فيزياء التصوير بالرنين المغناطيسي

يتطلب نمذجة سلوك بروتون واحد بدقة استخدام ميكانيكا الكم. مع ذلك، يمكن استخدام الميكانيكا الكلاسيكية لوصف سلوك مجموعة من البروتونات بشكل كافٍ. كما هو الحال مع اللف المغزلي الآخر.${\displaystyle 1/2}$عند قياس دوران البروتون، لا يمكن أن ينتج عنه إلا إحدى نتيجتين شائعتين تُعرفان عادةً بالتوازي والتضاد . وعندما نتحدث عن حالة بروتون أو بروتونات، فإننا نشير إلى دالة الموجة لهذا البروتون، وهي عبارة عن توليفة خطية من حالتي التوازي والتضاد. ^{[ 4 ]}

في وجود المجال المغناطيسي B₀ _، ستظهر البروتونات وكأنها تدور بتردد لارمور الذي تحدده النسبة المغناطيسية الدورانية للجسيم وقوة المجال . وتُسبب المجالات الثابتة المستخدمة عادةً في التصوير بالرنين المغناطيسي دورانًا يتوافق مع فوتون بترددات الراديو .

ينتج التمغنط الطولي الصافي في حالة التوازن الديناميكي الحراري عن فائض طفيف من البروتونات في حالة الطاقة الأدنى. وهذا يُنتج استقطابًا صافيًا موازيًا للمجال الخارجي. يمكن لتطبيق نبضة تردد راديوي أن يُغيّر اتجاه متجه الاستقطاب الصافي هذا جانبيًا (باستخدام ما يُسمى بنبضة 90°)، أو حتى يعكسه (باستخدام ما يُسمى بنبضة 180°). تُنتج نبضة التردد الراديوي تمغنطًا عرضيًا قابلًا للكشف عن طريق تدوير متجه التمغنط الكلي الموجود في حالة التوازن الحراري، وليس عن طريق جعل اللف المغزلي متماسكًا طوريًا كما هو مذكور أحيانًا في المراجع. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يُطلق على استعادة المغنطة الطولية اسم الاسترخاء الطولي أو الاسترخاء T1 _، ويحدث ذلك بشكل أُسّي بثابت زمني T1 _{. أما} فقدان تماسك الطور في المستوى العرضي فيُطلق عليه الاسترخاء العرضي أو الاسترخاء T2 . يرتبط T1 بالتالي بمحتوى الطاقة لنظام الدوران، أو عدد النوى ذات _{الدوران} المتوازي مقابل الدوران المتضاد. بينما يرتبط T2 من ناحية أخرى بإنتروبيا النظام، أو عدد النوى المتوافقة في الطور _.

عند إيقاف نبضة التردد الراديوي، يُنتج مُركِّب المتجه العرضي مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا يُحفِّز تيارًا صغيرًا في ملف الاستقبال. تُسمى هذه الإشارة اضمحلال الحث الحر (FID). في تجربة رنين مغناطيسي نووي مثالية ، يضمحل اضمحلال الحث الحر تقريبًا أُسِّيًا بثابت زمني T₂ . مع ذلك، في التصوير بالرنين المغناطيسي العملي _، توجد اختلافات طفيفة في المجال المغناطيسي الساكن في مواقع مكانية مختلفة ("عدم تجانس") تُؤدي إلى تباين تردد لارمور عبر الجسم. يُولِّد هذا تداخلًا هدّامًا ، مما يُقصِّر _زمن اضمحلال الحث الحر. يُسمى الثابت الزمني للاضمحلال الملحوظ لاضمحلال الحث الحر زمن الاسترخاء T₁ ^* ، وهو دائمًا أقصر من T₂ . في الوقت نفسه، يبدأ التمغنط الطولي بالتعافي أُسِّيًا بثابت زمني T₁ _، وهو أكبر بكثير من T₂ (انظر أدناه _{) .}

في التصوير بالرنين المغناطيسي، يُعزز المجال المغناطيسي الثابت بواسطة ملف تدرج المجال ليتغير عبر المنطقة المراد تصويرها، بحيث ترتبط المواقع المكانية المختلفة بترددات ترنح مختلفة. فقط المناطق التي يكون فيها المجال بحيث تتطابق ترددات الترنح مع تردد الترددات الراديوية هي التي ستشهد الإثارة. عادةً ما يتم تعديل تدرجات المجال هذه لمسح المنطقة المراد تصويرها، والتنوع الهائل في تسلسلات نبضات الترددات الراديوية والتدرج هو ما يمنح التصوير بالرنين المغناطيسي مرونته. يؤدي تغيير تدرج المجال إلى انتشار إشارة FID المستجيبة في مجال التردد، ولكن يمكن استعادة هذه الإشارة وقياسها بواسطة تدرج إعادة التركيز (لإنشاء ما يسمى "صدى التدرج")، أو بواسطة نبضة تردد راديوي (لإنشاء ما يسمى " _صدى الدوران ")، أو في المعالجة الرقمية اللاحقة للإشارة المنتشرة. يمكن تكرار العملية بأكملها عندما يحدث بعض استرخاء T1 ويتم استعادة التوازن الحراري للدوران بشكل أو بآخر. زمن التكرار (TR) هو الوقت الفاصل بين عمليتي إثارة متتاليتين لنفس الشريحة. ^{[ 7 ]}

_{عادةً، يبلغ زمن الاسترخاء} T1 في الأنسجة الرخوة حوالي ثانية واحدة، بينما يبلغ زمن _{الاسترخاء T2} و T * ² _بضع عشرات من المللي ثانية. مع ذلك، قد تختلف هذه القيم اختلافًا كبيرًا بين الأنسجة المختلفة، وكذلك بين المجالات المغناطيسية الخارجية المختلفة. يُعد هذا السلوك أحد العوامل التي تُعطي التصوير بالرنين المغناطيسي تباينًا هائلاً في الأنسجة الرخوة.

