核磁共振報(bào)告

1、核磁共振核磁共振報(bào)告人：陳佳、龔如雪、劉怡茗 目錄目錄核磁共振原理核磁共振發(fā)展史磁共振成像設(shè)備及發(fā)展磁共振成像技術(shù)磁共振特點(diǎn)Page 3 核磁共振原理核磁共振原理Page 44原理原理一、什么是一、什么是NMRNMR的研究對(duì)象的研究對(duì)象磁性核與電磁波的相互作用磁性核與電磁波的相互作用圖圖1: (1)1: (1)無外加磁場時(shí)，樣品中的磁性核任意取向。無外加磁場時(shí)，樣品中的磁性核任意取向。(2)(2)放入磁場中，核的磁角動(dòng)量取向統(tǒng)一，與磁場方向放入磁場中，核的磁角動(dòng)量取向統(tǒng)一，與磁場方向平行或反平行平行或反平行Page 55原理原理圖圖2: (1)2: (1)無外加磁場時(shí)，磁性核的能量相等。無外加

2、磁場時(shí)，磁性核的能量相等。(2)(2)放入磁場中，有與磁場平行（低能量）和反平行放入磁場中，有與磁場平行（低能量）和反平行（高能量）兩種，出現(xiàn)能量差（高能量）兩種，出現(xiàn)能量差 E=hE=h 。Page 66原理原理用能量等于用能量等于 E的電磁波照射的電磁波照射磁場中的磁性核，則低能級(jí)磁場中的磁性核，則低能級(jí)上的某些核會(huì)被激發(fā)到高能上的某些核會(huì)被激發(fā)到高能級(jí)上去級(jí)上去(或核自旋由與磁場平或核自旋由與磁場平行方向轉(zhuǎn)為反平行行方向轉(zhuǎn)為反平行)，同時(shí)高，同時(shí)高能級(jí)上的某些核會(huì)放出能量能級(jí)上的某些核會(huì)放出能量返回低能級(jí)，產(chǎn)生能級(jí)間的返回低能級(jí)，產(chǎn)生能級(jí)間的能量轉(zhuǎn)移，此即共振。能量轉(zhuǎn)移，此即共振。NMR

3、NMR利用磁場中的磁性原子核吸收電磁波時(shí)利用磁場中的磁性原子核吸收電磁波時(shí)產(chǎn)生的能級(jí)分裂與共振現(xiàn)象。產(chǎn)生的能級(jí)分裂與共振現(xiàn)象。NSNSSNNSPage 77原理原理自旋角動(dòng)量與磁矩磁矩 1.原子核的自旋原子核的自旋若原子核存在自旋，產(chǎn)生核磁矩若原子核存在自旋，產(chǎn)生核磁矩二、共振基礎(chǔ)二、共振基礎(chǔ)Page 88原理原理原子核荷正電，當(dāng)其繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電流，周圍原子核荷正電，當(dāng)其繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電流，周圍形成磁場，使得原子核存在磁距形成磁場，使得原子核存在磁距。磁距磁距與自旋角動(dòng)量與自旋角動(dòng)量 P P成正比，比例常數(shù)為成正比，比例常數(shù)為 ： = = P P 稱為磁旋比，原子核的磁矩與自旋角動(dòng)量之比稱為

4、磁稱為磁旋比，原子核的磁矩與自旋角動(dòng)量之比稱為磁旋比，是原子核的重要屬性旋比，是原子核的重要屬性但是，不是所有的原子核都有磁性。但是，不是所有的原子核都有磁性。磁性核：磁性核：109109種元素所有的核均帶電荷，有些核具有角動(dòng)種元素所有的核均帶電荷，有些核具有角動(dòng)量，即其電荷可以繞自旋軸自轉(zhuǎn)量，即其電荷可以繞自旋軸自轉(zhuǎn)( (似帶電的陀螺似帶電的陀螺) )Page 99自旋角動(dòng)量：I：自旋量子數(shù)；h：普朗克常數(shù)；自旋角動(dòng)量P是量子化的，可用自旋量子數(shù)I表示:I為整數(shù)、半整數(shù)或零;I 0的核為磁性核，可以產(chǎn)生NMR信號(hào)。I = 0的核為非磁性核，無NMR信號(hào)。 1)I(I2hP原子核組成原子核組成

