磁共振成像设备
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 电子与核子的总角动量为二者旋转角动 量之和。在原子内，电子通常成对地反 方向平行自旋，自旋的角动量相互抵消 为0。
正常状态下的氢核
• （二）与进动频率
• 1.核进动
• 在外磁场作用下，原子 核在自旋的同时绕磁场 以一定的夹角旋转，称 为进动。
• 这与陀螺类似，陀螺在 旋转时，其自旋轴倾斜， 在重力作用下，以一定 的夹角旋转。
(magnetic resonance spectroscopy， MRS)，用于提供组织化学成分的数据信 息。
临床应用
1. 对中枢神经系统的诊断 2. 对心脏大血管系统的诊断 3. 对头、颈部的诊断 4. 对肌肉、关节系统的检查 5. 用于纵隔、腹腔、盆腔实质器官的检查 6. 对乳腺的诊察
矢
形式释放出来，被接收线
圈所接收；而其余部分以 热量形式释放出来。
射频线圈 射频放大器
射频的安全
• 高热的病人要特别 注意！特别是高热 的小孩！
• 到底温度会升高多 少？
• 不同的人血液循环 差异很大。
• 选择序列不一样 • 扫描时间不一样 • 扫描部位不一样
总结
禁止和相对禁止病人 注意事项
• 禁止扫描的病人
Lauterbur, 1929
2003诺贝尔生理
或医学奖授予美国的 保罗·C·劳特伯
(PaulCLauterbur)和英 国的皮特·曼斯菲尔德 (PeterMansfield)，因为 他们发明了磁共振成
像技术
(MagneticResonanceIma ging，简称MRI)。这 项技术的发明使得人 类能够清清楚楚地看 清自己或其他生物体 内的器官，为医疗诊 断和科学研究提供了
医疗器械概论
磁共振成像设备
MRI目前核磁共振成像仪已成为最重要的诊断工具之一 ，对人体无辐射 作用，拥有良好的软组织对比度，多参数成像，多序列扫描，多剖面图像， 为临床提供丰富的医学影像信息，受到临床医师的广泛欢迎。
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
Βιβλιοθήκη Baidu
• 2003年
Lauterbur and Mansfield
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核磁共振现象，Purcell和Bloch两 人共同获得1952年的诺贝尔物理奖。核磁共振主要用于磁共振波谱， 研究物质的分子结构
1952 Nobel Prize for Physics
常导磁体： Resistive electromagnets(电流通过 线圈)
超导磁体： （Superconducting electromagnets） (铌钛合金镀在铜线表面)
磁场强度：1特斯拉=1万高斯
≤ 0.5T 低场强
≧ 1T高场强
控制系统：心 脏—
决定— 梯度场、射频场的 发生和控制， MR信号接收和控制 等
angiography，MRA) • 2. 磁共振水成像 (magnetic resonance
hydrography)
MRI检查技术
• 3. 磁共振脑功能成像 (functional magnetic resonance，fMRI)
• 4. 化学位移成像(chemical shift imaging) • 5.生化代谢分析技术：磁共振波谱分析
床 (bed)
梯度
梯度
控制
驱动
显示器
磁体 梯度线圈
射频 线圈
脉冲程序
发射通道
接收通道
计算机
存储器
MIR设备的组成方框图
附属设备
磁屏蔽体、RF屏蔽体、冷水机组、不 间断供电电源、机房专用空调、超导 体的低温保障设施
磁共振成像链
发射
接收
处理
➢ 序列设计 ➢ 射频及 ➢ 梯度控制
➢ 线圈通道 ➢ 射频接收通道 ➢ 通道带宽