تعمل عوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي ، مثل تلك التي تحتوي على الغادولينيوم (III) ، عن طريق تغيير (تقصير) معلمات الاسترخاء، وخاصة T1 _.

تم ابتكار عدد من المخططات لدمج تدرجات المجال وإثارة الترددات الراديوية لإنشاء صورة:

• إعادة بناء ثنائية أو ثلاثية الأبعاد من الإسقاطات ، كما هو الحال في التصوير المقطعي المحوسب .
• بناء الصورة نقطة بنقطة أو سطر بسطر.
• التدرجات في مجال الترددات الراديوية بدلاً من المجال الساكن.

على الرغم من استخدام كل من هذه الطرق أحيانًا في تطبيقات متخصصة، فإن غالبية صور الرنين المغناطيسي اليوم تُنشأ إما بتقنية تحويل فورييه ثنائي الأبعاد (2DFT) مع اختيار الشريحة، أو بتقنية تحويل فورييه ثلاثي الأبعاد (3DFT). يُعرف تحويل فورييه ثنائي الأبعاد أيضًا باسم تشويه الدوران. فيما يلي وصف لتقنية تحويل فورييه ثنائي الأبعاد مع اختيار الشريحة.

تقنية 3DFT متشابهة إلى حد كبير باستثناء أنه لا يوجد اختيار للشريحة ويتم تنفيذ ترميز الطور في اتجاهين منفصلين.

ينشأ تباين الصورة من خلال الاختلافات في قوة إشارة الرنين النووي المغناطيسي المستعادة من مواقع مختلفة داخل العينة. ويعتمد هذا على الكثافة النسبية للنوى المثارة (عادةً بروتونات الماء )، وعلى الاختلافات في أزمنة الاسترخاء ( T1 _، T2 ، و T ^* _{2 )} لتلك النوى بعد تسلسل النبضات، وغالبًا على معايير أخرى تُناقش في فحوصات الرنين المغناطيسي المتخصصة . في الواقع ، يُعد التباين في معظم صور الرنين المغناطيسي مزيجًا من كل هذه التأثيرات، ولكن التصميم الدقيق لتسلسل نبضات التصوير يسمح بتعزيز آلية تباين واحدة مع تقليل تأثير الآليات الأخرى. تمنح القدرة على اختيار آليات تباين مختلفة التصوير بالرنين المغناطيسي مرونة هائلة. في الدماغ، يؤدي _ترجيح T1 إلى ظهور الوصلات العصبية للمادة البيضاء باللون الأبيض، وتجمعات الخلايا العصبية للمادة الرمادية باللون الرمادي، بينما يظهر السائل النخاعي الشوكي داكنًا. ينعكس تباين المادة البيضاء والمادة الرمادية والسائل النخاعي الشوكي باستخدام تصوير T2 أو T ^* _{2 ، في حين أن} التصوير الموزون بكثافة البروتونات يوفر تباينًا ضئيلًا لدى الأشخاص الأصحاء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر المعايير الوظيفية مثل تدفق الدم الدماغي (CBF) أو حجم الدم الدماغي (CBV) أو أكسجة الدم _على T1 و T2 و T ^* _{2 ،} وبالتالي يمكن ترميزها باستخدام تسلسلات نبضية مناسبة.

في بعض الحالات، لا يُمكن توليد تباين كافٍ في الصورة لإظهار التشريح أو الحالة المرضية المطلوبة بشكلٍ وافٍ بمجرد ضبط معايير التصوير، وفي هذه الحالة يُمكن استخدام عامل تباين . قد يكون هذا العامل بسيطًا كالماء ، الذي يُؤخذ عن طريق الفم، لتصوير المعدة والأمعاء الدقيقة. مع ذلك، تُختار معظم عوامل التباين المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي بناءً على خصائصها المغناطيسية المحددة. في أغلب الأحيان، يُستخدم عامل تباين بارامغناطيسي (عادةً ما يكون مركب غادولينيوم ^{[ 10 ] [ 11 ]} ). تظهر الأنسجة والسوائل المُعززة بالغادولينيوم شديدة السطوع في صور T1 _{الموزونة} . يوفر هذا حساسية عالية للكشف عن الأنسجة الوعائية (مثل الأورام) ويسمح بتقييم تروية الدماغ (مثل السكتة الدماغية). وقد أُثيرت مؤخرًا مخاوف بشأن سمية عوامل التباين القائمة على الغادولينيوم وتأثيرها على الأشخاص الذين يعانون من قصور في وظائف الكلى. (انظر قسم السلامة / عوامل التباين أدناه).

في الآونة الأخيرة، أصبحت عوامل التباين فائقة المغناطيسية ، مثل جسيمات أكسيد الحديد النانوية ، ^{[ 12 ] [ 13 ]} _{متاحة. تظهر هذه العوامل داكنة جدًا في صور الرنين المغناطيسي الموزونة} T2 ^*، ويمكن استخدامها لتصوير الكبد، حيث يحتفظ نسيج الكبد السليم بالعامل، بينما لا تحتفظ به المناطق غير الطبيعية (مثل الندبات والأورام). كما يمكن تناولها عن طريق الفم لتحسين رؤية الجهاز الهضمي ، ولمنع الماء الموجود في الجهاز الهضمي من حجب الأعضاء الأخرى (مثل البنكرياس ). وقد دُرست أيضًا عوامل التباين غير المغناطيسية ، مثل كبريتات الباريوم، لاستخدامها المحتمل في الجهاز الهضمي ، ولكن استخدامها أقل شيوعًا.

