核磁共振成像技術(shù)

關(guān)于核磁共振成像技術(shù)第1頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三核磁共振成像技術(shù)核磁共振成像技術(shù)，簡(jiǎn)稱MRI（MagneticResonanceImaging）其利用核磁共振對(duì)人體采集信號(hào)并給出二維或三維的重建圖像，在臨床醫(yī)學(xué)診斷上有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。是繼CT后醫(yī)學(xué)影像學(xué)又一重大進(jìn)步。MRI對(duì)比度高于XCT，而空間分辨率一般來(lái)說(shuō)低于新型XCT，但對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)診斷，MRI無(wú)論在空間分辨率和對(duì)比度都超過(guò)XCT?；驹恚荷矬w組織能被電磁波譜中的短波成分穿透，而中波成分紫外線、紅外線、微波將受到阻擋。但是，人體組織能被磁共振產(chǎn)生的長(zhǎng)波成分穿透，這是磁共振能用于臨床的基本原理。核磁共振是一種物理現(xiàn)象，為了避免與核醫(yī)學(xué)中放射成像混淆，又稱核磁共振成像術(shù)（MR）。MR提供的信息量不但大于醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其他許多成像術(shù)，而且不同于已有的成像術(shù)，它對(duì)疾病的診斷具有很大的潛在優(yōu)越性。它可直接作出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會(huì)產(chǎn)生CT檢測(cè)中的偽影；不需注射造影劑；無(wú)電離輻射，對(duì)機(jī)體沒有不良影響。MR對(duì)檢測(cè)腦內(nèi)血腫、腦外血腫、腦腫瘤、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、動(dòng)靜脈血管畸形、腦缺血、椎管內(nèi)腫瘤、脊髓空洞癥和脊髓積水等顱腦常見疾病非常有效，同時(shí)對(duì)腰椎椎間盤后突、原發(fā)性肝癌等疾病的診斷也很有效。第2頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三核磁共振成像設(shè)備組成MRI組成：核磁場(chǎng)系統(tǒng)、核磁共振系統(tǒng)和圖像重建系統(tǒng)。磁場(chǎng)系統(tǒng)包括主靜磁場(chǎng)和梯度磁場(chǎng)。主磁場(chǎng)要求磁場(chǎng)強(qiáng)度大、均勻度高。根據(jù)主磁場(chǎng)構(gòu)成方式，將MRI分成三種類型：永磁型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用和維修較方便，由于產(chǎn)生主磁場(chǎng)的磁體由多塊永磁材料組成，加工精度要求較高，體積大，磁場(chǎng)強(qiáng)度一般能達(dá)到0.3T電磁型磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)0.15~0.20T，但耗電量大，場(chǎng)強(qiáng)均勻性難以進(jìn)一步 提高，影響圖像質(zhì)量的 進(jìn)一步提高。

超導(dǎo)型場(chǎng)強(qiáng)、均勻性和 耗電量等超過(guò)電磁型。 場(chǎng)強(qiáng)可高達(dá)2.0T，成像 清晰，可做高分辨顯 示。但造價(jià)高、設(shè)備復(fù) 雜，需要較強(qiáng)工程技術(shù) 人員維護(hù)。MRI原理框圖第3頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三核磁共振成像設(shè)備組成根據(jù)主磁場(chǎng)強(qiáng)度將磁共振成像MRI設(shè)備區(qū)分為四種類型：超低磁場(chǎng)核磁共振成像設(shè)備：0.02T低磁場(chǎng)核磁共振成像設(shè)備：0.2~0.3T中磁場(chǎng)核磁共振成像設(shè)備：0.5~1.0T高磁場(chǎng)核磁共振成像設(shè)備：1.0~2.0T通常低強(qiáng)度磁場(chǎng)MRI設(shè)備對(duì)比度分辨率較好,但磁場(chǎng)弱,空間分辨率較低。高強(qiáng)度的磁場(chǎng)MRI設(shè)備空間分辨率高，但圖像對(duì)比度分辨率較低。對(duì)于中強(qiáng)度磁場(chǎng)的MRI設(shè)備各項(xiàng)性能介于兩者之間。第4頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三核磁共振成像設(shè)備組成主磁體

——Magnet梯度系統(tǒng)

——GradientsystemRF系統(tǒng)

——RFsystem計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

——ComputersystemMR工作流程圖第5頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三主磁體（Magnet）主磁體是MRI的核心部分，它提供一個(gè)具有一定場(chǎng)強(qiáng)的均勻穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)。磁體性能的優(yōu)勢(shì)取決于其磁場(chǎng)的均勻度、穩(wěn)定度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。永磁體使用磁性材料產(chǎn)生磁場(chǎng)。不用液氨液氮冷卻，也無(wú)逸散磁場(chǎng)，系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，不產(chǎn)生熱，維護(hù)費(fèi)用低。安裝場(chǎng)地小、壽命長(zhǎng)。場(chǎng)強(qiáng)一般只能達(dá)到0.3T，且磁場(chǎng)均勻度受一定限制，穩(wěn)定度受環(huán)境影響較大。磁體結(jié)構(gòu)：

