磁共振成像设备

• 1911年，卢瑟福在粒子散射实验基础上 提出核型结构：原子核集中全部正电荷 及大部分质量。汤普森证实了核外电子 的存在。
• 1913年，玻尔把量子概念应用于原子系 统。斯特恩建立测量磁偶极子运动的装 置。
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先驱者
• 1924年，泡利认为原子核中存在着角动量和 核磁矩，可能是原子核和核外电子相互耦合 的结果，提出核磁共振一词，拉比设计和完 成世界上第一个核磁共振实验。
3D FMRI of Auditory Cortex
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发展及趋势
• 脑磁图
–脑磁图是通过测定脑血流所产生的磁场变化 用以标测皮质脑功能状态的新技术。
• 磁共振淋巴造影
–磁共振淋巴造影是通过皮下注射超顺磁性造 影剂，以产生阴性对比的新技术。
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发展及趋势
• 磁共振氧测量技术
–磁共振氧测量是运用MRI方法测定氧张力和 与氧合作用相关参数的新技术。
• In 1991, Richard Ernst was rewarded for his achievements in pulsed Fourier Transform NMR and MRI with the Nobel Prize in Chemistry.
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发展及趋势
• 1976年Peter Mansfield首次报导了活人体 图像；
• 1946年，布洛赫及其合作者在斯坦福 大学做了水的核磁共振实验。
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• 1946年，珀塞尔及其同事在哈佛大学进行 了石腊的核磁共振实验。
• 美国纽约州立大学的一位富有想象力的物 理学家和内科医生。1988年获里根颁赠的 国家技术勋章。
• 1971年，达马迪安(Raymond Damadian)发现正 常组织与恶性组织的NMR信号明显不同。
–单一的超极化气体3He的密度图像对显示慢 性阻塞性肺部疾患特别有效。
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发展及趋势
• 预极化MR成像
–通常情况下低场阻抗MR能提供的图像信噪 比很差，如果自旋极化在瞬间可达到较高值， 则可在低场磁体上实现高场磁体所具备的图 像信噪比，这种概念命题预极化MRI。
–由于磁体不需要很均匀，因而可采用便宜的 电磁体。
速度的方法 • 了解MRI的成像序列及其诊断特点 • 熟悉磁共振成像质量控制的主要方法及原理
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本章学习提示(direction)
• 参考书(references):
–《医学影像设备》 –《磁共振原理》 –《磁共振成像系统的原理及其应用》 –《现代生物医学工程》 –《医学诊断数字影像技术》 –《数字成像技术》 –《磁共振成像入门》 –《医学影像物理学 》
百度文库
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发展及趋势
• 磁共振显微成像（MRM）
–磁共振显微成像是利用磁共振现象以产生显 微镜观察水平上的MR信号图像的一种专门 技术。
–活体MRM，可用于对小动物的基础生理学、 病理生理学及药物的筛检和毒理学研究， MRM在植物生理、病理以及材料科学中的 应用也较广泛。通过与组织标本的对照，磁 共振组织学成像的一些应用新领域正在不断 拓展。
• There is a low energy configuration or state where the poles are aligned N-S-N-S
• and a high energy state N-N-S-S.
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磁共振物理基础
磁32 共振物理基础
Transitions
• This particle can undergo a transition between the two energy states by the absorption of a photon. The energy of this photon must exactly match the energy difference between the two states. The energy, E, of a photon is related to its frequency, ƒ, by Plank's constant (h = 6.626x10-34 J s). • E=hƒ
• 1977年描述了手与胸部图像。
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发展及趋势
• 1978年报导了头和腹部图像 • 超导全身成像仪发明后，迅速认识到MR
系统能够产生好的软组织对比，优于其 它成像技术
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发展及趋势
• 1983年，MR的硬件及软件的改进，已经 可以获得全身成像系统产生小于1mm的 空间分辨率，总成像时间仅数分钟的高 对比图像
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本章学习提示(direction)
• [目的要求] • 了解磁共振现象及其发展过程与未来技术的进展趋势 • 掌握磁共振的物理原理及空间定位的主要基本原理 • 掌握磁共振设备的主要构成部件及其成像工作原理 • 掌握磁共振各部件的性能参数对成像质量的影响 • 掌握磁共振各成像参数的优化原则和提高磁共振检查
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发展及趋势
• 磁共振实时成像
–MR实时成像是在MR快速和超快速成像技术基础 上发展而来的其发展适应了当今微创外科和要求， 便利MR介入成为可能。
• GE公司开发的双子星结构，其磁体纵向平行排 列，中间“裂隙”方便介入操作
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发展及趋势
• 磁共振功能成像
–磁共振功能成像是随着快速成像技术的发展 而兴趣的成像新领域，是相对于形态学诊断 而言的。包括弥散、灌注加权成像、皮质功 能定位及MR波谱成像等。
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思考题(problem)
• 1 共振的本质是什么？ • 2 MR医学成像的依据是什么？为什么？ • 3 射频的作用是什么？如何发生作用？
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引言
• 磁共振成像技术是根据生物体磁性核(氢 核)在磁场中的表现特性成像的高新技术。
• 磁共振成像设备是磁体技术、超导技术、 低温技术、电子技术和计算机等相关技 术发展的综合体现。
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MRI Timeline
• 1946 MR phenomenon - Bloch & Purcell • 1952 Nobel Prize - Bloch & Purcell • 1960 NMR developed as analytical tool • 1972 Computerized Tomography • 1973 Backprojection MRI - Lauterbur • 1975 Fourier Imaging - Ernst • 1980 MRI demonstrated - Edelstein • 1986 Gradient Echo Imaging 、NMR Microscope • 1988 Angiography - Dumoulin • 1989 Echo-Planar Imaging • 1991 Nobel Prize - Ernst • 1994 Hyperpolarized 129Xe Imaging
• For hydrogen, = 42.58 MHz / T.
