第六章 磁共振呈现设备(第五节)
磁共振成像设备培训教材
磁共振成像设备培训教材1. 简介磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，利用核磁共振现象对人体进行成像和诊断。
MRI技术相比于传统的X光、CT等成像技术拥有更高的分辨率和对软组织的更好表现能力，因此在临床上得到广泛应用。
本教材将介绍磁共振成像设备的基本原理、操作流程和常见故障处理方法，帮助使用者更好地理解和操作MRI设备。
2. 基本原理2.1 核磁共振现象核磁共振现象是磁共振成像技术的基础。
它是指在强磁场作用下，物质中的原子核会吸收电磁波并重新辐射出特定的信号。
这些信号可以被接收和分析，从而形成影像。
2.2 磁共振成像原理磁共振成像通过对被成像物体施加强磁场、射频脉冲和梯度磁场的组合作用，使得被成像物体的原子核发出特定频率的信号。
通过接收和分析这些信号，可以重构出被成像物体的内部结构。
3. 设备操作3.1 设备启动与关机在启动和关机MRI设备之前，需要进行一系列的准备工作，包括检查设备的供电、冷却系统、氮气和液氦的储存情况，并确保设备连接正常。
3.2 成像参数设置在进行成像之前，需要设置一系列的成像参数，包括扫描序列、扫描范围、扫描时间和分辨率等。
这些参数将直接影响到成像结果的质量和准确性。
3.3 患者准备在进行MRI扫描之前，需要对患者进行一系列的准备工作，包括询问患者病史、了解患者的身体情况、确保患者没有金属物品和植入物等。
3.4 图像采集在进行图像采集时，需要将患者放置在合适的位置，并根据设备要求调整患者的位置和姿势。
然后，操作者需要选择合适的扫描序列和参数，进行图像采集。
3.5 成像质量控制在进行图像采集之后，操作者需要对采集到的图像进行质量控制，包括检查图像的清晰度、对比度和几何畸变等。
如果发现图像质量不佳，需要调整成像参数或重新采集。
4. 常见故障处理4.1 设备故障在使用磁共振成像设备的过程中，可能会遇到各种设备故障，比如供电故障、冷却系统故障和扫描系统故障等。
磁共振成像设备(MRI) MRI设备之基本构造 其它组成与质保
计算机系统
（二）图像重建 1、数据处理 在重建图像之前还需对A/D 转换
所得数据进行简单的处理，包括传送驱动、数据字 酌拼接和重建前的预处理等。加入标志信息，如扫 描行和列的信息、数据的类型、生理信号门控数据、 层号等等。
2、图像重建 图像重建的本质是对数据进行高 速数学运算。由于运算量很大，多采用并行计算机 来重建图像。
• 水冷机
• 定期检查压力、水温及制冷情况
• 压缩机
• 每日 查看压缩机运作情况，检查压缩机压力情况
• 液氦显示器
• 每日查看氦面情况，防止失超
• PIQT
• 每周进行IQ水模测试，定期监测成像设备的各项技术指标及可靠性能
• 主操作台及工作站
• 保持恒定的温度和湿度 • 定期除尘 • 保持空气净化
• 检查床
• 检查驱动其上下、前后的活动马达，定期给驱动转轴添加润滑油
• 光盘驱动器
• 定时储存图像 • 定期除尘 • 防潮除湿
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设备的保养维护
• 表面线圈的保养
• 软制线圈不可过分折叠和弯曲，不得用锐利器刺伤其表面 • 固定设制的线圈不可撞击硬物 • 对表面线圈表面的脏物应用清洁剂擦干，不得用有机溶剂擦洗
MRI设备-基本结构
计算机系统
在MRI设备中，计算机系统包括各种规模的计算机、单片机、微处 理器等，构成了MRI设备的控制网络。信号处理系统可采用高档次微 型机负责信号预处理、快速傅立叶变换和卷积反投影运算。