5、( (質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)p p與中子數(shù)與中子數(shù)n)n)與自旋量子數(shù)與自旋量子數(shù)I I的的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：pp與n同為偶數(shù)，I = 0。如 12C, 16O, 32S等。pp + n =奇數(shù)，I =半整數(shù)(1/2, 3/2等)。 如 1H, 13C, 15N, 17O, 31P等。pp與n同為奇數(shù)，I =整數(shù)。如2H, 6Li等。Page 1010原理原理2.核磁共振現(xiàn)象核磁共振現(xiàn)象 自旋量子數(shù) I=1/2的原子核（氫核），可當(dāng)作電荷均勻分布的球體，繞自旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生磁場，類似一個(gè)小磁鐵。 當(dāng)置于外加磁場H0中時(shí)，相對(duì)于外磁場，可以有（2I+1）種取向： 氫核（I=1/2），兩種取向（兩個(gè)能級(jí)）

6、： (1)與外磁場平行，能量低，磁量子數(shù)1/2; (2)與外磁場相反，能量高，磁量子數(shù)1/2; 兩種取向不完全與外磁場平行，兩種取向不完全與外磁場平行， 5424 和和 125 36Page 1111原理原理 當(dāng)原子核的核磁矩處于外當(dāng)原子核的核磁矩處于外加磁場加磁場H H0 0 中，由于核自身的旋中，由于核自身的旋轉(zhuǎn)，而外加磁場又力求它取向于轉(zhuǎn)，而外加磁場又力求它取向于磁場方向，在這兩種力的作用下，磁場方向，在這兩種力的作用下，核會(huì)在自旋的同時(shí)繞外磁場的方核會(huì)在自旋的同時(shí)繞外磁場的方向進(jìn)行回旋，這種運(yùn)動(dòng)稱為向進(jìn)行回旋，這種運(yùn)動(dòng)稱為LarmorLarmor( (拉莫進(jìn)動(dòng)拉莫進(jìn)動(dòng)) )。 拉莫進(jìn)動(dòng)

7、拉莫進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)頻率進(jìn)動(dòng)頻率 0； 角速度角速度 0； 0 = 2 0 = B0 磁旋比；磁旋比； B0外磁場強(qiáng)度；外磁場強(qiáng)度； 兩種進(jìn)動(dòng)取向不同的氫核之間的能級(jí)差：兩種進(jìn)動(dòng)取向不同的氫核之間的能級(jí)差： E= B0 （ 磁矩）磁矩）Page 1212進(jìn)入主磁場后質(zhì)子核磁狀態(tài)進(jìn)入主磁場后質(zhì)子核磁狀態(tài)n質(zhì)子自旋產(chǎn)生小磁場可以分解成兩個(gè)部分： 1）沿主磁場方向（Z軸）的恒定磁化分矢量 2）在X,Y平面旋轉(zhuǎn)的橫向磁化分矢量n縱向磁化分矢量產(chǎn)生一個(gè)與主磁場同向的宏觀縱向磁化矢量；n橫向磁化分矢量相互抵消，因而沒有宏觀橫向矢量產(chǎn)生 對(duì)于氫核，能級(jí)差： E= B0 （磁矩）產(chǎn)生共振需吸收的能量：E= B0 =

8、h 0由拉莫進(jìn)動(dòng)方程：0 = 2 0 = B0 ; 共振條件： 0 = B0 / (2 )Page 1313磁共振現(xiàn)象磁共振現(xiàn)象磁場中旋轉(zhuǎn)的原子核有一個(gè)特點(diǎn)，即可以吸收頻率與其旋轉(zhuǎn)頻率相同的電磁波，使原子核能量增加，當(dāng)原子核恢復(fù)原狀時(shí)，就會(huì)把多余的能量以電磁波的形式釋放，這種現(xiàn)象稱為磁共振現(xiàn)象;給主磁場中的樣本一個(gè)與待測核進(jìn)動(dòng)頻率相同的射頻脈沖，射頻脈沖的能量將傳遞給處于低能級(jí)的質(zhì)子，使其躍遷到高能級(jí)，使宏觀磁矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的角度與射頻脈沖的能量有關(guān)，能量越大偏轉(zhuǎn)角度越大，而射頻脈沖能量的大小與脈沖強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。原理原理Page 1414原理原理產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象的基本條件產(chǎn)生核磁共振