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磁共振物理基础
磁化 （magnetization) 前后的原子核
➢ 核的磁矩按照布郎 运动原理随机取向
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磁共振物理基础
静止磁场内，这些磁偶极子倾向于与使用的 磁场顺向平行或逆向平行取向排列
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磁共振物理基础
• 低能级(energy level)方向排列较高能级方向略 占优势，产生沿外磁场方向排列的净磁化。
• Felix Bloch and Edward Purcell, both of whom were awarded the Nobel Prize in 1952, discovered the magnetic resonance phenomenon independently in 1946.
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• 美国伊利诺大学的物理学家，1988年和达 马迪安一起获里根颁赠的国家技术勋章。
• 1973年，Lauterbur改良了频谱仪，在磁场内形 成线性变化的梯度，提供空间编码信号。首次进 行了不均匀物体（两试管水）的磁共振成像。
• Magnetic resonance imaging was first demonstrated on small test tube samples that same year by Paul Lauterbur
图中磁矩(magnetic vector ,μ)表示其大 小及方向 • Think of the spin of this proton as a magnetic moment vector, causing the proton to behave like a tiny magnet with a north and south pole.
• 1920年，斯特恩和盖拉赫发现，当原子束通 过不均匀磁场时，相对于磁场的取向而偏转
• 1930年，该二人观测到十分微弱的核磁矩。 • 1937年，拉瑟里尤和舒伯尼科用传统的方法
测出氢的核磁矩值，被认为的最早发现核磁 现象的人。
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先驱者
• Bloch及Purcell分别同时（1946年）检测到 大块物质内核磁共振吸收，更清楚地阐述 了原子核自旋(Spin)的存在，为此，他们共 同获得了1952年诺贝尔物理学奖。
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磁共振物理基础
• 核的磁性（nuclear magnetsm)
–带有不对称电荷 （electric charge)分布 的粒子的自旋(spin)， 感应(interaction)产生 符合右手螺旋定则的磁 场(megnetic field)，
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磁共振物理基础
具有磁矩的快速自旋核可以看成为极小磁棒,
–采用相位对比MR成像序列，运用环状运动编 码梯度对某物体内不断传播的听力内剪波的 空间分布进行成像的技术，可用来评价人体 骨骼肌的机械特性及人脑灰、白质的弹性系 数。
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发展及趋势
• 超极化气体MR成像
–是指通过吸入碱性金属粉末与惰性气体的混 合物如铷和3He或129Xe以显著地增强磁化， 即达到超极化，然后进行MRI检查的新技术。
–对脱氧血红蛋白所致磁场不均进行测定，以 获得脱氧血红蛋白浓度，从而推算出其氧合 状态。
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• 心脏和血管成像
–MR血管成像最初是应用流动血液的内在对比， 近年提出造影剂增强三维扫描成像技术，目 前已能在屏气时完成感兴趣区血管成像，成 像时间与造影剂到达感兴趣的血循环时间相 吻合。
• 磁共振弹性成像
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磁共振物理基础
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磁共振物理基础
Properties of Spin
• When placed in a magnetic field of strength B, a particle with a net spin can absorb a photon of frequency ƒ. The frequency depends on the gyromagnetic ratio , of the particle. • ƒ= B
• In 1971 Raymond Damadian showed that the nuclear magnetic relaxation times of tissues and tumors differed, thus motivating scientists to consider magnetic resonance for the detection of disease.
• 1973年，与劳特伯几乎同时、但又分别独立地发 表磁共振成像论文的还有英国诺丁汉 (Nottingham)大学的曼斯菲尔德(Peter Mansfield) 等学者，均认识到线性梯度场获取核磁共振的空 间分辨率是一种有效的解决方案。
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• In 1975 Richard Ernst proposed magnetic resonance imaging using phase and frequency encoding, and the Fourier Transform.
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引言
• 磁共振原理最初主要用于测量物质的物 理和化学特性，确定分子结构，进行生 化和代谢过程的研究。
• 目前，磁共振成像以其丰富的影像信息、 任意的几何参数、灵活的技术参数来满 足不同的诊断需要而成为重要的影像检 查手段。
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先驱者
• 1905年，爱因斯坦的质能联系定律 (E=mc2 )说明了质量和能量的同一性。