في عام 1983، قدم كل من ليونغرين ^{[ 14 ]} وتويج ^{[ 15 ]} بشكل مستقل صيغة فضاء k ، وهي تقنية أثبتت قيمتها الكبيرة في توحيد تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي المختلفة. وقد أظهرا أن إشارة الرنين المغناطيسي المُعدّلة S ( t ) الناتجة عن التفاعل بين مجموعة من اللفات النووية التي تدور بحرية في وجود تدرج مجال مغناطيسي خطي G وملف استقبال، تساوي تحويل فورييه لكثافة اللف الفعالة.${\displaystyle \rho ({\vec {x}})}$. في الأساس، تُستمد الإشارة من قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي :

${\displaystyle S(t)={\tilde {\rho }}_{\mathrm {eff} }\left({\vec {k}}(t)\right)\equiv \int _{-\infty }^{\infty }\mathrm {d} {\vec {x}}\ \rho ({\vec {x}})\cdot e^{2\pi i\ {\vec {k}}(t)\cdot {\vec {x}}}}$

أين:

${\displaystyle {\vec {k}}(t)\equiv \int _{0}^{t}{\vec {G}}(\tau )\ \mathrm {d} \tau }$

بمعنى آخر، مع مرور الوقت، ترسم الإشارة مسارًا في فضاء k، حيث يتناسب متجه سرعة هذا المسار مع متجه تدرج المجال المغناطيسي المطبق. ونقصد بمصطلح كثافة اللف المغزلي الفعالة كثافة اللف المغزلي الحقيقية.${\displaystyle \rho ({\vec {x}})}$_تم تصحيحها لتأثيرات تحضير T1 _{، وتلاشي} T2 ، وفقدان الطور بسبب عدم تجانس المجال، والتدفق، والانتشار، وما إلى ذلك، وأي ظواهر أخرى تؤثر على مقدار المغنطة المستعرضة المتاحة لحث الإشارة في مسبار الترددات الراديوية أو طورها بالنسبة للمجال الكهرومغناطيسي لملف الاستقبال.

انطلاقاً من الصيغة الأساسية لمساحة k ، يتبين مباشرةً أننا نعيد بناء صورة${\displaystyle I({\vec {x}})}$عن طريق أخذ تحويل فورييه العكسي للبيانات المأخوذة، أي

${\displaystyle I\left({\vec {x}}\right)=\int _{-\infty }^{\infty }\mathrm {d} {\vec {k}}\ S\left({\vec {k}}(t)\right)\cdot e^{-2\pi i\ {\vec {k}}(t)\cdot {\vec {x}}}}$

باستخدام منهجية فضاء k ، أصبحت العديد من الأفكار التي بدت معقدة بسيطة. على سبيل المثال، أصبح من السهل جدًا ( خاصةً للفيزيائيين ) فهم دور ترميز الطور (ما يُعرف بطريقة تشويه الدوران). في مسح صدى الدوران القياسي أو مسح صدى التدرج، حيث يكون تدرج القراءة (أو العرض) ثابتًا (مثل G )، يتم مسح خط واحد من فضاء k لكل إثارة تردد لاسلكي. عندما _يكون تدرج ترميز الطور صفرًا، يكون الخط الممسوح هو _محور kx . عند إضافة نبضة ترميز طور غير صفرية بين إثارة التردد اللاسلكي وبدء تدرج القراءة، يتحرك هذا الخط لأعلى أو لأسفل في فضاء k ، أي أننا نمسح الخط ky = ثابت.

تُسهّل صيغة فضاء k مقارنة تقنيات المسح المختلفة. في تقنية EPI أحادية اللقطة ، يُمسح فضاء k بالكامل في لقطة واحدة، باتباع مسار جيبي أو متعرج. ونظرًا لمسح خطوط فضاء k المتناوبة في اتجاهين متعاكسين ، يجب مراعاة ذلك في عملية إعادة البناء. أما تقنيات EPI متعددة اللقطات وتقنية صدى الدوران السريع، فتُغطي جزءًا فقط من فضاء k لكل إثارة. في كل لقطة، يُلتقط مقطع متداخل مختلف، وتُكرر اللقطات حتى يُغطى فضاء k بشكل كافٍ. ولأن البيانات في مركز فضاء k تُمثل ترددات مكانية أقل من البيانات على حواف فضاء k ، فإن _{قيمة T1E} لمركز فضاء k تُحدد _تباين T2 للصورة .

يمكن استغلال أهمية مركز فضاء k في تحديد تباين الصورة في تقنيات التصوير المتقدمة. إحدى هذه التقنيات هي التصوير الحلزوني، حيث يُطبَّق تدرج مجال مغناطيسي دوار ، مما يؤدي إلى دوران مسار الصورة في فضاء k حلزونيًا من المركز إلى الحافة. ​​ونظرًا لتلاشي T2 و T ^* _{2، تكون} الإشارة في ذروتها عند بداية التصوير، وبالتالي فإن تصوير مركز فضاء k أولًا يُحسِّن نسبة التباين إلى الضوضاء (CNR) مقارنةً بالتصوير المتعرج التقليدي، خاصةً في وجود حركة سريعة.

منذ${\displaystyle {\vec {x}}}$و${\displaystyle {\vec {k}}}$إذا كانت المتغيرات مترافقة (بالنسبة لتحويل فورييه)، فيمكننا استخدام نظرية نايكويست لإظهار أن خطوة في فضاء k تحدد مجال رؤية الصورة (أقصى تردد يتم أخذ عينات منه بشكل صحيح)، وأن القيمة القصوى لـ k التي يتم أخذ عينات منها تحدد الدقة؛ أي،

${\displaystyle {\rm {FOV}}\propto {\frac {1}{\Delta k}}\qquad \mathrm {Resolution} \propto |k_{\max }|\ .}$

(تنطبق هذه العلاقات على كل محور بشكل مستقل.)

