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1、磁共振成像设备,第一课,磁共振成像 Magnetic resonance imaging, MRI,利用生物内特定原子磁性核在磁场中表现出磁共振作用而产生信号,经计算机空间编码,重建而获得图像的一种技术.,MRl(magnetic resonance imaging)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)，用感应线圈检测技术获得组织弛豫信息和质子密度信息(采集共振信号)，通过图像重建(数学方法)，形成磁共振图像的方法和技术。,磁共振成像原理： 成就一
2、副图像的基本原理（要素或步骤）,有信号:信号性质、信号来源、 信号产生及条件,获取信号:如何获取、用何物获取,处理信号:如何处理、处理方法、处理过程,图像重建:重建原理、图像参数、质量控制,MRI的特点与意义,1、高、尖、新：高科技、边缘科学、发展迅速、产生了14位诺贝尔奖金获得者,2、综合性：数学、核物理、电磁学、电子学、计算机、生理解剖学、超导技术、材料科学、医学诊断等等从宏观到微观的各个领域；,3、生命意义：科技的双刃剑作用；,MRI应用于医学的优势,利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水平提供诊断信息；,任意截面成像；,软组织图象更出色；,不受骨伪影的影响；,无电离辐射,一定条件下可进
3、行介入MRI治疗,主 要 用 途,特别适合于中枢神经系统、头颈部、肌肉关节系统以及心脏大血管系统的检查，也适于纵隔、腹腔、盆腔实质器官及乳腺的检查。 中枢神经系统，MRI已成为颅颈交界区、颅底、后颅窝及椎管内病变的最佳检查方式。 对于脑瘤、脑血管病、感染疾病、脑变性疾病和脑白质病、颅脑先天发育异常等均具有极高的敏感性，在发现病变方面优于CT； 对于脊髓病变如肿瘤、脱髓鞘疾病、脊髓空洞症、外伤、先天畸形等，为首选方法。,主 要 用 途,头颈部，MRI的应用大大改善了眼、鼻窦、鼻咽腔以及颈部软组织病变的检出、定位、定量与定性。 磁共振血管成像(magnetic resonance angiogra
4、phy，MRA)技术对显示头颈部血管狭窄、闭塞、畸形以及颅内动脉具有重要价值。 在肌肉关节系统，已成为肌肉、肌腱、韧带、软骨病变影像检查的主要手段之一。 电影MRI技术还可进行关节功能检查。,心血管系统，使用心电门控和呼吸门控技术可对大血管病变如主动脉瘤、主动脉夹层、大动脉炎、肺动脉塞以及大血管发育等进行诊断，也用于诊断心肌、心包、心腔等病变。 纵隔、腹腔、盆腔，MRI的流动效应，能在静脉不注射对比剂情况下，直接对纵隔内、肺门区以及大血管周围实质性肿块与血管做出鉴别。 对纵隔肿块、腹腔及盆腔器官，如肝、胰、脾、肾、肾上腺、前列腺病变发现、诊断与鉴别诊断具有价值。 MRI软组织极佳的分辨率，成为
5、诊断乳腺病变有价值的方法。,主 要 用 途,主要的特殊成像技术,MRI检查技术分为影像显示和生化代谢分析 影像显示技术主要由脉冲序列、流动现象的补偿技术、伪影补偿技术和一系列特殊成像技术组成。 主要的特殊成像技术： 1.磁共振血管成像 (magnetic resonance angiography，MRA) 2. 磁共振水成像 (magnetic resonance hydrography),主要的特殊成像技术,3. 磁共振脑功能成像 (functional magnetic resonance，fMRI) 4. 化学位移成像(chemical shift imaging) 5.生化代谢分析技
