核磁共振顯像技術(shù)

1、核磁共振顯像技術(shù)第1頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 2003年10月6日，瑞卡羅琳斯卡醫(yī)學院諾貝爾醫(yī)學獎評委會宣布，本年度諾貝爾生理或醫(yī)學獎授予美國的保羅C勞特伯（PaulCLauterbur）和英國的皮特曼斯菲爾德（PeterMansfield），因為他們發(fā)明了磁共振成像技術(shù)。這項技術(shù)的發(fā)明使得人類能夠清清楚楚地看清自己或其他生物體內(nèi)的器官，為醫(yī)療診斷和科學研究提供了非常便利的手段。 第2頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 勞特伯1929年生于美國俄亥俄州小城悉尼，1951年獲凱斯理工學院理學士，1962年獲費城匹茲堡大學化學博士。1963年至

2、1984年間，勞特布爾作為化學和放射學系教授執(zhí)教于紐約州立大學石溪分校。在此期間，他致力于核磁共振光譜學及其應用的研究。勞特布爾還把核磁共振成像技術(shù)推廣應用到生物化學和生物物理學領域。1985年至2004年，他擔任美國伊利諾伊大學生物醫(yī)學核磁共振實驗室主任。2004年3月27日因腎病在家中去世，享年77歲。 保羅C勞特伯PaulCLauterbur 第3頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 曼斯菲爾德1933年出生于英國倫敦，1959年獲倫敦大學瑪麗女王學院理學士，1962年獲倫敦大學物理學博士學位。1962年到1964年擔任美國伊利諾伊大學物理系助理研究員，1964年到英

3、國諾丁漢大學物理系擔任講師，現(xiàn)為該大學物理系教授。除物理學之外，曼斯菲爾德還對語言學、閱讀和飛行感興趣，并擁有飛機和直升機兩用的飛行員執(zhí)照。他進一步發(fā)展了有關(guān)在穩(wěn)定磁場中使用附加的梯度磁場的理論，為核磁共振成像技術(shù)從理論到應用奠定了基礎。 皮特曼斯菲爾德PeterMansfield 第4頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四核磁共振顯像技術(shù) 核磁共振的概念核磁共振的原理核磁共振的發(fā)展核磁共振的應用核磁共振的優(yōu)點與缺點第5頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四核磁共振的概念核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance即NMR）是處于靜磁場中的

4、原子核在另一交變磁場作用下發(fā)生的物理現(xiàn)象。通常人們所說的核磁共振指的是利用核磁共振現(xiàn)象獲取分子結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。 第6頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 原子核能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象是因為具有核自旋進而產(chǎn)生磁偶極，其大小可用核磁矩（）表示。第7頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四每個磁偶極就像一個小磁針，在沒有外部磁場干擾時，它的取向是隨意而無規(guī)則的。如果把它放在一個均勻的外部磁場中，它就會變成有序的排列，且有兩種取向，一種順磁場方向，一種逆磁場方向。前者是低能態(tài)，穩(wěn)定；后者是高能態(tài)，不穩(wěn)定。二者的能級差E與外加磁場強度成正比 E=并不是所有原

5、子核都有磁矩，只有當它的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)有一個是奇數(shù)時，它就和電子一樣有自旋運動，產(chǎn)生磁矩1 1H， 13 6C，19 9F 和 31 15P 有自旋現(xiàn)象12 6C 和 16 8O 沒有自旋現(xiàn)象B0h2B0為外加磁場的磁感應強度；h為普朗克常量；為磁旋比，是核的一個特征常數(shù)第8頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四在外磁場中質(zhì)子的取向和能級示意圖處于低能態(tài)的自旋核，從電磁輻射中吸收相當于E的能量后，發(fā)生自旋能級的躍遷和“翻轉(zhuǎn)”成逆磁場取向，同時給出一個吸收信號，這種由于核吸收了電磁波的能量而引起的自旋能級的躍遷叫做核磁共振現(xiàn)象第9頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22

6、分，星期四核磁共振的原理 核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù)。是繼CT后醫(yī)學影像學的又一重大進步。自80年代應用以來，它以極快的速度得到發(fā)展。其基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經(jīng)電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。 第10頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 為了讓原子核自旋的進動發(fā)生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過外加射頻場來提供的。根據(jù)物理學原理當外加射頻場的頻率與

7、原子核自旋進動的頻率相同的時候，射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場中，只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量，這樣就形成了一個核磁共振信號。第11頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四核磁共振的發(fā)展 1930年代，物理學家伊西多拉比發(fā)現(xiàn)在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列，而施加無線電波之后，原子核的自旋方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 1946年兩位美國科學家布洛赫和珀塞爾發(fā)現(xiàn)，將具有奇數(shù)個核子（包括質(zhì)子和中子）的原子核置于磁場中，再施加以特定頻率的射頻場，就會發(fā)生原子核吸收射頻場能量的現(xiàn)象，這就是人們最初對核磁共振現(xiàn)