في مخطط التوقيت ، يُمثل المحور الأفقي الزمن. أما المحور الرأسي فيُمثل: (الصف العلوي) سعة نبضات الترددات الراديوية؛ (الصفوف الوسطى) سعات نبضات تدرج المجال المغناطيسي الثلاثة المتعامدة؛ و(الصف السفلي) مُحوّل الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) في جهاز الاستقبال. تُرسل الترددات الراديوية بتردد لارمور للنظير المراد تصويره. على سبيل المثال، لتصوير نظير الهيدروجين ^-1 في مجال مغناطيسي شدته 1 تسلا ، يُستخدم تردد 42.5781 ميجاهرتز . تُسمى تدرجات المجال _{الثلاثة GX} ( عادةً ما تُشير إلى اتجاه المريض من اليسار إلى اليمين وتُلون باللون الأحمر في المخطط)، و _GY ( عادةً ما تُشير إلى اتجاه المريض من الأمام إلى الخلف وتُلون باللون الأخضر في المخطط)، و GZ ₍ عادةً ما تُشير إلى اتجاه المريض من الرأس إلى القدم وتُلون باللون الأزرق في المخطط). عند عرض نبضات التدرج السالبة، فإنها تمثل انعكاس اتجاه التدرج، أي من اليمين إلى اليسار، أو من الخلف إلى الأمام، أو من القدم إلى الرأس. في التصوير البشري، تُستخدم شدة تدرج تتراوح بين 1 و100 ملي تسلا/متر: تسمح شدة التدرج الأعلى بدقة أفضل وتصوير أسرع. ينتج عن تسلسل النبضات الموضح هنا صورة مستعرضة (محورية).  

يُحقق الجزء الأول من تسلسل النبضات، SS، "اختيار الشريحة". تُحدث نبضة مُشكَّلة (موضحة هنا بتعديل sinc ) دورانًا بزاوية 90 درجة للمغنطة النووية الطولية داخل شريحة، مما يُنشئ مغنطة عرضية. يُحدث الجزء الثاني من تسلسل النبضات، PE، إزاحة طورية على المغنطة النووية المختارة للشريحة، تتغير بتغير موقعها في الاتجاه Y. يستخدم الجزء الثالث من تسلسل النبضات، وهو اختيار شريحة أخرى (من نفس الشريحة)، نبضة مُشكَّلة أخرى لإحداث دوران بزاوية 180 درجة للمغنطة النووية العرضية داخل الشريحة. تُعاد تركيز هذه المغنطة العرضية لتشكيل صدى الدوران عند الزمن TE . خلال _صدى الدوران، يُطبَّق تدرج ترميز التردد (FE) أو تدرج القراءة، مما يجعل تردد الرنين للمغنطة النووية يتغير بتغير موقعها في الاتجاه X. يتم أخذ عينات من الإشارة n _FE مرة بواسطة محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) خلال هذه الفترة، كما هو موضح بالخطوط الرأسية. عادةً ما يتم أخذ _عدد n من العينات يتراوح بين 128 و 512 عينة.

يُترك التمغنط الطولي ليستعيد بعضًا من قوته، وبعد مرور فترة زمنية T _R، تُكرر السلسلة بأكملها n _PE مرة، مع زيادة تدرج ترميز الطور (كما هو موضح بالخطوط الأفقية في كتلة التدرج الأخضر). عادةً ما يتم إجراء n _PE يتراوح بين 128 و512 تكرارًا.

يتم فرض الفصوص السالبة في G _X و G _Z لضمان أنه عند الوقت T _E (أقصى صدى دوراني)، فإن الطور يشفر الموقع المكاني فقط في اتجاه Y.

عادة ما يكون T _E بين 5  مللي ثانية و 100  مللي ثانية، بينما يكون T _R بين 100  مللي ثانية و 2000  مللي ثانية.

بعد الحصول على المصفوفة ثنائية الأبعاد (بأبعاد نموذجية تتراوح بين 128  ×  128 و 512  ×  512)، والتي تُنتج ما يُسمى ببيانات فضاء k ، يتم إجراء تحويل فورييه عكسي ثنائي الأبعاد للحصول على صورة الرنين المغناطيسي المألوفة. يمكن أخذ إما مقدار أو طور تحويل فورييه، والأول هو الأكثر شيوعًا.

لا يتضمن هذا الجدول التسلسلات غير الشائعة والتجريبية .

