signa Excite 3.0 T全身MR扫描仪，头部发射-接收线圈，加脂肪抑制的T₁加权3维梯度回波序列，TR／TE，6.2／2.2；倾斜角，45⁰；FOV，195mm×260mm；层厚，1.2mm(无内插值)，矩阵为216×512。分别从视觉和数量上评价在体和离体的图像中胃的增强情况，在体图像要同时评价十二指肠反流情况。

实验结果显示，锰福地吡三钠可以选择性的使胃内表面强化，而且强化时间较长，并且这种强化不会引起十二指肠反流。离体图像证实锰福地吡三钠引起的强化确实仅限于胃的内表面，钆喷酸葡胺不会产生这样的选择性胃内表面强化的作用。因此，通过本研究发现的锰福地吡三钠确有选择性的使胃内表面强化的作用，表明它有可能成为人胃MR成像的对比剂。

2．猪肺模型  Bauman等人对比正常猪肺采用傅里叶分解(FD)非增强MR成像的肺通气(VM)和肺灌注加权成像(QW)时与临床上标准化的SPECT／CT的差异。

7头健康实验猪在麻醉后行1.5T MR成像和SPECT／CT扫描，对比研究肺通气量和灌注量的差异。FD MR成像采用未触发二维平衡稳态自由进动序列(TR：1.9毫秒；TE：0.8毫秒；每幅图像采集时间118毫秒；采集速率为3.33帧／秒图像；翻转角750；层厚12mm；矩阵128×128)。呼吸位移采用非刚性图像配准进行校正。肺实质信号强度通过FD得到的体素进行分析，以区分由于呼吸和血流的周期性变化而引起的质子密度的周期性变化。采用反映呼吸和心脏频率的谱线综合计算VM和QW图像。SPECT通气量和灌注量通过吸入扩散性放射性^99mTc和注射^99mTc标记的大颗粒白蛋白进行计算。FD MR成像和SPECT扫描所获得数据经2名内科医生独立分析，并达成共识。对结论一致的病变和有病理性信号变化的区域进行统计分析。

实验结果显示，使用FD MR成像在健康动物获得的VM和QW图像分布均匀，且与SPECT扫描的肺通气和灌注结果具有良好的一致性。受重力影响的动物通气和灌注信号分布在FD MR成像和SPECT表现上亦相似。肺通气与肺灌注性缺损在两种成像上均能够理想地显示。

本研究表明在评估区域性肺通气和肺灌注的定性诊断方面，FD MR成像和传统的SPECT／CT检查具有等效作用，但FD MR成像具有无需对比剂、无辐射等优势。

3．猪活动性腔静脉滤网置入实验  本实验的目的是评价MRI引导下在猪实验模型内放置活动性腔静脉滤网的可行性，并评价其滤过血栓的有效性以及MRI对于血栓的检出情况。

7头50kg左右的健康雌猪用于实验，实验在全麻下，心电图监控、呼吸机辅助呼吸情况下进行，心率为70～120次／分，5万IU的肝素静脉滴注抗凝。经右侧股静脉置入16F鞘管，所有动物在实验完成后处死。为验证MRI图像所见，将带活动性腔静脉滤网的肾静脉以下的下腔静脉整体切除，用来观察其捕获血栓的情况以及视觉评估血管壁的病变情况。

将活动性腔静脉滤网调制到1.5 TMR设备的Larmor频率，并在实时MRI引导下置入7头猪的下腔静脉内。在滤网置入前后采用4个不同的翻转角(90⁰、40⁰、25⁰和15⁰)的稳态自由进动序列，2个翻转角(90⁰和15⁰)的T₁加权扰相自选回拨序列，与90⁰翻转角的黑血质子密度加权序列扫描。将体外生成的血栓通过股静脉通路注入6头实验动物以检查静脉滤网的功能。评价滤网开伞前后的信噪比与对比噪声比，采用符号秩和检验进行统计分析。

所有活动性腔静脉滤网都成功开伞，其在植入前后不同翻转角的序列扫描之间的下腔静脉的信噪比与对比噪声比的差异有统计学意义(P<0.05)。所有猪的静脉内血栓均被捕获，并在MR上清楚显示。滤网内高信号的血栓在黑血质子密度加权影像上可以清楚显示，没有任何重叠伪影。

实验表明MRI引导下进行活动性腔静脉滤网的开伞与监测是可行的。活动性腔静脉网使信噪比与对比噪声比增强，使滤网内的血栓清楚显示而不需要对比剂。通过改良设计改进活动性腔静脉滤网形态，以利于其在腔静脉内固定与取出是今后要继续研究的内容。

4．猪心肌缺血模型  本实验旨在将新建的人肝细胞生长因子质粒VM202转载入猪梗死后的心肌内，对这种以避免左心室(LV)重构而达到保护目的的治疗方法进行评价。

20头30kg左右的健康猪用于心肌梗死模型制作。在全麻状态下夹闭左前降动脉2小时，然后再灌注1小时，其中16头猪心肌梗死模型制作成功。随机分为两组：VM202治疗组和对照组，每组8头。将VM202转载入实验动物心肌内，位置包括4处梗死灶和4处梗死周围心肌内。心脏MR成像分别在心梗的急性期(3天内)和慢性期(50天±3天)进行，应用Philips 1.5T MR扫描仪，回顾性心电门控，主要包括心脏造影、灌注成像以及延迟增强扫描。对新生血管进行组织病理学特征描述和定量分析。应用t检验对治疗组和对照组进行比较，并评估其随时间发生的变化。

通过MRI对心肌功能、灌注及活动能力的评估结果显示，在急性心肌梗死期，治疗组和对照组间无显著差异；在慢性心肌梗死期，VM202使心肌最大信号强度增加，增大了灌注首次通过的斜率，延迟增强显示的梗死面积。这些改变与心室舒张末期容积、收缩末期容积和的减小及心脏射血分数的增加是相关的。对照组左心室功能损伤较为明显。与对照组比较，经过VM202治疗的心肌梗死区和梗死周围区域出现了半岛或半岛状存活心肌，并出现了大量毛细血管和小动脉。因此，本实验表明心肌内转载VM202可以改善心肌的灌注、提高心肌的活力，改善左心室的功能。在本实验中，MR作为一种有效地观察手段，对实验的顺利完成起到了重要的作用。