磁共振成像设备(the equipment of MR)
3T magnet
gradient coil (inside)
RF Coil
Magnet
Gradient Coil
RF Coil
磁体
磁体（Magnets）-用于产生一个高度均匀、稳定的静 磁场。
永久磁体： （Permanent magnets）(铁氧体或钕 铁硼)
静磁场
静磁场的安全隐患 能被磁场吸引的金属
如何避免
静磁场的安全
• 磁共振的磁场是非常 强大而且永不消失的。
• 越接近磁体，磁场迅 速增大。
• 任何被磁体吸引的物 体都会对病人或医生 造成严重伤害。
静磁场的安全
• 进入磁场会被吸引 的金属：
1. 铁 2. 镍 3. 钴 4. 一些合金
静磁场的安全
非常便利的手段
Mansfied 1933
Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得 2003年诺贝尔医学和生理学奖
Damadian很有商业头脑， 1978年成立Fonar 公司，1980年上市成为成功的商人； 1980年磁共振机开始应用于临床。 本人获得2003年美国总统奖。
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
• 1955年 W.E.Lamb and
P.Kusch
• 1964年 C.H.Townes
• 1966年 A.Kastler
• 1977年 J.H.Van Vleck
• 1981年 N.Bloembergen
• 1983年 H.Taube
• 1989年 N.F.Ramsey
• 1991年 R.R.Ernst
• 质子和中子围绕原子核的中心点公转，有轨道角动量。 • 质子-质子之间或中子-中子之间以相反方向成对自旋，
并互相抵消，但质子和中子之间不存在成对抵消。
• 凡是拥有一种奇数核子数的原子核，都拥有一个特征 性的自旋量子数。
原子结构
电子：负电荷 中子：无电荷 质子：正电荷
• 正常状态下各原子核自旋所产生的磁矩， 呈随机排列，方向杂乱。
入者等慎用； 4. 图像易受多种伪影影像； 5.定量诊断困难
MRI设备与其它影像设备相比较
1. 无电离辐射危害 2. 多参数成像，可提供丰富的诊断信息 3. 高对比度成像 4. MRI设备具有任意方向断层的能力 5. 无需使用对比剂，可直接显示心脏和血管结构 6. 无骨尾影干扰，后颅凹病变可清晰可辨 7. 可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究
国内最高场强7T
• 【国内第二台7T MRI 落 户浙大】7T （MAGNATOM 7T超高场 磁共振仪）长2.6米，宽 和高各3米，重达40吨， 具有分辨力高、灵敏度高 且快速成像的特点，可获 得高清晰度全脑的结构和 功能三维成像。分辨力达 到0.5mm以内，是目前普 通核磁共振仪的5倍。另 一台在中科院生物物理研 究所保存使用。世界范围 内装机一百台左右。 美 国FDA没有批准任何一款 7-T磁共振进入临床。
2. 按主磁场的产生方法分：永磁型、常导型、混 合型、超导型；
3. 按静磁场的强度分：低场机、中场机、高场机、 超高场机；
4. 按主磁场的临床应用分：诊断用MRI设备、介入 治疗专用型MRI设备、磁共振引导下超声肿瘤治 疗、立体空间定位托架型MRI设备。
核磁设备的结构
磁共振成像设备
• ①磁体和磁体电源； • ②梯度场线圈和梯度场电源； • ③射频发射/接收机； • ④系统控制和数据处理计算机； • ⑤成像操作和影像分析工作台； • ⑥活动检查床。
• 所以总结起来MRI设备具有以下优点： • 高信噪比 • 高分辨率 • 高灵敏度 • 更先进研究功能 • 诊断能力强 • 对人体伤害小
MRI 安全
