-MRI成像技术(1)

第七讲-MRI成像技术（1）

1 MRI成像系统简介

●1.1M R I影像设备发展概况

●磁共振成像技术是在磁共振波谱学的基础上发展起来的。磁共振成像自出现以来曾被

称为：核磁共振成像、自旋体层成像、核磁共振体层成像、核磁共振C T等。

●1945年由美国加州斯坦福大学的布洛克（B l o c h）和麻省哈佛大学的普塞尔（P u r c e l l）

教授同时发现了磁共振的物理现象，即处在某一静磁场中的原子核受到相应频率的电磁波作用时，在它们的核能级之间发生共振跃迁现象。因此两位教授共同获得1952年诺贝尔物理学奖。

●F o r p e r s o n a l u s e o n l y i n s t u d y a n d r e s e a r c h;n o t f o r c o m m e r c i a l u s e

●

●磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学影像学科—磁共振波谱学。

●1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂志上发表了题为“核

磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1时间延长”等论文，

●1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。

●1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。

●1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。

●1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。

●1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。

●几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了

六次诺贝尔奖。(2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家保罗·劳特布尔（Paul C. Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。)

雷蒙德·达马蒂安的“用于癌组织检测的设备和方法”

幻灯片7

1.2 MRI影像设备功能

现代磁共振成像系统大体结构都很相似，基本上由四个系统组成：即磁体系统、梯度磁场系统、射频系统和计算机系统。

●1．磁体系统

●磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁共振系统中最强大的磁场，

平时我们评论磁共振设备的大小就是指静磁场的场强数值，单位用特斯拉（Tesla，简称T,垂直于磁场方向的1米长的导线，通过1安培的电流，受到磁场的作用力为1牛顿时，通电导线所在处的磁感应强度就是1特斯拉。）或高斯（Gauss）表示，1T=1万高斯。

●临床上磁共振成像要求磁场强度在0.05～3T范围内。一般将≤0.3T称为低场，0.3T～

1.0T称为中场，＞1.0T称为高场。磁场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁

场强度过高也带来一些不利的因素。

●为了获得不同场强的磁体，生产厂商制造出了不同类型的磁体，常见的磁体有永久磁

体、常导磁体和超导磁体。

（1）永久磁体

永久磁体是由永久磁铁（如铁氧体或铷铁）的磁砖拼砌而成。它的结构主要有两种，即环型和轭型。

优点：造价低，场强可以达到0.3T，能产生优质图像，需要功率极小，维护费用低，可装在一个相对小的房间里。

缺点：磁场强度较低，磁场的均匀度和强度欠稳定，易受外界因素的影响（尤其是温度），不能满足临床波谱研究的需要。

（2）常导磁体

常导磁体是根据电流产生磁场的原理设计的。当电流通过圆形线圈时，在导线的周围会产生磁场。常导磁体的线圈是由高导电性的金属导线或薄片绕制而成。它的结构主要由各种线圈组成。

优点：造价较低，不用时可以停电，在0.2T以下可以获得较好的临床图像。

缺点：磁场的不稳定性因素主要是受供电电源电压波动的影响，均匀度差。另外易受环境因素（如温度、线圈绕组的位置或尺寸）的影响.

（3）超导磁体

荷兰科学家昂尼斯（Kamerlingh Onnes）在1911年首先发现某些物质的电阻在超低温下急剧下降为零的超导性质，电阻的突然消失意味着物质已转变为某种新的状态，这些物质称为超导体。科学家昂尼斯获得了1913年诺贝尔物理学奖。

优点：场强高，稳定性和均匀度好，因此可开发更多的临床应用功能。

缺点：技术复杂和成本高。

2．梯度磁场系统

梯度磁场简称梯度场，梯度是指磁场强度按其磁场的位置（距离）的变化而改变，它的产生是由梯度线圈完成的，一般在主磁体空间沿着X、Y、Z三个方向放置。梯度线圈有三组即GX、GY、GZ，叠加在静磁场的磁体内，当线圈通电时可在静磁场中形成梯度改变。3．射频系统

射频脉冲磁场简称射频脉冲（r a d i o f r e q u e n c y，R F）是一种以正弦波震荡的射频电波。磁共振系统中应用的频率较低，相当于调频广播F M波段，根据静磁场的强度不同其R F频率也不同。

射频系统作用：用来发射射频磁场，激发样品的磁化强度产生磁共振，同时，接收样品磁共振发射出来的信号，通过一系列的处理，得到数字化原始数据，送给计算机进行图像重建。它是由发射射频磁场部分和接收射频信号部分组成。

4．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）。（1）主计算机系统及其功能

功能：主要是控制用户与磁共振各系统之间的通信，负责对整个系统各部分的运行进行控制，使整个成像过程各部分的动作协调一致，产生所需的高质量图像。

并通过运行扫描软件来满足用户的所有应用要求，如扫描控制（控制梯度磁场、射频脉冲）、病人数据管理、归档图像、控制图像的重建和显示等、评价图像以及机器检测（包