Ring(環(huán)型) Yoke(軛型)第6頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三主磁體（Magnet）主磁體是MRI的核心部分，它提供一個(gè)具有一定場(chǎng)強(qiáng)的均勻穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)。磁體性能的優(yōu)勢(shì)取決于其磁場(chǎng)的均勻度、穩(wěn)定度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。常導(dǎo)型磁體也稱作阻抗型磁體，磁場(chǎng)強(qiáng)度只能達(dá)到0.3T以下。運(yùn)用電磁理論:當(dāng)電路中流有電流，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；電流也會(huì)導(dǎo)致線圈溫度升高。但實(shí)際上只能用于成像，不能進(jìn)行生化分析，限制了其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。并且其穩(wěn)定性與均勻性都較差?？諝庑居来朋w（Air-coredresistivemagnets）鐵芯永磁體（Iron-coredresistivemagnets）空氣芯永磁體：四個(gè)線圈水平或豎直放置第7頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三主磁體（Magnet）主磁體是MRI的核心部分，它提供一個(gè)具有一定場(chǎng)強(qiáng)的均勻穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)。磁體性能的優(yōu)勢(shì)取決于其磁場(chǎng)的均勻度、穩(wěn)定度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。超導(dǎo)型磁體是利用超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的均勻的靜磁場(chǎng)。在相應(yīng)低的溫度下呈現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，可允許通過(guò)非常大的電流而耗電極小，一般2T穩(wěn)定均勻的磁場(chǎng)強(qiáng)度在超導(dǎo)條件下很易實(shí)現(xiàn)。超導(dǎo)型磁體是目前最先進(jìn)的設(shè)備。特性：高磁場(chǎng)、穩(wěn)定性好、均勻性好利用超導(dǎo)構(gòu)成的磁共振可進(jìn)行單核成像（氫核密度像），也可進(jìn)行人體組織多核成像。還能對(duì)人體組織進(jìn)行功能性診斷和生理生化分析。超導(dǎo)磁體線圈：基于均勻性的考慮常使用4-8組獨(dú)立的線圈。*NbTi細(xì)絲包埋在銅材中；*銅材：失超時(shí)保護(hù)超導(dǎo)線圈；第8頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三第9頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三梯度系統(tǒng)（Gradientsystem）梯度：磁場(chǎng)沿著選擇的方向線性變化共振頻率與場(chǎng)強(qiáng)成正比第10頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三梯度系統(tǒng)主要組件有：梯度線圈組件梯度放大器梯度波形發(fā)生器其他部件（梯度接口板、輔助電纜及濾波器）。梯度波形發(fā)生器梯度驅(qū)動(dòng)級(jí)梯度功率放大器梯度線圈梯度線圈：X、Y、Z梯度線圈分別獨(dú)立，封裝在玻璃纖維制作的大圓柱體內(nèi)，裝在磁體孔徑內(nèi)。Z梯度線圈由兩個(gè)反向的線圈串聯(lián)組成，兩個(gè)線圈的電流大小相等，方向相反。X、Y梯度線圈由一對(duì)8字型線圈組成，每一個(gè)線圈包含四個(gè)部分。梯度線圈產(chǎn)生磁力線與主磁場(chǎng)同向或反向。第11頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三RF（RadioFrequency）射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng)主要由射頻發(fā)生器（發(fā)射部分）和探測(cè)器（接受部分）組成。發(fā)射部分由發(fā)射器、功率放大器和發(fā)射線圈組成；接收部分由接收線圈和低噪聲信號(hào)放大器組成。主機(jī)根據(jù)選擇的脈沖序列產(chǎn)生數(shù)字的脈沖波形，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換之后變成模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)調(diào)制放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈，激發(fā)成像區(qū)域內(nèi)原子核發(fā)生NMR現(xiàn)象，產(chǎn)生NMR信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、解調(diào)、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、預(yù)處理，再經(jīng)過(guò)FT變換等處理，重建出圖象送到顯示器顯示。RF線圈基本理論—諧振電路：電容、電感串聯(lián)或并聯(lián)梯形網(wǎng)絡(luò)：串聯(lián)電感和分路（shunt）電容—低通；串聯(lián)電容和分路電感—高通RF線圈特性：品質(zhì)因數(shù)Q：表示一個(gè)儲(chǔ)能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路中所儲(chǔ)能量同每周期損耗能量之比的一種質(zhì)量指標(biāo)；電抗元件的Q值等于它的電抗與其等效串聯(lián)電阻的比值；元件的Q值愈大，用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳。負(fù)載效應(yīng)：僅當(dāng)由于負(fù)載的變化而引起