MRI安全
•磁共振检查给大家感 觉，是非常安全的设 备。 •但实际上磁共振存在 许多安全隐患。稍不 注意就会对病人或医 生造成严重伤害，甚 至是死亡。
Felix Bloch 1905-1983
Stanford University
Edward Mills Purcell 1912-1997
MIT
艾斯特(Richard Robert Ernst)，瑞士物 理化学家，在发展高分辨核磁共振波谱 学方面所作的杰出贡献，被授予1991年 诺贝尔化学奖。
1973年2个独立小组利用磁场梯度解决空间信 息获取的问题：图像形成
➢ 处理器 ➢ 重建内存 ➢ 重建速度
核磁共振设备的工作原理
• 将人体置于外加磁场中； • 用射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振； • 在停止射频脉冲后，氢原子核发出电信号，并被体外的接
受器收录； • 经电子计算机处理获得图像。
磁共振成像的基本概念
• （一）核自旋和磁矩
• 原子由原子核及其周围绕行的电子组成。原子核由中 子和质子组成，统称为核子。
➢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。
14位 因对 核磁 共振 杰出 贡献 而获 得诺 贝尔 奖科 学家
• 1944年 I.Rabi
• 1952年 F.Block
and .M.Purcell
世界上第一张 MRI 图像
Damadian申请的专利
实事求是地讲，Damadian应该算是最早把核磁共
振用于生物医学研究的人之一。早在1970年他便把
从人身上切除的肿瘤移植到老鼠身上，并观察到携
带肿瘤的老鼠的核磁共振信号发生了变化。这一结
果发表在1971年的《科学》杂志上。而且Damadian
前瞻性地预言了核磁共振作为临床诊断工具的可能
• 自旋核有一定的自旋角动量，在B0作用下， 将如旋转陀螺在地球引力场中旋进一样运动，
称自旋核的旋进。
2.进动频率 = .B ：进动频率 ： Larmor 频率
磁旋比 42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
与B呈正比
根据 = .B ，讨论：
＝
静磁场的安全
静磁场的安全
静磁场安全
• 进入磁场前请取出：
1. 钱包，磁卡，钱币 2. 钥匙 3. 笔 4. 首饰 5. 发夹 6. 手表 7. 等等其他金属东西
射频
射频的安全隐患 注意事项
射频的安全
• 射频其本质就是一 个无线电电波。
射频的安全
接收线圈 接收器
其电波所负载的能量，被 病人的体内的H质子接收 后，部分再以无线电波的
性。
MRI影像设备新技术进展
• 磁场的强度从一个侧面反映MRI性能的高低，目前已经向 超高场和低场两个方向发展，一是向0.5T的低场MRI机型 发展以适应中小医院的需求；二是向1.5T双梯度和3.0T以 上的高场MRI机型发展，以满足大型综合型医院的医疗、 科研和教学的需要。而中场如0.5T、1.0T基本处于淘汰的 趋势。 MRI的进步集中反应在设备硬件发展基础上成像速 度的提高以及成像方式的改进和扩展，成像速度从以前的 每层以分钟计算到目前的每层以秒或亚秒计算，从而可以 实现实时成像显示层面影像，甚至可以实现3D、4D等后处 理影像及MRI透视等。
• 心脏起搏器病人 • 神经刺激器病人 • 眼球内异物病人
相对禁止扫描的病人
• 体内植入物病人 • 安放避孕环病人 • 孕妇 • 高热病人
• 注意事项
• 扫描前取下金属物。 • 听力保护
• 防止周围神经刺激 效应
核磁设备的分类
1. 按成像范围分：实验用MRI设备、局部MRI设备、 全身MRI设备；
MRI is used for imaging of all organs in the body.
