核磁共振成像技术试验项目内容
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I I0ex
传统X射线成像──吸收衬度──百余年
根据样品密度组成分布以及厚度的不同，对X射线吸收 不同，获得像的衬度（吸收衬度absorbing contrast）
不仅在医学方面获得了巨大的成功，而且在医学以外的领域 比如说信息科学以及工业领域，都得到了极其广泛的应用。
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
二维傅立叶变换图像重建工作
NMI-20台式核磁共振成像分析仪
二. 磁共振成像的非医学应用
拓展的新的应用领域
（化学位移）、J（偶极间接作用) 液体 DD（偶极-偶极直接作用） 固体 忽略分子信息，设法引起频率差异得到信号的二
临床医学的飞速 发展对现代医学 影像学产生了巨 大影响，对所能 得到医学成像提 出了极高要求。
医学的研究逐渐深入到了微观领域， 在细胞甚至更小的层面讨论它的微观 机制和病理也越来越重要。
现有X-CT，MRI，超声成像等医疗 诊断设备的分辨率，基本在毫米量级， 不能满足医学进一步发展的要求，需 要研究新的成像技术。
(2)
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
人体胸部软组织不同X射线能量下δ与β的比较
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
干涉法
三
种
方
衍射增强法
法
类同轴全息法
具有光路简单、视场大以及图像 直观无赝像等特点，是极有可能 首先被用于临床医学成像的技术
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
利用射频(Radio Frequency，RF)电磁波对 置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物 质进行激发，发生核磁共振(NMR)，用感应 线圈采集共振信号，经处理，按一定数学方 法，建立的数字图像。
满足一定条件，共振跃迁（共振频率）
一旦撤除射频脉冲, 所有共振核将释放能量,
逐渐恢复到原状态。由于原子核各自“环境”
X射线 I I0enBx I0ex
X射线透视和摄影
利用荧光作用 X-ray fluoroscopy
利用感光作用 X-ray roentgengram
基本原理： X射线的吸收与物质的密度、厚度有关（正比）
从而荧光强弱不同、感光深浅不同 形成影像
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
把相位变化转换成强度分布（折射率略为不同可分辨）
物理：采用一种叫相衬观察的方法（附加一些光学装置来实现） 数学：通过傅立叶变换和卷积处理来得到
若相位差非常小，光栅透过函数近似表示
F(x) 1 i
像平面上的强度正比于
I (x) G(x) 2 1 2(x)
F (x) ei(x)
不同, 恢复时间不同。
驰豫时间, T1,T2(分为纵向和横向)。
(1) T1与组织分子的大小、 场强及温度、粘度有关
中等大小的
小分子，T1大（如水分子）
分子，T1小
大分子，T1大（如蛋白质分子）
显然，含水量不同，T1的大小不同。
(2)T2与环境温度、粘度无关, 与主磁场B0的 大小关系不大；与磁场均匀性关系密切.