微机系统负责信息调度（如人机交互等）与系统控制（如控制梯度 磁场、射频脉冲）。
计算机系统
• 计算机
• 定期除尘，检查风扇运转情况，保证一定的温度、湿度和空气净化度 • 定期清理文件目录，删除计算机自动生成的错误文件，整理硬盘的碎片文件，
磁共振成像设备教案
磁共振成像设备教案引言磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种非常重要的医学影像诊断技术。
它通过利用磁场和无害的无线电波来生成具有高分辨率的图像，能够清晰地显示人体内部组织和器官的结构。
本教案将介绍磁共振成像设备的原理、操作和相关注意事项。
一、原理磁共振成像设备利用磁场和无线电波与人体内部的原子核发生相互作用，通过对其响应的检测和处理，生成图像。
其原理主要包括以下几个方面：1.磁场生成：磁共振成像设备通过强大的磁体产生稳定的强静态磁场，常用的是超导磁体。
这个磁场使得人体组织内的原子核有一个方向性的排列。
2.无线电波发射和接收：设备通过无线电频率发射一系列脉冲，并通过线圈接收相应的信号。
发射和接收线圈一般分别放置在人体周围或内部。
3.旋进和松弛：当原子核受到外界磁场和无线电波的作用时，部分原子核的自旋方向会发生改变，产生磁共振现象。
之后，这些原子核逐渐返回到原来的状态，这个过程称为松弛。
4.信号检测和处理：设备通过接收线圈采集到的信号进行处理和分析，获得关于人体组织和器官内部结构的信息。
二、操作步骤使用磁共振成像设备需要按照以下步骤进行操作：1.预检准备：对于患者来说，在进行磁共振成像之前需要除去身上的金属物品，如首饰、硬币、钥匙等。
此外，还需要询问患者是否有带有金属的植入物、心脏起搏器等医疗设备。
2.患者定位：将患者放置在磁共振设备的托盘上，并在设备中心进行定位，使要检查的部位位于磁共振成像的扫描范围内。
3.参数设定：根据具体的检查需要，设定相应的参数，如扫描序列、层厚、选取平面等。
4.扫描开始：在所有准备工作完成后，操作人员可以开始扫描。
设备会发射一系列的无线电波脉冲，并采集相应的信号。
5.扫描结束：扫描完成后，设备会生成一系列图像，操作人员可以对图像进行进一步处理和分析。
三、注意事项使用磁共振成像设备需要注意以下事项：1.安全性：磁共振成像设备产生的磁场非常强大，对患者和操作人员的安全有一定的影响。
磁共振成像设备教案
磁共振成像设备教案简介磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，利用磁场和无害的无线电波产生详细的身体结构和组织信息。
MRI广泛应用于医学领域，用于诊断和评估多种疾病，包括神经系统疾病、肿瘤、心脑血管疾病等。
本教案将介绍MRI设备的原理、操作和安全事项。
1. MRI设备原理MRI设备基于核磁共振原理工作。
核磁共振是指原子核在恒定磁场下吸收外加无线电波而发生共振的现象。
MRI设备通过创建一个强大的恒定磁场，使人体内的原子核取向于该磁场。
然后，设备会产生一系列无线电波脉冲，激发和检测原子核的共振信号。
根据这些信号，计算机可以生成详细的图像。
2. MRI设备组成MRI设备主要由以下组件组成：2.1 主磁体主磁体是MRI设备中最重要的部分之一，它产生恒定的强大磁场。
主磁体通常由超导体制成，需要冷却至极低温度才能保持超导状态。
主磁体的强度通常以特斯拉（Tesla，T）为单位进行描述，例如1.5T、3.0T等。
2.2 梯度线圈梯度线圈是用于产生空间梯度磁场的部件。