核磁共振用于体内所有器官的成像
MRI检查技术
• MRI检查技术分为影像显示和生化代谢分析
• 影像显示技术主要由脉冲序列、流动现象的 补偿技术、伪影补偿技术和一系列特殊成像 技术组成。
• 主要的特殊成像技术： • 1.磁共振血管成像 (magnetic resonance
空间定位： 解剖定位
梯度场
( ) gradient field 【线圈】
线圈 (coil)
发射/接收信号
Head coil Volume coil
Surface coil
8-channel array
Surface coil
计算机(computer)
将采集到的数据进行影像重建，并 将图像数据送到监视器显示
状 位
T2W
I
轴位
冠 状 位
T2WI
T1WI
FLAIR
DWI
ADC
MRI of the normal knee cartilage
增生期
分泌期
MR T2WI
月经期
临床应用的局限
1. 成像速度慢（相对于X-CT而言）； 2.对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感； 3. 禁忌证相对较多，心脏起搏器及铁磁性植
正常状态下的氢核
• （二）与进动频率
• 1.核进动
• 在外磁场作用下，原子 核在自旋的同时绕磁场 以一定的夹角旋转，称 为进动。
• 这与陀螺类似，陀螺在 旋转时，其自旋轴倾斜， 在重力作用下，以一定 的夹角旋转。
(magnetic resonance spectroscopy， MRS)，用于提供组织化学成分的数据信 息。
临床应用
1. 对中枢神经系统的诊断 2. 对心脏大血管系统的诊断 3. 对头、颈部的诊断 4. 对肌肉、关节系统的检查 5. 用于纵隔、腹腔、盆腔实质器官的检查 6. 对乳腺的诊察
矢
形式释放出来，被接收线
圈所接收；而其余部分以 热量形式释放出来。
射频线圈 射频放大器
射频的安全
• 高热的病人要特别 注意！特别是高热 的小孩！
• 到底温度会升高多 少？
• 不同的人血液循环 差异很大。
• 选择序列不一样 • 扫描时间不一样 • 扫描部位不一样
总结
禁止和相对禁止病人 注意事项
• 禁止扫描的病人
Lauterbur, 1929
2003诺贝尔生理
或医学奖授予美国的 保罗·C·劳特伯
(PaulCLauterbur)和英 国的皮特·曼斯菲尔德 (PeterMansfield)，因为 他们发明了磁共振成
像技术
(MagneticResonanceIma ging，简称MRI)。这 项技术的发明使得人 类能够清清楚楚地看 清自己或其他生物体 内的器官，为医疗诊 断和科学研究提供了
医疗器械概论
磁共振成像设备
MRI目前核磁共振成像仪已成为最重要的诊断工具之一 ，对人体无辐射 作用，拥有良好的软组织对比度，多参数成像，多序列扫描，多剖面图像， 为临床提供丰富的医学影像信息，受到临床医师的广泛欢迎。
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
Βιβλιοθήκη Baidu
• 2003年
Lauterbur and Mansfield
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核磁共振现象，Purcell和Bloch两 人共同获得1952年的诺贝尔物理奖。核磁共振主要用于磁共振波谱， 研究物质的分子结构
1952 Nobel Prize for Physics
常导磁体： Resistive electromagnets(电流通过 线圈)
超导磁体： （Superconducting electromagnets） (铌钛合金镀在铜线表面)
磁场强度：1特斯拉=1万高斯
≤ 0.5T 低场强
≧ 1T高场强
控制系统：心 脏—
决定— 梯度场、射频场的 发生和控制， MR信号接收和控制 等
angiography，MRA) • 2. 磁共振水成像 (magnetic resonance
hydrography)
MRI检查技术
• 3. 磁共振脑功能成像 (functional magnetic resonance，fMRI)
• 4. 化学位移成像(chemical shift imaging) • 5.生化代谢分析技术：磁共振波谱分析
床 (bed)
梯度
梯度
控制
驱动
显示器
磁体 梯度线圈
射频 线圈
脉冲程序
发射通道
接收通道
计算机
存储器
MIR设备的组成方框图
附属设备