مجموعة	تسلسل	اختصار	الفيزياء	الفروقات السريرية الرئيسية	مثال
صدى الدوران	وزن T1	T1	قياس استرخاء الدوران الشبكي باستخدام وقت تكرار قصير (TR) ووقت صدى قصير (TE).	انخفاض الإشارة يدل على زيادة محتوى الماء، [ 16 ] كما هو الحال في الوذمة ، والورم ، والاحتشاء ، والالتهاب ، والعدوى ، والنزيف الحاد أو المزمن . [ 17 ] إشارة عالية للدهون [ 16 ] [ 17 ] إشارة عالية للمواد البارامغناطيسية ، مثل عوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي [ 17 ] الأساس القياسي والمقارنة مع التسلسلات الأخرى
	وزن T2	T2	قياس استرخاء الدوران المغزلي باستخدام أوقات TR وTE طويلة	إشارة أعلى لمحتوى مائي أكبر [ 16 ] إشارة منخفضة للدهون في التصوير بالموجات فوق الصوتية القياسي للعمود الفقري (SE)، [ 16 ] على عكس التصوير بالموجات فوق الصوتية السريع/التصوير بالموجات فوق الصوتية التوربيني (FSE/TSE). يُعدّ FSE/TSE المعيار الذهبي في الطب الحديث لسرعته. في FSE/TSE، تظهر إشارة عالية للدهون نتيجةً لاضطراب اقتران J فائق الدقة بين بروتونات الدهون المتجاورة . [ 18 ] إشارة منخفضة للمواد البارامغناطيسية [ 17 ] الأساس القياسي والمقارنة مع التسلسلات الأخرى
	كثافة البروتون المرجحة	PD	زمن التكرار الطويل (لتقليل زمن الاسترخاء T1) وزمن الصدى القصير (لتقليل زمن الاسترخاء T2). [ 19 ]	أمراض وإصابات المفاصل. [ 20 ] إشارة عالية ناتجة عن تمزقات الغضروف الهلالي . [ 21 ] (في الصورة)
صدى التدرج (GRE)	التبادر الحر في الحالة المستقرة	SSFP	الحفاظ على مغنطة عرضية ثابتة ومتبقية على مدى دورات متتالية. [ 22 ]	إنشاء فيديوهات التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب (كما هو موضح في الصورة). [ 22 ]
	T2 الفعال أو "نجمة T2"	T2*	صدى التدرج المتضرر (GRE) مع وقت صدى طويل وزاوية قلب صغيرة [ 23 ]	إشارة منخفضة ناتجة عن ترسبات الهيموسيديرين (في الصورة) والنزيف. [ 23 ]
	مرجح حسب القابلية للتأثر	جنوب غرب	صدى التدرج المفسد (GRE)، مع تعويض التدفق بالكامل، وقت صدى طويل، يجمع بين صورة الطور وصورة المقدار [ 24 ].	الكشف عن كميات صغيرة من النزيف ( إصابة محورية منتشرة موضحة في الصورة) أو الكالسيوم. [ 24 ]
استعادة الانعكاس	استعادة انعكاس تاو القصير	قلّب	كبح الدهون عن طريق تحديد وقت انعكاس تكون فيه إشارة الدهون صفراً. [ 25 ]	إشارة عالية في حالة الوذمة ، كما هو الحال في كسور الإجهاد الشديدة . [ 26 ] جبائر الساق الموضحة في الصورة:
	استعادة الانعكاس المخفف بالسوائل	ذوق رفيع	كبح السوائل عن طريق تحديد وقت انعكاس يُلغي تأثير السوائل	إشارة عالية في احتشاءات لاكونية ، ولويحات التصلب المتعدد ، ونزيف تحت العنكبوتية ، والتهاب السحايا (في الصورة). [ 27 ]
	استعادة الانعكاس المزدوج	مدير	كبح متزامن للسائل النخاعي والمادة البيضاء عن طريق فترتي انعكاس. [ 28 ]	إشارة عالية للويحات التصلب المتعدد (في الصورة). [ 28 ]
التصوير بالرنين المغناطيسي الموزون بالانتشار ( DWI )	عادي	القيادة تحت تأثير الكحول	قياس الحركة البراونية لجزيئات الماء. [ 29 ]	إشارة عالية في غضون دقائق من احتشاء الدماغ (كما هو موضح في الصورة). [ 30 ]
	معامل الانتشار الظاهري	محول تناظري رقمي	يتم تقليل وزن T2 عن طريق التقاط صور DWI تقليدية متعددة بأوزان DWI مختلفة، ويتوافق التغيير مع الانتشار. [ 31 ]	إشارة منخفضة بعد دقائق من احتشاء الدماغ (كما هو موضح في الصورة). [ 32 ]
	موتر الانتشار	وزارة التجارة والصناعة	تعتمد تقنية تصوير المسارات العصبية (كما هو موضح في الصورة) بشكل أساسي على حركة براونية أكبر لجزيئات الماء في اتجاهات الألياف العصبية. [ 33 ]	تقييم تشوه المادة البيضاء بواسطة الأورام [ 33 ] قد يشير انخفاض التباين الجزئي إلى الخرف . [ 34 ]
التصوير الموزون بالتروية ( PWI )	تباين الحساسية الديناميكي	DSC	يقيس التغيرات بمرور الوقت في فقدان الإشارة الناجم عن الحساسية بسبب حقن مادة التباين الغادولينيوم . [ 35 ]	يوفر قياسات تدفق الدم في حالة احتشاء الدماغ ، ينخفض ​​التروية الدموية في منطقة الاحتشاء ومنطقة الظل المحيطة بها، ويتأخر وصول مادة التباين (كما هو موضح في الصورة). [ 36 ]
	الوسم الدوراني الشرياني	لغة الإشارة الأمريكية	يتم وسم الدم الشرياني مغناطيسيًا أسفل شريحة التصوير، والذي يدخل لاحقًا إلى المنطقة المستهدفة. [ 37 ] ولا يتطلب ذلك استخدام مادة التباين الغادولينيوم. [ 38 ]
	تم تعزيز التباين الديناميكي	DCE	يقيس التغيرات بمرور الوقت في تقصير استرخاء الدوران الشبكي (T1) الناجم عن جرعة تباين الغادولينيوم . [ 39 ]	يشير امتصاص مادة التباين الغادولينيوم بشكل أسرع، إلى جانب سمات أخرى، إلى وجود ورم خبيث (كما هو موضح في الصورة). [ 40 ]
التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ( fMRI )	التصوير المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم	عريض	تعكس التغيرات في المغناطيسية المعتمدة على تشبع الأكسجين للهيموجلوبين نشاط الأنسجة. [ 41 ]	تحديد موقع نشاط الدماغ الناتج عن أداء مهمة محددة (مثل التحدث أو تحريك الأصابع) قبل الجراحة، ويستخدم أيضًا في أبحاث الإدراك. [ 42 ]
تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي ( MRA ) وتصوير الأوردة	زمن الرحلة	TOF	الدم الذي يدخل المنطقة المصورة لم يصل بعد إلى التشبع المغناطيسي ، مما يعطيه إشارة أعلى بكثير عند استخدام وقت صدى قصير وتعويض التدفق.	الكشف عن تمدد الأوعية الدموية أو التضيق أو التسلخ [ 43 ]
	التصوير بالرنين المغناطيسي بتقنية تباين الطور	تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي عبر الجلد	يتم استخدام تدرجين متساويين في المقدار، ولكن متعاكسين في الاتجاه، لترميز إزاحة الطور، والتي تتناسب مع سرعة الدوران . [ 44 ]	الكشف عن تمدد الأوعية الدموية أو التضيق أو التسلخ (كما هو موضح في الصورة). [ 43 ]	( فيبر )

تتكون المكونات الرئيسية لجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي من: المغناطيس الرئيسي الذي يستقطب العينة، وملفات الضبط لتصحيح عدم تجانس المجال المغناطيسي الرئيسي، ونظام التدرج المستخدم لتحديد موقع إشارة الرنين المغناطيسي، ونظام الترددات الراديوية الذي يُثير العينة ويكشف إشارة الرنين المغناطيسي النووي الناتجة. ويتم التحكم في النظام بأكمله بواسطة حاسوب واحد أو أكثر.