9、現(xiàn)象的基本條件 核磁共振信號(hào)產(chǎn)生三個(gè)基本條件： 1能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核； 2恒定的靜磁場（外磁場、主磁場）； 3誘發(fā)共振的射頻磁場， 0 = B0 / (2 )。 核：共振躍遷的原子核 磁：主磁場B0和射頻磁場 共振：當(dāng)射頻磁場的頻率與原子核進(jìn)動(dòng)的頻率一致時(shí)原子核吸收能量，發(fā)生能級(jí)間的共振躍遷。Page 1515原理原理磁共振層面定位磁共振層面定位在Z向施加梯度后，垂直于Z軸的所有層面均有不同的共振頻率：Z=(B0+ZGZ)選擇性激勵(lì)的原理：用一個(gè)有限頻寬(窄帶)的射頻脈沖僅對(duì)共振頻率在該頻帶范圍的質(zhì)子進(jìn)行共振激發(fā)即可實(shí)現(xiàn)層面定位。核磁共振成像：核磁共振成像：Nuclear Magneti

10、c Resonance Imaging，NMRI全稱是核磁共振電子計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)。根據(jù)生物磁性核的核磁共振特性進(jìn)行成像的新技術(shù)。由于“核”字敏感，常稱作MRIPage 16 核磁共振發(fā)展史核磁共振發(fā)展史Page 1717NMR發(fā)展史發(fā)展史p19241924年：年：Pauli W.Pauli W.假設(shè)假設(shè)特定的原子核具有自旋和磁矩，放入特定的原子核具有自旋和磁矩，放入磁場中會(huì)產(chǎn)生能級(jí)分裂磁場中會(huì)產(chǎn)生能級(jí)分裂斯恩特和蓋拉赫在原子束實(shí)驗(yàn)中觀察到了鋰原子和銀原子的磁偏斯恩特和蓋拉赫在原子束實(shí)驗(yàn)中觀察到了鋰原子和銀原子的磁偏轉(zhuǎn)。隨后斯特恩等人測量了質(zhì)子的磁矩，斯恩特于轉(zhuǎn)。隨后斯特恩等人測量了質(zhì)子的磁矩

11、，斯恩特于19431943年獲得諾年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)貝爾物理獎(jiǎng)p19391939年：拉比第一次做了核磁共振實(shí)驗(yàn)，并于年：拉比第一次做了核磁共振實(shí)驗(yàn)，并于19441944年獲得諾貝年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)爾物理獎(jiǎng)p19461946年：年：HarvardHarvard大學(xué)的大學(xué)的PurcellPurcell和和StanfordStanford大學(xué)的大學(xué)的BlochBloch各自各自首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)NMRNMR現(xiàn)象，并于現(xiàn)象，并于19521952年，分享了諾貝爾物理獎(jiǎng)年，分享了諾貝爾物理獎(jiǎng)p19531953年：年：VarianVarian開始商用儀器開發(fā)，并于同年制作了第一臺(tái)高開始商用儀器開發(fā)

12、，并于同年制作了第一臺(tái)高分辨分辨NMRNMR儀儀p19701970年：年：FourierFourier（pilsedpilsed）-NMR-NMR開始市場化開始市場化p19731973年：引入到醫(yī)學(xué)臨床檢測年：引入到醫(yī)學(xué)臨床檢測Page 1818MRI發(fā)展史發(fā)展史p19461946年美國哈佛大學(xué)的年美國哈佛大學(xué)的E.PurcellE.Purcell及斯坦福大學(xué)的及斯坦福大學(xué)的F.BlochF.Bloch領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)研究小組各自獨(dú)立的發(fā)現(xiàn)了磁共振現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)研究小組各自獨(dú)立的發(fā)現(xiàn)了磁共振現(xiàn)象。象。PurcellPurcell和和BlochBloch共同獲得了共同獲得了19521952年的諾貝爾物理