磁屏蔽体、RF屏蔽体、冷水机组、不 间断供电电源、机房专用空调、超导 体的低温保障设施
磁共振成像链
发射
接收
处理
➢ 序列设计 ➢ 射频及 ➢ 梯度控制
➢ 线圈通道 ➢ 射频接收通道 ➢ 通道带宽
磁共振成像设备(the equipment of MR)
3T magnet
gradient coil (inside)
RF Coil
Magnet
Gradient Coil
RF Coil
磁体
磁体（Magnets）-用于产生一个高度均匀、稳定的静 磁场。
永久磁体： （Permanent magnets）(铁氧体或钕 铁硼)
静磁场
静磁场的安全隐患 能被磁场吸引的金属
如何避免
静磁场的安全
• 磁共振的磁场是非常 强大而且永不消失的。
• 越接近磁体，磁场迅 速增大。
• 任何被磁体吸引的物 体都会对病人或医生 造成严重伤害。
静磁场的安全
• 进入磁场会被吸引 的金属：
1. 铁 2. 镍 3. 钴 4. 一些合金
静磁场的安全
非常便利的手段
Mansfied 1933
Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得 2003年诺贝尔医学和生理学奖
Damadian很有商业头脑， 1978年成立Fonar 公司，1980年上市成为成功的商人； 1980年磁共振机开始应用于临床。 本人获得2003年美国总统奖。
Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）
• 1955年 W.E.Lamb and
P.Kusch
• 1964年 C.H.Townes
• 1966年 A.Kastler
• 1977年 J.H.Van Vleck
• 1981年 N.Bloembergen
• 1983年 H.Taube
• 1989年 N.F.Ramsey
• 1991年 R.R.Ernst
• 质子和中子围绕原子核的中心点公转，有轨道角动量。 • 质子-质子之间或中子-中子之间以相反方向成对自旋，
并互相抵消，但质子和中子之间不存在成对抵消。
• 凡是拥有一种奇数核子数的原子核，都拥有一个特征 性的自旋量子数。
原子结构
电子：负电荷 中子：无电荷 质子：正电荷
• 正常状态下各原子核自旋所产生的磁矩， 呈随机排列，方向杂乱。
入者等慎用； 4. 图像易受多种伪影影像； 5.定量诊断困难
MRI设备与其它影像设备相比较
1. 无电离辐射危害 2. 多参数成像，可提供丰富的诊断信息 3. 高对比度成像 4. MRI设备具有任意方向断层的能力 5. 无需使用对比剂，可直接显示心脏和血管结构 6. 无骨尾影干扰，后颅凹病变可清晰可辨 7. 可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究
国内最高场强7T
• 【国内第二台7T MRI 落 户浙大】7T （MAGNATOM 7T超高场 磁共振仪）长2.6米，宽 和高各3米，重达40吨， 具有分辨力高、灵敏度高 且快速成像的特点，可获 得高清晰度全脑的结构和 功能三维成像。分辨力达 到0.5mm以内，是目前普 通核磁共振仪的5倍。另 一台在中科院生物物理研 究所保存使用。世界范围 内装机一百台左右。 美 国FDA没有批准任何一款 7-T磁共振进入临床。
2. 按主磁场的产生方法分：永磁型、常导型、混 合型、超导型；
3. 按静磁场的强度分：低场机、中场机、高场机、 超高场机；
4. 按主磁场的临床应用分：诊断用MRI设备、介入 治疗专用型MRI设备、磁共振引导下超声肿瘤治 疗、立体空间定位托架型MRI设备。
核磁设备的结构
磁共振成像设备
• ①磁体和磁体电源； • ②梯度场线圈和梯度场电源； • ③射频发射/接收机； • ④系统控制和数据处理计算机； • ⑤成像操作和影像分析工作台； • ⑥活动检查床。
• 所以总结起来MRI设备具有以下优点： • 高信噪比 • 高分辨率 • 高灵敏度 • 更先进研究功能 • 诊断能力强 • 对人体伤害小
MRI 安全
MRI安全
•磁共振检查给大家感 觉，是非常安全的设 备。 •但实际上磁共振存在 许多安全隐患。稍不 注意就会对病人或医 生造成严重伤害，甚 至是死亡。
Felix Bloch 1905-1983
Stanford University
Edward Mills Purcell 1912-1997
MIT
艾斯特(Richard Robert Ernst)，瑞士物 理化学家，在发展高分辨核磁共振波谱 学方面所作的杰出贡献，被授予1991年 诺贝尔化学奖。