يُعدّ المغناطيس أكبر مكونات الماسح الضوئي وأكثرها تكلفة، ويُبنى باقي الجهاز حوله. تُقاس قوة المغناطيس بوحدة تسلا (T) . تتراوح قوة المجال المغناطيسي للمغناطيسات المستخدمة في التطبيقات السريرية عمومًا بين 0.1 و3.0  تسلا، بينما تصل قوة المجال المغناطيسي في الأنظمة البحثية إلى 9.4  تسلا للاستخدام البشري و21  تسلا للاستخدام الحيواني. ^{[ 45 ]} في الولايات المتحدة،  وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) على استخدام مجالات مغناطيسية تصل قوتها إلى 7 تسلا في التطبيقات السريرية. ^{[ 46 ]}

لا تقل أهمية دقة المغناطيس الرئيسي عن قوته. يجب أن تكون استقامة الخطوط المغناطيسية داخل مركز المغناطيس (أو ما يُعرف تقنيًا بمركز التناظر) شبه مثالية. يُعرف هذا بالتجانس. ينبغي ألا تتجاوز التقلبات (عدم تجانس شدة المجال) داخل منطقة المسح ثلاثة أجزاء في المليون (3 جزء في المليون). وقد استُخدمت ثلاثة أنواع من المغناطيسات:

• المغناطيس الدائم: يمكن استخدام المغناطيسات التقليدية المصنوعة من مواد مغناطيسية حديدية (مثل سبائك الصلب التي تحتوي على عناصر أرضية نادرة كالنيوديميوم ) لتوفير المجال المغناطيسي الثابت. يكون المغناطيس الدائم القوي بما يكفي للاستخدام في التصوير بالرنين المغناطيسي ضخمًا جدًا وثقيلًا، إذ قد يتجاوز وزنه 100 طن. تتميز أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المزودة بمغناطيس دائم بانخفاض تكلفة صيانتها، على عكس الأنواع الأخرى من مغناطيسات التصوير بالرنين المغناطيسي، إلا أن استخدام المغناطيس الدائم ينطوي على عيوب كبيرة. فهو لا يستطيع توليد سوى مجالات مغناطيسية ضعيفة مقارنةً بأنواع مغناطيسات التصوير بالرنين المغناطيسي الأخرى (عادةً أقل من 0.4  تسلا)، كما أنه محدود الدقة والاستقرار. تُثير المغناطيسات الدائمة أيضًا مخاوف تتعلق بالسلامة؛ فبما أنه لا يمكن إيقاف مجالاتها المغناطيسية، يكاد يكون من المستحيل إزالة الأجسام المغناطيسية الحديدية منها بمجرد ملامستها المباشرة. كما تتطلب المغناطيسات الدائمة عناية خاصة عند نقلها إلى موقع تركيبها.
• المغناطيس الكهربائي المقاوم: يُعدّ الملف اللولبي المصنوع من سلك نحاسي بديلاً للمغناطيس الدائم. من مزاياه انخفاض تكلفته الأولية، لكن قوة المجال واستقراره محدودان. يتطلب هذا المغناطيس الكهربائي طاقة كهربائية كبيرة أثناء التشغيل، مما قد يجعله مكلفًا. هذا التصميم قديم الطراز.
• المغناطيس الكهربائي فائق التوصيل : عندما يتم تبريد سبيكة من النيوبيوم والتيتانيوم أو النيوبيوم والقصدير بواسطة الهيليوم السائل إلى 4  كلفن (-269  درجة مئوية، -452  درجة فهرنهايت)، فإنها تصبح موصلاً فائقاً ، فتفقد مقاومتها لتدفق التيار الكهربائي. يمكن للمغناطيس الكهربائي المصنوع من الموصلات الفائقة أن يتمتع بقوة مجال كهربائي عالية للغاية، مع استقرار عالٍ جدًا. يُعدّ تصنيع هذه المغناطيسات مكلفًا للغاية، كما أن الهيليوم المبرد باهظ الثمن ويصعب التعامل معه. ومع ذلك، وعلى الرغم من تكلفتها، فإن المغناطيسات فائقة التوصيل المبردة بالهيليوم هي النوع الأكثر شيوعًا في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي اليوم.

تُغمر معظم المغناطيسات فائقة التوصيل في ملفات من الأسلاك فائقة التوصيل داخل وعاء يُسمى المبرد الفائق . ورغم وجود عزل حراري، يشمل أحيانًا مبردًا فائقًا ثانيًا يحتوي على النيتروجين السائل ، فإن حرارة الجو تُسبب تبخر الهيليوم ببطء. لذا، تتطلب هذه المغناطيسات إضافة منتظمة للهيليوم السائل. ويُستخدم عادةً مُبرد فائق ، يُعرف أيضًا باسم رأس التبريد، لإعادة تكثيف جزء من بخار الهيليوم في حمام الهيليوم السائل. ويُقدم العديد من المصنّعين الآن ماسحات ضوئية "بدون مُبرد"، حيث يتم تبريد سلك المغناطيس مباشرةً بواسطة مُبرد فائق بدلًا من غمره في الهيليوم السائل. ^{[ 47 ]} وبدلاً من ذلك، يُمكن تبريد المغناطيس بوضع الهيليوم السائل بعناية في مواقع استراتيجية، مما يُقلل بشكل كبير من كمية الهيليوم السائل المُستخدمة، ^{[ 48 ]} أو يُمكن استخدام موصلات فائقة ذات درجة حرارة عالية . ^{[ 49 ]}

تتوفر المغناطيسات بأشكال متنوعة. ومع ذلك، فإن المغناطيسات الدائمة غالباً ما تكون على شكل حرف C، بينما المغناطيسات فائقة التوصيل غالباً ما تكون أسطوانية. وقد استُخدمت أيضاً مغناطيسات فائقة التوصيل على شكل حرف C ومغناطيسات دائمة على شكل صندوق.

