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什么是磁敏感性

时间:2023-06-24 百科知识 版权反馈
【摘要】:磁敏感性由符号χ表示。理解磁敏感性的概念和形成机制对于学习MRI非常重要,也是理解MRI对比剂、磁敏感性伪影和磁敏感加权成像的前提。当人体内相邻组织的成分突然改变或存在两种磁敏感性差异较大的物质时,将导致组织交界处局部磁场改变与扭曲,形成不均匀磁场,造成MRI上组织器官解剖失真、变形,局部信号丢失,或出现相对的高信号与极低信号交替排列(图5),这就是磁敏感性伪影,它常发生于空气-组织界面或有金属异物的部位。

磁敏感性(magnetic susceptibility)又称磁化率,是物质的基本特性。它反映在外部磁场(external magnetic field)作用下,一种物质被磁化的程度或能力。物质由原子构成。原子外层的电子运动形成电流及感应磁场(电磁感应定律),使原子自身具有磁性或磁矩。不成对的电子运动(轨道)形成较大磁矩。在一个原子外层的能量壳中,所有电子的磁矩合成原子的净磁矩;在一种物质中,所有原子的净磁矩形成宏观磁矩。将不同的物质置于特定外磁场中,将会发生各种电磁相互作用,结果使作用于物质的外磁场的磁力线被“集中”或“离散”。具体讲,在外部磁场中,当一种物质(顺磁性物质)的宏观磁矩方向与外磁场的方向相同时,其磁敏感性值为正数,在该物质内部形成的实际磁场得以增强(图4);反之,当一种物质(抗磁性物质)的宏观磁矩方向与外磁场的方向相反时,其磁敏感性值为负数,在该物质内部形成的实际磁场(磁感应场、有效磁场、局部磁场)被减弱。

图4 顺磁性物质对磁场的影响

磁敏感性由符号χ表示。χ大小常被用来度量一种物质可被磁化的程度(internal magnetization),它主要由物质内部的不成对电子(轨道)数决定,或表述为χ=物质自身的实际磁场(磁矩)/外部磁场强度(χ=M/H)。大多数生物组织的χ是一个很小的数(介于10-4~10-6)。所以,生物组织中的实际磁场≌外部磁场。一些物质(铁)的χ很大(接近10 000),所以铁内部的实际磁场明显大于外部磁场。根据物质固有的χ大小不同,物质的磁性由弱到强可分为抗磁性(χ<0)、顺磁性(χ>0)、超顺磁性和铁磁性(χ>>0)4类。对此举例说明,当1种物质接近1块磁铁时,抗磁性物质不会被吸引,顺磁性物质略被吸引,铁磁性物质将被强力吸引。从微观角度看,一种物质的磁性取决于组成该物质的原子、离子或分子的具体结构,见表1。

理解磁敏感性的概念和形成机制对于学习MRI非常重要,也是理解MRI对比剂、磁敏感性伪影和磁敏感加权成像(SWI)的前提。当人体内相邻组织的成分突然改变或存在两种磁敏感性差异较大的物质时,将导致组织交界处局部磁场改变与扭曲,形成不均匀磁场,造成MRI上组织器官解剖失真、变形,局部信号丢失,或出现相对的高信号与极低信号交替排列(图5),这就是磁敏感性伪影,它常发生于空气-组织界面(如鼻窦、心肺、胃肠)或有金属异物的部位。GRE成像(如FFE)或采用长TE参数成像通常加重磁敏感性效应。

表1 物质的磁性分类

图5 磁敏感性伪影MRI表现

A.女性,74岁。FSPGR T1WI。胃腔内气体产生磁敏感性伪影,导致局部组织结构模糊,肝左叶边缘显示不清,组织结构变形并出现高信号伪影(箭);B.女性,55岁。原发性胆汁性肝硬化,门静脉高压病人,经皮肝穿刺胃左静脉弹簧钢圈栓塞术后。FSE T2WI。弹簧钢圈产生磁敏感性伪影,导致肝脏和胰腺显示不清

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