通过改变梯度线圈的电流，可以使得磁场的强度在空间上发生变化，从而实现对图像的定位和空间解析度的控制。
2.3 高频线圈高频线圈用于产生无线电波脉冲，激发和接收原子核的共振信号。
高频线圈与被检查者的身体部位紧密接触以提高信号强度和图像质量。
2.4 计算机系统计算机系统用于控制MRI设备的各个组件，并处理和生成图像。
操作员可以通过计算机的界面来设置扫描参数、观察图像和存储数据。
3. MRI设备操作步骤下面是MRI设备的基本操作步骤：3.1 患者准备在进入扫描室前，患者需要脱掉所有金属物品，并更换为无金属材质的服装。
某些情况下，可能需要患者服用对比剂或注射针对性药物。
3.2 定位操作员根据患者需要和医生的要求，选择相应的扫描协议和扫描范围。
操作员将患者放置在扫描床上，并保证所要检查的部位在扫描范围内。
磁共振设备的组成
磁共振设备的组成磁共振设备，就像是医疗领域的一位神奇魔法师！它由好多好多重要的部分组成呢，咱就来好好聊聊。
那磁共振设备的磁体，就像是这个魔法的核心力量源泉。
它能产生强大的磁场，让人体内的原子都乖乖听话，排列起来展示自己的秘密。
你说这磁体厉不厉害？就好像是一个超级大磁铁，把一切都掌控在手中。
还有梯度系统，这可是个厉害的角色呀！它能让磁场变得有层次，有变化，就像给磁场穿上了一件花衣服，让图像变得更加清晰、细腻。
可以说，没有梯度系统，磁共振图像可就没那么精彩啦！射频系统呢，就像是个会发声的小精灵。
它发出特定的射频信号，去和人体里的原子交流，然后接收它们反馈的信息。
这一来一往的，就把人体内部的情况都给摸清楚啦。
计算机系统呢，那就是这个魔法的大脑呀！它负责处理那些复杂的数据，把乱七八糟的信号变成我们能看懂的图像。
它可不能出错，不然整个魔法可就乱套咯！再说那操作控制台，就像是魔法师的指挥棒。
医生们通过它来控制整个磁共振设备，让它乖乖地工作，给病人拍出最准确的图像。
磁共振设备的这些组成部分啊，就像一个默契的团队。
它们各自发挥着自己的作用，又相互配合，共同为了诊断疾病而努力。
你想想看，如果磁体不够强，那磁场就不厉害，图像能清楚吗？要是梯度系统不行，那图像就会模糊一片，医生怎么诊断呀？射频系统要是出问题，信息都收集不到，还谈什么看病呢？计算机系统要是算错了，那图像不就全乱啦？操作控制台要是不好用，医生怎么能得心应手地操作呢？所以说呀，磁共振设备的每个部分都至关重要，缺一不可呢！它们就像一个紧密合作的大家庭，共同为了我们的健康而努力着。
咱可得好好珍惜这个神奇的设备，让它为我们的健康保驾护航呀！这磁共振设备的组成，是不是特别有意思呢？它们共同创造了医学诊断的奇迹呀！。
第六章 磁共振成像(第一节至第二节)
主编：南京医科大学 编者 海 南 医学院 华北理工大学 吴小玲 许建梅 侯淑莲
第六章 磁共振成像
2003年诺贝尔医学或生理学奖获得者
美国科学家保罗·劳特伯
英国科学家彼德·曼斯菲尔德
第六章 磁共振成像
核磁共振成像是利用原子核在强磁场内发生共振产生 的信号经图像重建的成像技术。
M x ' y ' M0eTE /T2
T2弛豫及T2*弛豫
三、自旋回波序列与加权图像
3.自旋回波信号的幅值 除第一个周期外，其它周期开始时的纵向磁化矢量均为 Mz，TE时刻的横向磁化矢量为 M x ' y ' M zeT /T Mz是在前一个脉冲周期结束时恢复的纵向磁化矢量。 当 TR>>TE时，可以证明纵向磁化矢量
T1WI
T2WI 加权图像
PDWI
第一节 磁共振信号与加权图像
一、FID信号加权与图像对比度形成 二、自由感应衰减类序列
三、自旋回波序列与加权图像
四、反转恢复序列与加权图像
