磁共振成像MRI技术

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1、第七章磁共振成像（MRI）技术生物医学工程教研室磁共振成像是利用射频脉冲对置于磁场中的含有自旋非零原子核的物质进行激发，产生核磁共振，利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图像的一种成像技术。MRI（magneticresonanceimaging）设备是利用生物体的磁性核（主要是氢核）在磁场中所表现出的MR特性来进行成像的设备。随着超导技术、磁体技术、电子技术、计算机技术和材料科学的进步，MRI设备得到飞速的发展。MRI设备已成为最先进、最昂贵的现代化诊断设备之一。MRI设备既是评价医院综合能力的一项重要指标，又是医院现代化程度和诊断水平的标

2、志。核磁共振扫描现在已经成为一项常规的医学检查，全球估计共有22000台全身核磁共振扫描仪投入使用，每年扫描总数超过6000万次。本章将以临床应用型永磁开放式MRI设备为例，系统地介绍MRI设备的构成和工作原理。第一节概述一、发展简史MR现象于1946年第一次由布洛赫（F.Bloch）领导的斯坦福大学研究小组和伯塞尔(E.Purcell）领导的哈佛大学研究小组分别在水与石蜡中独立地观察到。因此，布洛赫和伯塞尔共同获得了1952年的诺贝尔物理学奖。随后，人们利用MRI技术进行了多领域的应用。MRI设备早期集中在物理和化学方面，用来确定化学成分、分子结构和反应过程。1

3、967年，第一次用MRI设备测试人体活体。1971年，达马丁（Damadian）发现了MRI的一个重要参数—T1。肿瘤组织的T1值远大于相应正常组织的T1值。此结果预示着MRI设备在医学诊断中的广阔应用前景。1973年，受CT图像重建的启示，纽约州立大学的劳特布尔（Lauterbur）在《Nature》杂志上发表了MRI设备空间定位方法（均匀静磁场上迭加梯度磁场）。利用MRI模型（两个并排在一起的充水试管）的四个一维投影，成功的获得了第一幅MRI模型的二维图像。1974年，曼斯菲尔德（Mansfield）研究出脉冲梯度法选择成像断层的方法。1975年，恩斯特（Er

4、nst）研究出相位编码的成像方法。1977年，爱特斯坦（Edelstein）、赫切逊（Hutchison）等研究出自旋扭曲（SpinWarp）成像法。1977年，达马丁完成了首例动物活体肿瘤检测成像，并获得首张人体活体MRI设备图像。1980年，阿勃亭（Aberdeen）领导的研究小组发表了利用二维傅立叶变换对图像进行重建的成像方法。该成像方法效率高、功能多、形成的图像分辨力高、伪影小，目前医用MRI设备均采用该算法。1983年，MRI设备进入市场。MRI设备具有对软组织成像好的优点。把大量的波谱分析技术运用到医用MRI设备上，使MRI设备不仅可获得解剖学信息，而

5、且可获得其他方面的信息，如生理和生化方面的信息。二、主要特点及临床应用MRI与CT各有优点，可以互相补充。通过MRI设备与CT扫描机的性能比较和临床应用比较，可以看出：MRI设备的优点为：①多参数成像，可提供丰富的诊断信息②多方位成像③大视野成像④组织特异性成像⑤人体能量代谢研究⑥无电离辐射，即无创性检查⑦无骨伪影干扰MRI设备的缺点为：①成像速度慢②对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感③图像易受多种伪影影响④禁忌症多⑤定量诊断困难三、主要技术参数与其它影像设备相比，影响MRI图像的信号强度或图像密度的参数较多。这些参数大体可分为组织参数和设备参数两大类。1．组织参数它是

6、人体的内在信息参数。组织参数主要有质子密度（ρ）、纵向驰豫时间（T1）、横向驰豫时间（T2）、化学位移（σ）、液体流速（v）和波动。其中，组织参数ρ、T1和T2决定图像信号的密度。组织参数σ决定水与脂肪的分离成像，能引起化学位移伪影。组织参数v和波动可用来进行血管成像，能引起运动伪影。2．设备参数它是成像所依赖的设备及成像过程的测量条件参数。设备参数主要有磁场强度、梯度磁场强度和切换率、线圈特性（包含发射和接收）、测量条件。根据诊断目的的不同，可以选择不同的参数来产生所需要的MRI图像。重复时间（timeofrepetition，TR）、回波时间（timeofec

7、ho，TE）和反转时间（timeofinversion，TI）决定图像的性质。即图像的权重。层厚、平均采样次数、像素尺寸、有效视野和层数决定扫描区域并控制图像信号的密度。各种应用软件可获得不同性质和不同区域的MRI图像，而且成像速度快、有效抑制伪影、功能完善。第二节磁共振成像的物理学原理磁共振成像（MRI)是利用生物体内特定原子磁体性核在磁场中表现出核磁共振作用而产生信号，经空间编码、重建而获得图像的一种技术。其物理基础为核磁共振理论，其本质是一种能级见跃迁的量子效应。一、磁场对样体的磁化作用样体经磁场作用后在磁场方向上产生磁矩的过程称为磁化，其大小称为磁化强度（

8、M）。Χ=