تُعدّ قوة المجال المغناطيسي عاملاً هاماً في تحديد جودة الصورة. فالمجالات المغناطيسية الأعلى تزيد من نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، مما يسمح بدقة أعلى أو مسح أسرع. مع ذلك، تتطلب المجالات ذات القوة الأعلى مغناطيسات أغلى ثمناً، وتكاليف صيانة أعلى، فضلاً عن زيادة المخاوف المتعلقة بالسلامة.  تُعتبر قوة المجال المغناطيسي من 1.0 إلى 1.5 تسلا حلاً وسطاً جيداً بين التكلفة والأداء للاستخدام الطبي العام. ولكن، في بعض الاستخدامات المتخصصة (مثل تصوير الدماغ)، يُفضّل استخدام مجالات ذات قوة أعلى، حيث تستخدم بعض المستشفيات حالياً  أجهزة مسح بقوة 3.0 تسلا.

عند وضع جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي في المستشفى أو العيادة، يكون مجاله المغناطيسي الرئيسي غير متجانس بما يكفي لاستخدامه في التصوير. لذلك، قبل إجراء أي تعديل دقيق للمجال باستخدام عينة، يجب قياس المجال المغناطيسي للمغناطيس وضبطه .

بعد وضع العينة في الماسح الضوئي، يتشوه المجال المغناطيسي الرئيسي بفعل حدود الحساسية المغناطيسية داخل تلك العينة، مما يتسبب في انقطاع الإشارة (مناطق لا تظهر فيها إشارة) وتشوهات مكانية في الصور الملتقطة. بالنسبة للبشر أو الحيوانات، يكون هذا التأثير واضحًا بشكل خاص عند حدود الهواء والأنسجة، مثل الجيوب الأنفية (بسبب الأكسجين البارامغناطيسي في الهواء)، مما يجعل تصوير الفصوص الأمامية للدماغ، على سبيل المثال، صعبًا. لاستعادة تجانس المجال، تُضاف مجموعة من ملفات الضبط إلى الماسح الضوئي. هذه الملفات عبارة عن ملفات مقاومة، عادةً ما تكون في درجة حرارة الغرفة، قادرة على إنتاج تصحيحات للمجال موزعة على شكل عدة رتب من التوافقيات الكروية . ^{[ 50 ]}

بعد وضع العينة في الماسح الضوئي، يتم ضبط المجال _{المغناطيسي} B₀ عن طريق تعديل التيارات في ملفات الضبط. تُقاس تجانس المجال بفحص إشارة التلاشي الحر (FID) في غياب تدرجات المجال. ستُظهر إشارة التلاشي الحر (FID) من عينة غير مضبوطة جيدًا غلاف اضمحلال معقد، غالبًا مع العديد من النتوءات. ثم يتم ضبط تيارات الضبط لإنتاج إشارة تلاشي حر (FID) ذات سعة كبيرة تتناقص أُسّيًا، مما يدل على تجانس المجال المغناطيسي _B₀ . عادةً ما تكون هذه العملية مؤتمتة. ^{[ 51 ]}

تُستخدم ملفات التدرج لترميز مواقع البروتونات مكانيًا عن طريق تغيير المجال المغناطيسي خطيًا عبر حجم التصوير. ويتغير تردد لارمور تبعًا للموقع على المحاور س ، ص ، ع .

تتكون ملفات التدرج عادةً من مغانط كهربائية مقاومة تعمل بمضخمات متطورة ، مما يسمح بإجراء تعديلات سريعة ودقيقة على شدة المجال واتجاهه. وتستطيع أنظمة التدرج النموذجية إنتاج تدرجات تتراوح من 20 إلى 100 ملي تسلا/متر (أي، في  مغناطيس بقوة 1.5 تسلا، عند تطبيق أقصى تدرج على المحور z ، قد تصل شدة المجال إلى 1.45  تسلا عند أحد طرفي أنبوب طوله متر واحد (3.3 قدم) و1.55 تسلا عند الطرف الآخر ^{[ 52 ]} ). وتحدد التدرجات المغناطيسية مستوى التصوير، فبما أنه يمكن دمج التدرجات المتعامدة بحرية، يمكن اختيار أي مستوى للتصوير.  

تعتمد سرعة المسح على أداء نظام التدرج. فالتدرجات الأقوى تسمح بتصوير أسرع أو بدقة أعلى؛ وبالمثل، فإن أنظمة التدرج القادرة على التبديل السريع تسمح أيضًا بمسح أسرع. مع ذلك، فإن أداء التدرج محدود بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة من تحفيز الأعصاب.