M
( x R2u ) ( x) 1
M
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
二维情况下，相位效应滤波函数分布
黄蛉的相位吸收原始像的数据分布图
红色表示边缘数据被增强
X相衬成像实现的条件
1. 相干光源 2. 合适的距离（样品、光源、探测器） 3. 射线通量要求
关键——光源
第十八次全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第十一届学术年会 广西桂林 广西师范大学 2010·08 ·10
现代影像物理学应用及其拓展
上海理工大学医疗器械学院 张学龙
上海医疗器械高等专科学校
现代影像物理学应用及其拓展
一. X射线相衬成像 密度成像的另一面
二. 磁共振成像的非医学应用 医学应用的另一面
进一步的问题: RF脉冲激发 线圈收到MR信号
①生物体内所有质子的拉莫频率相同
②MR代表的是所有激发部位信号的总和
③没有空间位置区分 （不能区分组织结构）。
如何获得一幅具有空间位置信息的MR图像？
设法使不同位置处
具有不同的频率！
怎样才 能做到？
二. 磁共振成像的非医学应用
问题：
采集到的MR信号是断层内所有信号总和 需要分解到任一 （x，y）或（x , ）上的信号强度
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法 上海同步辐射装置(SSRF)
上海光源第三代的同步辐射装置， 能量高达3.5Gev，达到世界先进水平。
二. 磁共振成像的非医学应用 拓展的新的应用领域
核磁共振对人体是如何成像的？ 利用人体中的原子核。
什么样的原子核？哪些原子核？ 为什么这样会成像呢？
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
(a) 当X 射线经过样品时X 射线波发生位相漂移； (b) 位相漂移导致X 射线波前发生畸变。
如何使畸变波面能以可观察的强度变化显示出来 通过不同的相位衬度技术记录
F (x) ei(x)
(2)
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
1935年，德国科学家Frits Zernike相衬法，1953年诺贝尔物理学奖
——有个叫核磁共振的原理
激发
射频
磁场中的原子核
磁共振
射频无线电波波段
三个基本条件：
源自文库
（1）能够产生共振跃迁的原子核；
（2）恒定的磁场； （3）一定频率的交变磁场。
“磁”
当射频磁场的频率与原子核进动的 频率一致时，原子核吸收能量，发 生能级间的共振跃迁。
二. 磁共振成像的非医学应用
磁共振成像： MRI
推广的结果：
I~(u)
I10 M2
cos( R2u 2 M
)[ FT( A2 ( x))
2 R2u 2 M
FT( A2 ( x) ( x))]
M 代表放大因子
相位衬度函数与吸收衬度函数：
2 R2u2 cos( R2u2 )
M
M
cos( R2u2 )
M
A(x R2u ) A(x)
医学影像的发展趋势就是从宏观影像学到微观影像学。
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
医用CT成像的空间分辨率已达到0.3～0.5mm 工业CT用微焦点X线束及CCD检测器，已达5～10ｍ
但本质上依然是吸收衬度成像，特别是 对于主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组 成的软组织，其X射线吸收衬度很差， 相应的图像分辨率也不高。
传统X射线成像──吸收衬度──百余年
根据样品密度组成分布以及厚度的不同，对X射线吸收 不同，获得像的衬度（吸收衬度absorbing contrast）
不仅在医学方面获得了巨大的成功，而且在医学以外的领域 比如说信息科学以及工业领域，都得到了极其广泛的应用。
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
二维傅立叶变换图像重建工作
NMI-20台式核磁共振成像分析仪
二. 磁共振成像的非医学应用
拓展的新的应用领域
（化学位移）、J（偶极间接作用) 液体 DD（偶极-偶极直接作用） 固体 忽略分子信息，设法引起频率差异得到信号的二
临床医学的飞速 发展对现代医学 影像学产生了巨 大影响，对所能 得到医学成像提 出了极高要求。
医学的研究逐渐深入到了微观领域， 在细胞甚至更小的层面讨论它的微观 机制和病理也越来越重要。
现有X-CT，MRI，超声成像等医疗 诊断设备的分辨率，基本在毫米量级， 不能满足医学进一步发展的要求，需 要研究新的成像技术。
(2)
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
人体胸部软组织不同X射线能量下δ与β的比较
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
干涉法
三
种
方
衍射增强法
法
类同轴全息法
具有光路简单、视场大以及图像 直观无赝像等特点，是极有可能 首先被用于临床医学成像的技术
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
利用射频(Radio Frequency，RF)电磁波对 置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物 质进行激发，发生核磁共振(NMR)，用感应 线圈采集共振信号，经处理，按一定数学方 法，建立的数字图像。
满足一定条件，共振跃迁（共振频率）
一旦撤除射频脉冲, 所有共振核将释放能量,
逐渐恢复到原状态。由于原子核各自“环境”
X射线 I I0enBx I0ex
X射线透视和摄影
利用荧光作用 X-ray fluoroscopy
利用感光作用 X-ray roentgengram
基本原理： X射线的吸收与物质的密度、厚度有关（正比）
从而荧光强弱不同、感光深浅不同 形成影像
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
把相位变化转换成强度分布（折射率略为不同可分辨）
物理：采用一种叫相衬观察的方法（附加一些光学装置来实现） 数学：通过傅立叶变换和卷积处理来得到
若相位差非常小，光栅透过函数近似表示
F(x) 1 i
像平面上的强度正比于
I (x) G(x) 2 1 2(x)
F (x) ei(x)
不同, 恢复时间不同。
驰豫时间, T1,T2(分为纵向和横向)。
(1) T1与组织分子的大小、 场强及温度、粘度有关
中等大小的
小分子，T1大（如水分子）
分子，T1小
大分子，T1大（如蛋白质分子）
显然，含水量不同，T1的大小不同。
(2)T2与环境温度、粘度无关, 与主磁场B0的 大小关系不大；与磁场均匀性关系密切.