一、FID信号加权与图像对比度形成 静磁场均匀时，自由感应衰减信号（FID）的衰减 速度反应了样品自旋-自旋相互作用的时间常数T2 ；但通常静磁场是不均匀的，自旋-自旋相互作用 与磁场的不均匀性共同作用，使FID信号的衰减更 快，用时间常数T2*来描述。
TE长
TE合适
合适的TE保证合适的对比度
TE短
三、自旋回波序列与加Hale Waihona Puke 图像4. SE序列的加权图像
（3）质子密度加权图像（PDWI） ： 抑制T1差异对信
B0 1T 时约2000~2500ms ）;抑 号的影响，选择长 TR ( T1 ，
磁共振成像设备介绍
磁共振成像设备的发展趋势：从传统的磁共振成像设备，发展到功能磁共振成像设备，再到分子磁共振成像设备。
04
设备更新
设备从单线圈发展到多线圈
设备从二维成像发展到三维成像
设备从静态成像发展到动态成像
设备从常规成像发展到功能成像
设备从人工操作发展到自动化操作
磁共振成像设备从低场强发展到高场强
02
01
03
02
降低噪声：通过优化图像处理算法，降低图像噪声，提高图像质量
03
提高设备稳定性：通过优化设备设计和制造工艺，提高设备的稳定性和可靠性
04
降低设备成本：通过优化设备设计和生产工艺，降低设备成本，提高设备的普及率
05
提高患者舒适度：通过优化设备设计和操作流程，提高患者的舒适度和检查体验
06
谢谢
科研领域
生物医学研究：研究人体生理、病理、药理等
材料科学：研究新材料的性能、结构、制备等
02
化学研究：研究化学反应、分子结构、合成方法等
物理学研究：研究磁共振现象、成像原理、信号处理等
04
其他应用
材料科学：用于研究材料的结构和性能
生物医学：用于研究人体组织和器官的结构和功能
地质学：用于研究地球内部结构和矿产资源
06
磁共振成像设备的优缺点
优点
01
高分辨率：能够清晰地显示组织和器官的细节
02
多参数成像：可以同时获得多种参数信息，如T1、T2、PD等
03
无辐射：磁共振成像设备不使用辐射，对人体无伤害
04
多方位成像：可以获取任意方向的图像，便于诊断和手术规划
缺点
01
成像时间长：磁共振成像设备成像时间较长，需要患者保持静止状态
磁共振成像设备讲解
人体内无数的氢原子核杂乱无章的运动，漫 无方向的排列，使其磁场相互抵消，整个人 体不显磁性。
磁共振成像原理
如果在均匀的强磁场中(又 称主磁场或静磁场)，小磁 体的自旋轴将按磁场磁力线 的方向重新有序排列。但有 序排列的质子并不是静止的， 而是作快速的锥形旋转运动， 即原子核在绕着自身轴旋转 的同时，又沿着主磁场方向 做圆周运动，我们把质子磁 矩的这种运动称之为进动或 旋进。
核磁共振空间定位方法开拓者 (Paul Lauterbur)
1977年达马迪安等人建成了人类 历史上第一台全身MRI设备，并 于1977年7月3日取得第一幅横 断面质子密度图像（用时长达4 小时45分钟）。
MRI设备发展回顾
近年来，MRI技术飞 速发展，高性能梯度 磁场、开放型磁体、 软线圈、相控阵线圈 以及计算机网络的应 用，显示出MRI设备 的硬件发展趋势。
E
GO
重复时间（TR）
重复时间的定义
重复时间是指从第一个RF 激励脉冲出现到下一个周 期同一个脉冲出现时所经 历的时间。
在MR扫描中，每个相位 编码步需要一个周期，因 此在扫描分辨率确定的前 提下，TR是扫描速度的决 定因素。
此外TR还是图像对比度的 主要控制因子。
D
BACK
回波时间（TE）
磁性核在磁场中的进动
进动速度用进动频率表示， 即每秒进动的次数。进动频 率决定于质子所处的外磁场 场强。外磁场场强越强进动 频率越高。