8、象的認識。為此他們兩人獲得了1952年度諾貝爾物理學獎。 第12頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 20世紀70年代，脈沖傅里葉變換核磁共振儀出現(xiàn)了 1973年勞特伯發(fā)表了核磁共振成像實驗，并立刻引起了廣泛重視，短短10年間就進入了臨床應用階段。 美國貝爾實驗室于1988年開始了這方面的研究，美國政府還將20世紀90年代確定為“腦的十年”。 2003年，保羅勞特伯爾和英國諾丁漢大學教授彼得曼斯菲爾因為他們在核磁共振成像技術(shù)方面的貢獻獲得了當年度的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。第13頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四核磁共振的應用一、核磁共振在醫(yī)學領域的應用二

9、、核磁共振在地質(zhì)勘探的應用第14頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四醫(yī)學運用 核磁共振成像技術(shù)是核磁共振在醫(yī)學領域的應用。人體內(nèi)含有非常豐富的水，不同的組織，水的含量也各不相同，如果能夠探測到這些水的分布信息，就能夠繪制出一幅比較完整的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，核磁共振成像技術(shù)就是通過識別水分子中氫原子信號的分布來推測水分子在人體內(nèi)的分布，進而探測人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)。 肌肉骨骼系統(tǒng)最適于做磁共振成像，因為它的組織密度對比范圍大。在骨、關(guān)節(jié)與軟組織病變的診斷方面，磁共振成像由于具有多于CT數(shù)倍的成像參數(shù)和高度的軟組織分辨率，使其對軟組織的對比度明顯高于CT。 第15頁，共23頁，20

10、22年，5月20日，5點22分，星期四醫(yī)院的磁共振最常用的核是氫原子核質(zhì)子（1H），因為它的信號最強，在人體組織內(nèi)也廣泛存在。影響磁共振影像因素包括：(a)質(zhì)子的密度；(b)弛豫時間長短；(c)血液和腦脊液的流動；(d)順磁性物質(zhì)(e)蛋白質(zhì)。磁共振影像灰階特點是，磁共振信號愈強，則亮度愈大，磁共振的信號弱，則亮度也小，從白色、灰色到黑色。各種組織磁共振影像灰階特點如下；脂肪組織，松質(zhì)骨呈白色；腦脊髓、骨髓呈白灰色；內(nèi)臟、肌肉呈灰白色；液體，正常速度流血液呈黑色；骨皮質(zhì)、氣體、含氣肺呈黑色。第16頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四適應癥：神經(jīng)系統(tǒng)的病變包括腫瘤、梗塞、出血

11、、變性、先天畸形、感染等幾乎成為確診的手段。特別是脊髓脊椎的病變?nèi)缂棺档哪[瘤、萎縮、變性、外傷椎間盤病變，成為首選的檢查方法。 心臟大血管的病變；肺內(nèi)縱膈的病變。 腹部盆腔臟器的檢查；膽道系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)等明顯優(yōu)于CT。 對關(guān)節(jié)軟組織病變；對骨髓、骨的無菌性壞死十分敏感，病變的發(fā)現(xiàn)早于X線和CT。 第17頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四 核磁共振儀核磁共振成的像第18頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四人體頭部的核磁共振圖像三維核磁共振腦腫瘤圖患者前交叉韌帶斷裂處的核磁共振圖像 第19頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四地質(zhì)勘探 核

12、磁共振探測是MRI技術(shù)在地質(zhì)勘探領域的延伸，通過對地層中水分布信息的探測，可以確定某一地層下是否有地下水存在，地下水位的高度、含水層的含水量和孔隙率等地層結(jié)構(gòu)信息。 目前核磁共振探測技術(shù)已經(jīng)成為傳統(tǒng)的鉆探探測技術(shù)的補充手段，并且應用于滑坡等地質(zhì)災害的預防工作中，但是相對于傳統(tǒng)的鉆探探測，核磁共振探測設備購買、運行和維護費用非常高昂，這嚴重地限制了MRI技術(shù)在地質(zhì)科學中的應用。 第20頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四核磁共振的優(yōu)點與缺點優(yōu)點： 1MRI對人體沒有損傷； 2MRI能獲得腦和脊髓的立體圖像，不像CT那樣一層一層地掃描而有可能漏掉病變部位； 3能診斷心臟病變，CT因掃描速度慢而難以勝任； 4對膀胱、直腸、子宮、陰道、骨、關(guān)節(jié)、肌肉等部位的檢查優(yōu)于CT。第21頁，共23頁，2022年，5月20日，5點22分，星期四缺點： 1和CT一樣，MRI也是影像診斷，很多病變單憑MRI