6、术：磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)，用于提供组织化学成分的数据信息。,MRI的局限性,成像速度慢（相对于X-CT而言）,对钙化灶和骨皮质灶不敏感,图像易受多种伪影影响,禁忌症：心脏起搏器及铁磁性植入者等,定量诊断困难,MRI、X-CT、ECT、US对比,这不是危言耸听！,安全性 磁场 射频 噪声 液氦 防护 周围神经刺激 热量积累 听力 氧含量,绝对禁忌症 相对禁忌症,1、心脏起搏器 1、假牙、避孕环、金属植入物 2、颅内动脉瘤夹 术后金属夹。 3、眼球内金属异物 2、昏迷、神志不清、精神异常 4、高热 癫痫、严重外伤、幽闭征 3、怀孕
7、3月内,磁共振成像发展史：,1946年 美国哈佛大学的 E.Purcell 及斯坦福大学的 F.Bloch 领导的两个研究小组各自独立地发现了磁共振现象。Purcell 和 Bloch 共同获得1952年诺贝尔物理学奖； 1968年 Jockson 试制全身磁共振； 1971年 美国纽约州立大学的 R.Damadian 利用磁共振波谱仪对小鼠研究发现，癌变组织的T1，T2弛豫时间比正常组织长； 1973年 美国纽约州立大学的 Lauterbur 利用梯度磁场进行空间定位，获得两个充水试管的第一幅磁共振图像；,1978年 英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像； 1980年 第一副人体胸腹部MR图
8、像产生 ，磁共振设备商品化。 1982年底 全世界有2000名病例接受MRI检查； 1984年 美国FDA批准核磁共振使用于临床； 1986年 中国成立安科公司； 1998年 世界磁共振成像年；,磁共振成像的发展,MRI的发展目的、方向及热点,发展目的： 缩短成像时间 提高图像质量 降低成像费用 更舒适、人性化的受检环境,发展方向： 原理方面：开发研究新的成像参数，温度、压强、导电率、粘滞度、弹性等 软件方面：开发新的脉冲序列 硬件方面：高温超导材料研究、4K技术、高灵敏线圈研发等 应用技术方面：血管造影技术、心脏电影、介入MRI治疗、增强剂技术等,发展热点： fMRI:功能磁共振成像，主要指
9、脑功能磁共 振成像 MRS:磁共振波谱分析，化学位移、核磁矩、元素确定、体内化学成分分析 新的成像核素的开发，如31P 专用小型磁共振的开发，如关节磁共振 站立式磁共振（STAND-UP MRI）,主要MRI厂家,国际: PHILIPS G.E SIEMENS HITACHI MARCONI ( 原PICHER) TOSHIBA,国内: 东大阿尔派(沈阳) 安科(深圳) 麦迪特(深圳) 鑫高益(宁波) 万东(北京) 威达（广东）,在磁共振方面，广东威达公司可能不大为人所知，但据行业人士信息，上世纪九十年代国内医院共装配了一百多台威达公司的400高斯磁共振至今仍在使用，而且几乎所有部件都是自己研
10、制生产的。2002年南京的医疗器械展览会上还有模型展出。因该说是在发展国内磁共振事业还是做出了贡献的。故特此提出,3T MRI已经广泛用于临床，7T MRI在全球陆续装机，最高的由GE研发的94T MRI就安装在RSNA举办地芝加哥。作为超高场 MRI的主力军，3Tt以迅猛的速度在世界各地广泛安装投入临床使用。,2010年中国第一台（亚洲第二台）7T西门子 中国医学科学院生物物理研究所,中科院合肥物质科学研究院强磁场中心建成大型超导磁共振成像系统，该系统是亚太地区第一台磁体强度为9.4T、磁体口径为400mm的大型哺乳动物高场磁共振成像系统,核磁共振成像磁体可分为：超导磁体、永磁磁体和电磁体三
11、种。从磁场强度来分，磁体可分为中低场(B1.5T)和超高磁场(B3T)。根据所用磁体的不同，核磁共振成像分为超导型、永磁型和电磁型MRI系统。,第一个医学成像系统是1983年问世的，磁场为0.35到0.5T；到1980年代中期出现了1.0到1.5T的磁体系统。1990年代后期到2000年初期出现了3T成像系统。在2006年以前，世界有14000台1.5T和400台3T系统在运行。3T呈现快速增长。到2012年，已经安装了大约20,000台MRI磁体系统，核磁共振成像系统年市场超过20亿美元，目前每年以15%的增长率在增加。MRI技术自从上世纪80年代进入临床应用以来，其磁场强度不断提高，使得成
