核磁共振成像

医用核磁共振成像仪器
核磁共振成像优缺点
1、成像条件 有信号、获取信号、处理信号及图像重建。
2、MRI的特点与意义 • 高、尖、新：高科技、边缘科学、发展迅速、产生了14位诺贝尔奖金获得者
。 • 综合性：数学、核物理、电磁学、电子学、计算机、生理解剖学、超导技术
、材料科学、医学诊断等等从宏观到微观的各个领域； • 生命意义：科技的双刃剑作用； 3、MRI应用于医学的优势 • 利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水平提供诊断信息； • 任意截面成像； • 软组织图象更出色； • 不受骨伪影的影响； • 无电离辐射,一定条件下可进行介入MRI治疗 4、MRI的局限性 • 成像速度慢（相对于X-CT而言） • 对钙化灶和骨皮质灶不敏感 • 图像易受多种伪影影响 • 禁忌症：心脏起搏器及铁磁性植入者等 • 定量诊断困难
2003年 诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家
劳特布尔（图左）和英国科学家曼斯菲尔德（图右）
核磁共振成像发展史
• 1946年 美国哈佛大学的 E.Purcell及斯坦福大学的 F.Bloch 领导 的两个研究小组各自独立地发现了磁共振现象。Purcell 和 Bloch 共同获得1952年诺贝尔物理学奖
• 核磁共振波谱学（NMR） 化学位移
Larmor 频率 原子核
化学位移: 结构测定(功能团)
J-偶合:
结构测定(原子的相关性)
偶极偶合: 结构测定 (空间位置关系)
弛豫:
动力学
结构确定 化学鉴定 聚合物特性测定 药品开发 催化研究
• 核磁共振成像学（MRI）
全称：Nuclear Magnetic Resonance Imaging
1946年： Harvard 大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于 1952年分享了诺贝尔物理奖
1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR 仪
1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质 分子结构有关
核磁共振基本原理
核磁共振的研究对象: 自旋量子数≠0 的原子核(本实验对象为1H 核)
自旋角动量:
uv v
v
J hI (在磁场中I有2I 1种取向)
uv uuv
磁场中核能级分裂: E B0 B0mh (m I,I 1,L , I 1, I)
uv
磁场中的核能级间距: E B0h
• 1968年 Jockson 试制全身磁共振 • 1971年 美国纽约州立大学的 R.Damadian 利用磁共振波谱仪对小
鼠研究发现，癌变组织的T1，T2弛豫时间比正常组织长 • 1973年 美国纽约州立大学的 Lauterbur 利用梯度磁场进行空间定位，
获得两个充水试管的第一幅磁共振图像 • 1978年 英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像 • 1980年 第一副人体胸腹部MR图像产生 ，磁共振设备商品化 • 1982年底 全世界有2000名病例接受MRI检查 • 1984年 美国FDA批准核磁共振使用于临床 • 1986年 中国成立安科公司 • 1998年 世界磁共振成像年 • ……
(磁旋比 uv egI )
J 2mp
Larmor频率:
B0
0.53T磁场中的1H1核的共振频率(本实验的情况):
f B0 2.6752108 0.53 22.6106 Hz
2
2
在磁场中热平衡时，各能级粒子数服从玻尔兹曼分布，宏观磁化强度M：
I
m B0h
核磁共振发展史
迄今为止众多科学家因核磁共振领域的研究获得诺贝尔奖
1924年： Pauli 预言了NMR 的基本理论（有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中 会发生分裂）
斯特恩和盖拉赫在原子束实验中观察到了锂原子和银原子的磁偏转。随后斯特恩等人测量了质 子的磁距,斯特恩于1943年获得诺贝尔物理奖。 1939年： 拉比第一次做了核磁共振实验 ，并于1944年获得诺贝尔物理奖
m e kT
M N h mI I
m B0h

N
2h2 I (I 3kT
1)
B0
e kT
mI
常温，I=1/2，T=300K，B0 =0.53T，平衡时：
M0
N
1 2
I

1 2
N1 2
B0
核磁共振成像
Magnetic Resonance Imaging
(MRI)
目录
• 发展历史 • 核磁共振基本原理 • 核磁共振信号的弛豫 • 自由感应衰减（FID）信号 • 核磁共振成像及其系统 • 常用射频脉冲序列 • 实验内容 • 附录
核磁共振分类
定义：原子Fra Baidu bibliotek在外加恒定磁场作用下产生能级分裂，从而 对特定频率的电磁波发生共振吸收的现象
斯特恩
1943年 诺贝尔物理学奖授予 美国科学家斯特恩
1944年 诺贝尔物理学奖授予
美国科学家拉比
1991年 诺贝尔化学奖授予 瑞士物理学家艾斯特
2002年 诺贝尔化学奖授予美日瑞士三国科学家
芬恩 （图左），田中耕一（图中），维特里希（图右）
1952年 诺贝尔物理学奖授予 美国科学家布洛赫（图左）和波赛尔（图右）
2003年：美国科学家劳特劳尔于1973年发明在静磁场中使用梯度场，能够获得磁共振信号的位 置，从而可以得到物体的二维图像；英国科学家曼斯菲尔德进一步发展了使用梯度场的方法， 指出磁共振信号可以用数学方法精确描述，从而使磁共振成像技术成为可能，他发展的快速成 像方法为医学磁共振成像临床诊断打下了基础。诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家劳特布 尔和英国科学家曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就
1970年：Fourier(pilsed)-NMR 开始市场化（早期多使用的是连续波 NMR 仪器）
1973年：核磁共振技术被引入医学临床检测 1991年：Ernst 获1991年诺贝尔化学奖（高分辨核磁共振波谱学方法方面 ）
2002年：瑞士核磁共振波谱学家维特里希，由于用多维NMR技术在测定溶液中蛋白质结构的三 维构象方面的开创性研究，而获2002年诺贝尔化学奖。同获此奖的还有一名美国科学家和一名 日本科学家