M
( x R2u ) ( x) 1
M
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
二维情况下，相位效应滤波函数分布
黄蛉的相位吸收原始像的数据分布图
红色表示边缘数据被增强
X相衬成像实现的条件
1. 相干光源 2. 合适的距离（样品、光源、探测器） 3. 射线通量要求
关键——光源
第十八次全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第十一届学术年会 广西桂林 广西师范大学 2010·08 ·10
现代影像物理学应用及其拓展
上海理工大学医疗器械学院 张学龙
上海医疗器械高等专科学校
现代影像物理学应用及其拓展
一. X射线相衬成像 密度成像的另一面
二. 磁共振成像的非医学应用 医学应用的另一面
进一步的问题: RF脉冲激发 线圈收到MR信号
①生物体内所有质子的拉莫频率相同
②MR代表的是所有激发部位信号的总和
③没有空间位置区分 （不能区分组织结构）。
如何获得一幅具有空间位置信息的MR图像？
设法使不同位置处
具有不同的频率！
怎样才 能做到？
二. 磁共振成像的非医学应用
问题：
采集到的MR信号是断层内所有信号总和 需要分解到任一 （x，y）或（x , ）上的信号强度
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法 上海同步辐射装置(SSRF)
上海光源第三代的同步辐射装置， 能量高达3.5Gev，达到世界先进水平。
二. 磁共振成像的非医学应用 拓展的新的应用领域
核磁共振对人体是如何成像的？ 利用人体中的原子核。
什么样的原子核？哪些原子核？ 为什么这样会成像呢？
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
(a) 当X 射线经过样品时X 射线波发生位相漂移； (b) 位相漂移导致X 射线波前发生畸变。
如何使畸变波面能以可观察的强度变化显示出来 通过不同的相位衬度技术记录
F (x) ei(x)
(2)
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
1935年，德国科学家Frits Zernike相衬法，1953年诺贝尔物理学奖
——有个叫核磁共振的原理
激发
射频
磁场中的原子核
磁共振
射频无线电波波段
三个基本条件：
源自文库
（1）能够产生共振跃迁的原子核；
（2）恒定的磁场； （3）一定频率的交变磁场。
“磁”
当射频磁场的频率与原子核进动的 频率一致时，原子核吸收能量，发 生能级间的共振跃迁。
二. 磁共振成像的非医学应用
磁共振成像： MRI
推广的结果：
I~(u)
I10 M2
cos( R2u 2 M
)[ FT( A2 ( x))
2 R2u 2 M
FT( A2 ( x) ( x))]
M 代表放大因子
相位衬度函数与吸收衬度函数：
2 R2u2 cos( R2u2 )
M
M
cos( R2u2 )
M
A(x R2u ) A(x)
医学影像的发展趋势就是从宏观影像学到微观影像学。
一. X射线相衬成像拓展的新的成像方法
医用CT成像的空间分辨率已达到0.3～0.5mm 工业CT用微焦点X线束及CCD检测器，已达5～10ｍ
但本质上依然是吸收衬度成像，特别是 对于主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组 成的软组织，其X射线吸收衬度很差， 相应的图像分辨率也不高。