12、像水平越来越高，功能越来越多。,场强为1.5T和3.0T水平温孔MRI系统已经成为标准成像诊断设备，并被医院普遍使用，尤其是磁场达到34T的超短腔磁体系统。而7.0T、9.4T和11.75T的核磁共振系统也已在多个国家安装或立项研发样机。MRI系统的场强越高，其所成图像的分辨率越清晰，可观测到低场MRI系统无法发现的现象，高场MRI系统可对人类的大脑开展记忆、注意力、决定等认知层次的研究，甚至能够鉴别谎言这类复杂状态，MRI对人类的健康和科技发展发挥着越来越重要的作用。未来，随着医学诊断需求的增加7T全身成像可能会同3T核磁共振系统一样成为主流产品。,随着超导材料性能、超高磁场磁体科学技术及低
13、温技术的不断发展，高场超导磁体作为核心部件已被广泛应用于能源、交通、信息、科学仪器、工业、航天航空、医疗器械、国防以及重大科学工程等领域。超高磁场核磁共振成像技术应用给医学影像设备带来革命性的改善，具有传统影像设备无可比拟的优势，而超高磁场核磁共振设备的核心部件是能够产生高均匀度磁场的高场磁体系统。目前，超高核磁共振成像超导磁体的磁场对于人体而言，磁场在9.411.75T。对于动物而言，最高磁场达到17T。,我国核磁共振技术发展的早期主要集中在低磁场的永磁技术，由于中国是稀土大国，因此，发展和研究大规模永磁医学应用也符合我国的基本国策。近年来，国内已经开始进行高磁场超导成像技术的研发，一些公司
14、纷纷涉足这个领域以期在高磁场成像系统方面占有一席之地。在超高磁场方面，在国家重大仪器等项目的支持下已经开展了9.4T系统的研制。,一直以来，在磁共振成像领域，有两个发展趋势，一个是超导方向即高场，场强一般在1.53T之间，国际上主要的生产厂商包括GE、西门子、飞利浦等国际公司；一个是永磁方向即低场，场强在0.20.5T之间。 与超导系统激烈的竞争相比，低场磁共振成像领域现在主要是中国和日本公司在主导市场，日本以日立公司的产品为主。中国由于是稀土大国，具有资源上的优势，在材料上已经可以形成垄断，在中国研发永磁具有优势，1997年中国科学院电工研究所研制出的国内外第一台0.35TC型开放式永磁MR
15、I磁体，将永磁MRI的磁场推向了新的高度，到2000年以后，国内的永磁MRI的技术水平逐渐与国外接近或相当，产品的质量得到很大的提高，可以满足基本临床诊断的需要，同时，也出现了数量可观的永磁MRI设备的生产企业。,国内最早的磁共振成像设备研发起步于上世纪80年代，通过中国科学院电工研究所、声学研究所等有关科研机构的联合攻关，突破了磁体技术和系统集成技术，并由此开发完成了国内第一台MRI设备，图2为ASP015永磁磁共振成像扫描仪。,MR现象的物理学基础,产生核磁共振现象的基本条件 静磁场中物质的原子核受到一定频率的电磁波作用，它们的能级之间发生共振跃迁，就是磁共振现象。 物质吸收电磁波能量而跃
16、迁后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用特殊装置接受这部分能量信号，就采集到MR信号。,MR现象的物理学基础,产生MR信号三个基本条件： 能够产生共振跃迁的原子核； 恒定的静磁场（外磁场、主磁场）； 产生一定频率电磁波的交变磁场。因产生MR的电磁波在电磁波谱中位于长波的射频无线电波波段，这个交变磁场称为射频磁场。 “核磁共振” 的“核”是指共振跃迁的原子核，“磁”是指主磁场和射频磁场，“共振”是指当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振跃迁。,原子核的特性,（一）原子核自旋和磁矩 1. 原子核和电子云 物质由分子组成的，分子由原子组成。 原子由一个原子核及数目不同的电子组成。原子核又由带有正电荷的质子（proton）和不显电性的中子组成，其中质子与MRI有关。 构成水、脂肪、肌肉等生命物质的原子(氢、钠或磷等