MRI发展简史
1967年，约翰斯等人首先利 用活体动物进行实验，成功地 检出动物体内分布的氢、磷、 和氮的MR信号。
1970年，美国纽约州立大学 的达马迪安对已植入恶性肿瘤 细胞的老鼠进行了MR实验， 发现正常组织与恶性肿瘤组织 的MR信号明显不同，而且受 刺激组织的偏转磁矩回复至稳 定状态的过程中，会发出两类 不同信号：T1、T2弛豫信号。
磁共振成像设备介绍
磁共振成像设备介绍1. 概述磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种利用磁共振现象对人体或物体进行成像的无创检查技术。
它能够提供高对比度、高分辨率的图像，对于诊断疾病和观察生理过程具有重要价值。
磁共振成像设备是实现MRI检查的关键设备，下面将对其进行详细介绍。
2. 磁共振成像设备的组成磁共振成像设备主要由以下几个部分组成：2.1. 主磁体主磁体是磁共振成像设备的核心部件之一，它产生强大的静态磁场，用于对采集的信号进行定向和扩散。
主磁体通常采用超导磁体或永磁体。
超导磁体利用超导材料在极低温下产生极强的磁场，能够提供更稳定和均匀的磁场质量。
永磁体则是通过特殊磁材制造的，相对于超导磁体具有较低的成本和更小的体积。
2.2. 梯度线圈梯度线圈用于在磁共振成像过程中产生梯度磁场，通过改变梯度磁场的方向和强度，可以对磁共振信号进行空间编码，从而实现对物体内部结构的定位和分辨。
2.3. RF线圈RF线圈是用于向被检体中输入射频信号以及接收磁共振信号的设备。
它是磁共振成像设备的重要组成部分，能够产生高频的交变电磁场，激发被检体内部的磁共振信号。
2.4. 接收器接收器用于接收从被检体中采集到的磁共振信号，并将其转换为电信号进一步处理。
接收器通常包括信号放大器、滤波器、模数转换器等。
2.5. 控制与处理系统控制与处理系统负责操纵磁共振成像设备的各部分，并对采集到的信号进行处理和重建。
它通常由计算机和相应的软件组成，能够实现图像采集、重建和显示。
3. 磁共振成像设备的工作原理磁共振成像设备的工作原理是基于核磁共振现象。
当被检体置于强磁场中时，其中的原子核会受到磁场的影响，处于不同的能级。
通过向被检体中输入射频脉冲，可以使原子核从低能级跃迁至高能级。
当射频脉冲结束后，原子核会返回到低能级，并释放出能量。
这些能量以磁共振信号的形式被接收器采集，并由控制与处理系统转化为图像。
4. 磁共振成像设备的应用磁共振成像设备广泛应用于医学领域，主要用于以下方面：4.1. 诊断疾病磁共振成像设备能够提供高对比度和高分辨率的图像，可用于检测和诊断各种疾病，如脑卒中、肿瘤、心血管病等。
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第五节 计算机系统
主计算机系统由主机、磁盘存储器、光盘存储器、控制台、 主图像显示器（主诊断台）、辅图像显示器（辅诊断台）、 网络适配器以及测量系统的接口部件等组成。 主图像显示器通常又是控制台的一部分，用于监视扫描和机 器的运行状况。 常用的操作系统有DOS、UNIX和Windows等，其中后两种 在MRI设备的主计算机中广泛使用着。 具备DICOM标准接口的MRI设备，可顺利接入PACS，从而 具有图像数据的数字化、资源共享、大容量存储、远程会诊 等重要功能。
简单的办法是由计算机直接控制，原理框图如图所 示。此方法对梯度电流具有很强的控制能力，但其 缺陷是在扫描过程中，CPU的工作时间被占用，无 法进行其它工作。
第五节 计算机系统
较先进的方法是用计算机对梯度电流波形进行间接控 制。其原理如图所示。