1973年2个独立小组利用磁场梯度解决空间信 息获取的问题：图像形成
➢ 处理器 ➢ 重建内存 ➢ 重建速度
核磁共振设备的工作原理
• 将人体置于外加磁场中； • 用射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振； • 在停止射频脉冲后，氢原子核发出电信号，并被体外的接
受器收录； • 经电子计算机处理获得图像。
磁共振成像的基本概念
• （一）核自旋和磁矩
• 原子由原子核及其周围绕行的电子组成。原子核由中 子和质子组成，统称为核子。
➢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。
14位 因对 核磁 共振 杰出 贡献 而获 得诺 贝尔 奖科 学家
• 1944年 I.Rabi
• 1952年 F.Block
and .M.Purcell
世界上第一张 MRI 图像
Damadian申请的专利
实事求是地讲，Damadian应该算是最早把核磁共
振用于生物医学研究的人之一。早在1970年他便把
从人身上切除的肿瘤移植到老鼠身上，并观察到携
带肿瘤的老鼠的核磁共振信号发生了变化。这一结
果发表在1971年的《科学》杂志上。而且Damadian
前瞻性地预言了核磁共振作为临床诊断工具的可能
• 自旋核有一定的自旋角动量，在B0作用下， 将如旋转陀螺在地球引力场中旋进一样运动，
称自旋核的旋进。
2.进动频率 = .B ：进动频率 ： Larmor 频率
磁旋比 42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
与B呈正比
根据 = .B ，讨论：
＝
静磁场的安全
静磁场的安全
静磁场安全
• 进入磁场前请取出：
1. 钱包，磁卡，钱币 2. 钥匙 3. 笔 4. 首饰 5. 发夹 6. 手表 7. 等等其他金属东西
射频
射频的安全隐患 注意事项
射频的安全
• 射频其本质就是一 个无线电电波。
射频的安全
接收线圈 接收器
其电波所负载的能量，被 病人的体内的H质子接收 后，部分再以无线电波的
性。
MRI影像设备新技术进展
• 磁场的强度从一个侧面反映MRI性能的高低，目前已经向 超高场和低场两个方向发展，一是向0.5T的低场MRI机型 发展以适应中小医院的需求；二是向1.5T双梯度和3.0T以 上的高场MRI机型发展，以满足大型综合型医院的医疗、 科研和教学的需要。而中场如0.5T、1.0T基本处于淘汰的 趋势。 MRI的进步集中反应在设备硬件发展基础上成像速 度的提高以及成像方式的改进和扩展，成像速度从以前的 每层以分钟计算到目前的每层以秒或亚秒计算，从而可以 实现实时成像显示层面影像，甚至可以实现3D、4D等后处 理影像及MRI透视等。
• 心脏起搏器病人 • 神经刺激器病人 • 眼球内异物病人
相对禁止扫描的病人
• 体内植入物病人 • 安放避孕环病人 • 孕妇 • 高热病人
• 注意事项
• 扫描前取下金属物。 • 听力保护
• 防止周围神经刺激 效应
核磁设备的分类
1. 按成像范围分：实验用MRI设备、局部MRI设备、 全身MRI设备；
MRI is used for imaging of all organs in the body.
核磁共振用于体内所有器官的成像
MRI检查技术
• MRI检查技术分为影像显示和生化代谢分析
• 影像显示技术主要由脉冲序列、流动现象的 补偿技术、伪影补偿技术和一系列特殊成像 技术组成。
• 主要的特殊成像技术： • 1.磁共振血管成像 (magnetic resonance
空间定位： 解剖定位
梯度场
( ) gradient field 【线圈】
线圈 (coil)
发射/接收信号
Head coil Volume coil
Surface coil
8-channel array
Surface coil
计算机(computer)
将采集到的数据进行影像重建，并 将图像数据送到监视器显示
状 位
T2W
I
轴位
冠 状 位
T2WI
T1WI
FLAIR
DWI
ADC
MRI of the normal knee cartilage
增生期
分泌期
MR T2WI
月经期
临床应用的局限
1. 成像速度慢（相对于X-CT而言）； 2.对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感； 3. 禁忌证相对较多，心脏起搏器及铁磁性植