13、學(xué)漿年的諾貝爾物理學(xué)漿p19681968年：年：JocksonJockson試制全身磁共振試制全身磁共振p19711971年：美國紐約州立大學(xué)額年：美國紐約州立大學(xué)額R.DamadianR.Damadian利用磁共振波利用磁共振波譜儀對(duì)小鼠研究發(fā)現(xiàn)，癌變組織的譜儀對(duì)小鼠研究發(fā)現(xiàn)，癌變組織的T1T1，T2T2弛豫時(shí)間比正常弛豫時(shí)間比正常組織長組織長p19731973年：美國紐約州立大學(xué)的年：美國紐約州立大學(xué)的LauterburLauterbur利用梯度磁場利用梯度磁場進(jìn)行空間定位，獲得兩個(gè)充水試管的第一幅磁共振圖像進(jìn)行空間定位，獲得兩個(gè)充水試管的第一幅磁共振圖像p19781978年：英國獲得了第

14、一幅人體頭部的磁共振圖像年：英國獲得了第一幅人體頭部的磁共振圖像p19801980年：第一幅人體胸腹部年：第一幅人體胸腹部MRMR圖像產(chǎn)生，磁共振設(shè)備商圖像產(chǎn)生，磁共振設(shè)備商品化品化p19821982年：美國年：美國FDAFDA批準(zhǔn)磁共振使用于臨床批準(zhǔn)磁共振使用于臨床pPage 19磁共振成像設(shè)備磁共振成像設(shè)備Page 20NMR核磁共振波普儀核磁共振波普儀廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)：廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)：物理化學(xué)確定化學(xué)結(jié)構(gòu)、混合物成分分析等生物醫(yī)藥藥物設(shè)計(jì)、蛋白質(zhì)卷曲折疊動(dòng)力學(xué)過程等礦業(yè)研究煤炭的煤階（煤的變質(zhì)程度）農(nóng)業(yè)研究測定土壤中動(dòng)植物的腐殖物研究土壤起源等Page 21磁共振成像（磁共振成像（

15、MRI）設(shè)備）設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)磁 體梯度線圈射頻線圈梯度控制梯度驅(qū)動(dòng)接受通道發(fā)射通道脈沖程序計(jì)算機(jī)顯示器存儲(chǔ)器Page 22MRI設(shè)備設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Page 23磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)是磁共振成像系統(tǒng)最重要、成本最高的部件，是磁共振系統(tǒng)磁體系統(tǒng)是磁共振成像系統(tǒng)最重要、成本最高的部件，是磁共振系統(tǒng)中最強(qiáng)大的磁場。中最強(qiáng)大的磁場。評(píng)論磁共振設(shè)備的大小就是指評(píng)論磁共振設(shè)備的大小就是指靜磁場的場強(qiáng)數(shù)值靜磁場的場強(qiáng)數(shù)值

16、，單位用，單位用特斯拉特斯拉（TeslaTesla，簡稱，簡稱T T） 或或高斯高斯（GaussGauss）表示，）表示，1T=11T=1萬高斯。萬高斯。臨床上磁共振成像要求磁場強(qiáng)度在臨床上磁共振成像要求磁場強(qiáng)度在0.050.053T3T范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。一般將一般將0.3T0.3T稱為低場，稱為低場，0.3T0.3T1.0T1.0T稱為中場，稱為中場，1.0T1.0T稱為高場。稱為高場。磁場強(qiáng)度越高，信噪比越高，空間分辨率越高，圖像質(zhì)量越好。但磁磁場強(qiáng)度越高，信噪比越高，空間分辨率越高，圖像質(zhì)量越好。但磁場強(qiáng)度過高也會(huì)導(dǎo)致圖象對(duì)比度分辨率較低。場強(qiáng)度過高也會(huì)導(dǎo)致圖象對(duì)比度分辨率較低。為了獲得不

