磁共振成像MRI技術(shù)

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1、第七章磁共振成像（MRI）技術(shù)生物醫(yī)學(xué)工程教研室磁共振成像是利用射頻脈沖對(duì)置于磁場(chǎng)中的含有自旋非零原子核的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，產(chǎn)生核磁共振，利用感應(yīng)線圈采集磁共振信號(hào)，按一定數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理而建立圖像的一種成像技術(shù)。MRI（magneticresonanceimaging）設(shè)備是利用生物體的磁性核（主要是氫核）在磁場(chǎng)中所表現(xiàn)出的MR特性來進(jìn)行成像的設(shè)備。隨著超導(dǎo)技術(shù)、磁體技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料科學(xué)的進(jìn)步，MRI設(shè)備得到飛速的發(fā)展。MRI設(shè)備已成為最先進(jìn)、最昂貴的現(xiàn)代化診斷設(shè)備之一。MRI設(shè)備既是評(píng)價(jià)醫(yī)院綜合能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，又是醫(yī)院現(xiàn)代化程度和診斷水平的標(biāo)

2、志。核磁共振掃描現(xiàn)在已經(jīng)成為一項(xiàng)常規(guī)的醫(yī)學(xué)檢查，全球估計(jì)共有22000臺(tái)全身核磁共振掃描儀投入使用，每年掃描總數(shù)超過6000萬次。本章將以臨床應(yīng)用型永磁開放式MRI設(shè)備為例，系統(tǒng)地介紹MRI設(shè)備的構(gòu)成和工作原理。第一節(jié)概述一、發(fā)展簡史MR現(xiàn)象于1946年第一次由布洛赫（F.Bloch）領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福大學(xué)研究小組和伯塞爾(E.Purcell）領(lǐng)導(dǎo)的哈佛大學(xué)研究小組分別在水與石蠟中獨(dú)立地觀察到。因此，布洛赫和伯塞爾共同獲得了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。隨后，人們利用MRI技術(shù)進(jìn)行了多領(lǐng)域的應(yīng)用。MRI設(shè)備早期集中在物理和化學(xué)方面，用來確定化學(xué)成分、分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)過程。1

3、967年，第一次用MRI設(shè)備測(cè)試人體活體。1971年，達(dá)馬?。―amadian）發(fā)現(xiàn)了MRI的一個(gè)重要參數(shù)—T1。腫瘤組織的T1值遠(yuǎn)大于相應(yīng)正常組織的T1值。此結(jié)果預(yù)示著MRI設(shè)備在醫(yī)學(xué)診斷中的廣闊應(yīng)用前景。1973年，受CT圖像重建的啟示，紐約州立大學(xué)的勞特布爾（Lauterbur）在《Nature》雜志上發(fā)表了MRI設(shè)備空間定位方法（均勻靜磁場(chǎng)上迭加梯度磁場(chǎng)）。利用MRI模型（兩個(gè)并排在一起的充水試管）的四個(gè)一維投影，成功的獲得了第一幅MRI模型的二維圖像。1974年，曼斯菲爾德（Mansfield）研究出脈沖梯度法選擇成像斷層的方法。1975年，恩斯特（Er

4、nst）研究出相位編碼的成像方法。1977年，愛特斯坦（Edelstein）、赫切遜（Hutchison）等研究出自旋扭曲（SpinWarp）成像法。1977年，達(dá)馬丁完成了首例動(dòng)物活體腫瘤檢測(cè)成像，并獲得首張人體活體MRI設(shè)備圖像。1980年，阿勃亭（Aberdeen）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)表了利用二維傅立葉變換對(duì)圖像進(jìn)行重建的成像方法。該成像方法效率高、功能多、形成的圖像分辨力高、偽影小，目前醫(yī)用MRI設(shè)備均采用該算法。1983年，MRI設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)。MRI設(shè)備具有對(duì)軟組織成像好的優(yōu)點(diǎn)。把大量的波譜分析技術(shù)運(yùn)用到醫(yī)用MRI設(shè)備上，使MRI設(shè)備不僅可獲得解剖學(xué)信息，而

5、且可獲得其他方面的信息，如生理和生化方面的信息。二、主要特點(diǎn)及臨床應(yīng)用MRI與CT各有優(yōu)點(diǎn)，可以互相補(bǔ)充。通過MRI設(shè)備與CT掃描機(jī)的性能比較和臨床應(yīng)用比較，可以看出：MRI設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)為：①多參數(shù)成像，可提供豐富的診斷信息②多方位成像③大視野成像④組織特異性成像⑤人體能量代謝研究⑥無電離輻射，即無創(chuàng)性檢查⑦無骨偽影干擾MRI設(shè)備的缺點(diǎn)為：①成像速度慢②對(duì)鈣化灶和骨皮質(zhì)病灶不夠敏感③圖像易受多種偽影影響④禁忌癥多⑤定量診斷困難三、主要技術(shù)參數(shù)與其它影像設(shè)備相比，影響MRI圖像的信號(hào)強(qiáng)度或圖像密度的參數(shù)較多。這些參數(shù)大體可分為組織參數(shù)和設(shè)備參數(shù)兩大類。1．組織參數(shù)它是

6、人體的內(nèi)在信息參數(shù)。組織參數(shù)主要有質(zhì)子密度（ρ）、縱向馳豫時(shí)間（T1）、橫向馳豫時(shí)間（T2）、化學(xué)位移（σ）、液體流速（v）和波動(dòng)。其中，組織參數(shù)ρ、T1和T2決定圖像信號(hào)的密度。組織參數(shù)σ決定水與脂肪的分離成像，能引起化學(xué)位移偽影。組織參數(shù)v和波動(dòng)可用來進(jìn)行血管成像，能引起運(yùn)動(dòng)偽影。2．設(shè)備參數(shù)它是成像所依賴的設(shè)備及成像過程的測(cè)量條件參數(shù)。設(shè)備參數(shù)主要有磁場(chǎng)強(qiáng)度、梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度和切換率、線圈特性（包含發(fā)射和接收）、測(cè)量條件。根據(jù)診斷目的的不同，可以選擇不同的參數(shù)來產(chǎn)生所需要的MRI圖像。重復(fù)時(shí)間（timeofrepetition，TR）、回波時(shí)間（timeofec

7、ho，TE）和反轉(zhuǎn)時(shí)間（timeofinversion，TI）決定圖像的性質(zhì)。即圖像的權(quán)重。層厚、平均采樣次數(shù)、像素尺寸、有效視野和層數(shù)決定掃描區(qū)域并控制圖像信號(hào)的密度。各種應(yīng)用軟件可獲得不同性質(zhì)和不同區(qū)域的MRI圖像，而且成像速度快、有效抑制偽影、功能完善。第二節(jié)磁共振成像的物理學(xué)原理磁共振成像（MRI)是利用生物體內(nèi)特定原子磁體性核在磁場(chǎng)中表現(xiàn)出核磁共振作用而產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)空間編碼、重建而獲得圖像的一種技術(shù)。其物理基礎(chǔ)為核磁共振理論，其本質(zhì)是一種能級(jí)見躍遷的量子效應(yīng)。一、磁場(chǎng)對(duì)樣體的磁化作用樣體經(jīng)磁場(chǎng)作用后在磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生磁矩的過程稱為磁化，其大小稱為磁化強(qiáng)度（

8、M）。Χ=