من أهم خصائص مضخمات التدرج وملفات التدرج معدل التغير وقوة التدرج. وكما ذُكر سابقًا، يُنشئ ملف التدرج مجالًا مغناطيسيًا إضافيًا متغيرًا خطيًا، يُضاف إلى المجال المغناطيسي الرئيسي أو يُطرح منه. يحتوي هذا المجال المغناطيسي الإضافي على مركبات في الاتجاهات الثلاثة: س ، ص ، ع ؛ إلا أن المركبة الموازية للمجال المغناطيسي (والتي تُسمى عادةً المحور ع ، ويُرمز لها بـ G _z ) هي فقط المفيدة للتصوير. على طول أي محور، يُضاف التدرج إلى المجال المغناطيسي على أحد جانبي نقطة الصفر، ويُطرح منه على الجانب الآخر. ولأن المجال الإضافي هو تدرج، فإن وحداته هي غاوس لكل سنتيمتر أو ملي تسلا لكل متر (mT/m). تستطيع ملفات التدرج عالية الأداء المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي عادةً إنتاج مجال مغناطيسي متدرج بقوة 30  ملي تسلا/متر أو أعلى لجهاز  تصوير بالرنين المغناطيسي بقوة 1.5 تسلا. معدل التغير السريع لنظام التدرج هو مقياس لمدى سرعة زيادة أو تقليل شدة التدرجات. تتميز أنظمة التدرج عالية الأداء بمعدل تغير سريع يصل إلى 100-200 ^{تسلا.متر⁻¹}  ثانية⁻¹ . يعتمد معدل التغير السريع على كلٍ من ملف التدرج (إذ يستغرق زيادة أو تقليل شدة ملف كبير وقتًا أطول من ملف صغير) وأداء مضخم التدرج (إذ يتطلب جهدًا عاليًا للتغلب على محاثة الملف) ^، وله تأثير كبير على جودة الصورة.

يتكون نظام إرسال الترددات الراديوية من مُركِّب ترددات راديوية، ومُضخِّم طاقة ، وملف إرسال . عادةً ما يكون هذا الملف مُدمجًا في جسم الماسح الضوئي. طاقة المُرسِل قابلة للتغيير، ولكن قد تصل ذروة طاقة خرج الماسحات الضوئية المتطورة لكامل الجسم إلى 35 كيلوواط، ^{[ 53 ]} وتكون قادرة على الحفاظ على متوسط ​​طاقة يبلغ 1 كيلوواط. على الرغم من أن هذه المجالات الكهرومغناطيسية تقع في نطاق الترددات الراديوية لعشرات الميغاهرتز (غالبًا في الجزء الراديوي قصير الموجة من الطيف الكهرومغناطيسي ) عند طاقات تتجاوز عادةً أعلى الطاقات المستخدمة في هواة الراديو ، إلا أن التداخل الراديوي الناتج عن جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي ضئيل للغاية. والسبب في ذلك هو أن جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي ليس مُرسِلًا لاسلكيًا. المجال الكهرومغناطيسي ذو التردد الراديوي الناتج في "ملف الإرسال" هو مجال مغناطيسي قريب مع مُكوِّن مجال كهربائي متغير ضئيل جدًا (كما هو الحال في جميع عمليات إرسال الموجات الراديوية التقليدية). وبالتالي، فإن المجال الكهرومغناطيسي عالي الطاقة الناتج في ملف الإرسال الخاص بجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي لا ينتج الكثير من الإشعاع الكهرومغناطيسي عند تردده الراديوي، وتقتصر الطاقة على حيز الملف ولا تُشع على شكل "موجات راديوية". لذا، فإن ملف الإرسال يُعدّ ناقلاً جيداً للمجال الكهرومغناطيسي عند التردد الراديوي، ولكنه ناقل ضعيف للإشعاع الكهرومغناطيسي عند التردد الراديوي.  

يتكون جهاز الاستقبال من الملف، ومضخم الإشارة الأولي، ونظام معالجة الإشارة. الإشعاع الكهرومغناطيسي بترددات الراديو الناتج عن الاسترخاء النووي داخل الجسم هو إشعاع كهرومغناطيسي حقيقي (موجات راديوية)، ويخرج هذا الإشعاع من الجسم على شكل إشعاع بترددات الراديو، ولكنه ذو طاقة منخفضة للغاية بحيث لا يُسبب تداخلًا ملحوظًا بترددات الراديو يمكن أن تلتقطه أجهزة ضبط الراديو القريبة (بالإضافة إلى ذلك، توضع أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي عادةً في غرف مبطنة بشبكة معدنية تعمل كأقفاص فاراداي ).

على الرغم من إمكانية إجراء المسح باستخدام الملف المدمج لإرسال إشارات الترددات الراديوية واستقبال إشارات الرنين المغناطيسي، إلا أنه عند تصوير منطقة صغيرة، يُفضل استخدام ملف أصغر حجماً وأكثر دقة للحصول على صورة بجودة أفضل (أي نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى). تتوفر أنواع مختلفة من الملفات التي تُناسب أجزاء الجسم المختلفة، مثل الرأس والركبة والمعصم والثدي، أو حتى داخلياً، كالمستقيم مثلاً.

من التطورات الحديثة في تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي تطوير ملفات مصفوفة طورية متعددة العناصر متطورة ^{[ 54 ]} ، قادرة على جمع بيانات من قنوات متعددة بالتوازي. تستخدم تقنية "التصوير المتوازي" هذه مخططات جمع بيانات فريدة تسمح بتسريع التصوير، وذلك باستبدال جزء من الترميز المكاني الناتج عن التدرجات المغناطيسية بالحساسية المكانية لعناصر الملف المختلفة. مع ذلك، يؤدي التسريع المتزايد إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وقد يُسبب تشوهات متبقية في إعادة بناء الصورة. من بين مخططات جمع البيانات وإعادة البناء المتوازية الشائعة الاستخدام، SENSE ^{[ 55 ] وGRAPPA [ 56 ]} . إضافةً إلى ذلك، يمكن إثارة ما يصل إلى 8 شرائح في وقت واحد (التصوير متعدد الشرائح المتزامن، أو متعدد النطاقات)، مما يسمح بتقليل زمن التكرار (TR) بفضل تسريع التصوير متعدد الشرائح المتزامن؛ إلا أنه عند تجاوز عامل تسريع 2، تصبح معلمات الانتشار الكمية متحيزة ^{[ 57 ]} . يمكن الاطلاع على مراجعة مفصلة لتقنيات التصوير المتوازي هنا: ^{[ 58 ]}