CPU 缓存器 D/A 梯度驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(1) 直接控制 梯度存储器 CPU 计算机 (2) 间 接 控 制 缓存器 D/A
第五节 计算机系统
计算机根据所选定的成像方法和成像参数，在初始化 时将RF波形的数值在时间上序列化，再以空间顺序存 储于RF存储器中，存储器的地址受RF地址计数器的控 制。 实际上各部分（如计数器、存储器）的结构完全相同 。 RF脉冲的波幅由发射成形部分的衰减因子控制，而 宽度则由偏转90°和偏转180°等信号来控制。
图像重建的运算主要是快速傅里叶变换。每幅图像 应该对应两个原始数据矩阵实部和虚部矩阵均被送 入傅里叶变换器，分别进行行和列两个方向的快速 傅里叶变换。
图像处理器再对这两个矩阵的对应点取模，就得出 一个新的矩阵，两个方向的模矩阵中每个元素值的 大小正比于每个体素磁共振信号的强度，以其作为 灰度值显示出来时就得到所需的磁共振图像。
医学影像设备学 第五章 磁共振成像设备
第五节 计算机系统
上海理工大学
姚旭峰
目录
一、梯度磁场的控制 二、射频脉冲的控制
三、图像重建
四、图像显示
第五节 计算机系统
功能: 数据采集、处理、存储、恢复及多幅显示。
选择观察野、建立RF脉冲波形和时序图、打开和关 闭梯度磁场、控制接收和收集数据及提供MRI设备 各单元的状态诊断数据。
第五节 计算机系统
图像重建的本质是对数据进行高速数学运算。需要 大容量的缓冲存储器，其次要求运算速度快。 目前多用图像阵列处理器来进行影像重建。
图像阵列处理器一般由数据接收单元、高速缓冲存 储器、数据预处理单元、算术和逻辑运算部件、控 制部件、直接存储器存取通道以及傅里叶变换器组 成。
第五节 计算机系统
第五节 计算机系统
RF存储器
RF 数 据 锁 存储器
RF DAC
数 据 寄 存器
RF地 址 计数器
计算机
RF脉冲控制部分原理框图
第五节 计算机系统
三、图像重建
MRI系统在恒定磁场的基础上，通过施加一定的线 性梯度磁场，由RF脉冲激发被检部位产生MR信号 ，再经接收电路将MR信号变成数字信号。
此数字信号还只是原始数据，必须经过一系列的数 据处理，如累加平均去噪声、相位校正、傅立叶变 换等数据处理。
第五节 计算机系统
四、图像显示
经图像重建后，磁共振图像立刻传送至主控计算机 的硬盘中，并以影像的形式显示。 液晶显示器尺寸一般≥19英寸，显示矩阵≥1 280×1024，场频(即刷新速率) ≥75 Hz，显示器 像素点距≤0．29 mm，对比度≥600：1，亮度 ≥270 cd／m2，液晶显示器响应时间≤25 ms， 其上下和左右的视角≥±85度。
计算机控制梯度场的两种形式
第五节 计算机系统
二、射频脉冲的控制
根据成像方法的需要，产生一定形状的RF脉冲波， 其中包括RF脉冲波成形、相位控制、脉冲开关等电 路，此外还包括RF接收的衰减及滤波控制。
在MR成像都采用计算机间接控制办法。 在RF系统方面，多元阵列式全景线圈已能支持最优 化的4、8、16、32、64个接收通道的配置，支持 3~4倍的图像采集速度。
第五节 计算机系统
包括：梯度磁场、RF脉冲的控制、图像的重建及显 示。
射频 发射 射频 线圈 射频 接收 梯度 形成
梯度放大 与线圈
射频控制
梯度控制
阵列机
重建控制
计算机
显示控制
显示设备
计算机系统接功能框图
第五节 计算机系统
一、梯度磁场的控制
在大多数成像方法中，每个梯度磁场都有一定的形 状，并且X、Y、Z三个方向的梯度之间有很严格的 时序关系。