17、同場強(qiáng)的磁體，生產(chǎn)廠商制造出了不同類型的磁體，為了獲得不同場強(qiáng)的磁體，生產(chǎn)廠商制造出了不同類型的磁體，常見常見的磁體的磁體有有永久磁體永久磁體、常導(dǎo)磁體常導(dǎo)磁體和和超導(dǎo)磁體超導(dǎo)磁體。 MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Page 24磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)常導(dǎo)磁鐵常導(dǎo)磁鐵常導(dǎo)磁體是根據(jù)電流產(chǎn)生磁場的原理設(shè)計(jì)的。當(dāng)電流通過圓形線圈時(shí)，在導(dǎo)線的周圍會(huì)產(chǎn)生磁場。常導(dǎo)磁體的線圈是由高導(dǎo)電性的金屬導(dǎo)線或薄片繞制而成。它的結(jié)構(gòu)主要由各種線圈組成。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)較低，不用時(shí)可以停電，在0.2T以下可以獲得較好的臨床圖像。缺點(diǎn)：磁場的不穩(wěn)定性因素主要是受供電電源電壓波動(dòng)的影響，均勻度差。

18、另外易受環(huán)境因素（如溫度、線圈繞組的位置或尺寸）的影響。只能用于成像，不能進(jìn)行生化分析，限制其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Page 25磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)永久磁鐵永久磁鐵永久磁體是能夠長期保持磁性的磁鐵（如鐵氧體或釹鐵硼）。它的結(jié)構(gòu)主要有兩種，即環(huán)型和U型。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低，場強(qiáng)可以達(dá)到0.3T，能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)圖像，需要功率極小，維護(hù)費(fèi)用低，可裝在一個(gè)相對(duì)小的房間里。缺點(diǎn)：磁場強(qiáng)度較低，磁場的均勻度和強(qiáng)度欠穩(wěn)定，易受外界因素的影響（尤其是溫度）。MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Page 26磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)超導(dǎo)

19、磁鐵超導(dǎo)磁鐵超導(dǎo)磁體是利用超導(dǎo)現(xiàn)象（某些物質(zhì)的電阻在超低溫的條件下急劇下降為零）產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定均勻的靜磁場。超導(dǎo)磁鐵是目前最先進(jìn)的設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：場強(qiáng)高，穩(wěn)定性和均勻度好，因此可開發(fā)更多的臨床應(yīng)用功能。缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜和成本高。（低溫環(huán)境需液氦維持） MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Page 27梯度磁場系統(tǒng)梯度磁場系統(tǒng)磁體系統(tǒng)梯度磁場簡稱梯度場，梯度是指磁場強(qiáng)度按其磁場的位置磁體系統(tǒng)梯度磁場簡稱梯度場，梯度是指磁場強(qiáng)度按其磁場的位置（距離）的變化而改變，它的產(chǎn)生是由梯度線圈完成的，一般在主磁（距離）的變化而改變，它的產(chǎn)生是由梯度線圈完成的，一般在主磁體空間沿著體空

20、間沿著X X、Y Y、Z Z三個(gè)方向放置。梯度線圈有三組即三個(gè)方向放置。梯度線圈有三組即GXGX、GYGY、GZGZ，疊，疊加在靜磁場的磁體內(nèi)，當(dāng)線圈通電時(shí)可在靜磁場中形成梯度改變。加在靜磁場的磁體內(nèi)，當(dāng)線圈通電時(shí)可在靜磁場中形成梯度改變。MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)身體不同位置所處的磁場強(qiáng)度不同，那里的能級(jí)分裂的間距就不同，能引起核磁共振的無線電波頻率就不同。通過不同的頻率值即可推斷出所檢測的身體部位。從而完成定位功能。Page 28射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng)MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Page 29計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系

21、統(tǒng)在在MRIMRI設(shè)備中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)、單設(shè)備中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、微處理器等，片機(jī)、微處理器等，構(gòu)成了構(gòu)成了MRIMRI設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)處理。信號(hào)處理系統(tǒng)可采用高檔次微型機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)預(yù)處理、快速傅立葉變系統(tǒng)可采用高檔次微型機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)預(yù)處理、快速傅立葉變換和卷積反投影運(yùn)算進(jìn)行圖像重建。換和卷積反投影運(yùn)算進(jìn)行圖像重建。微機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)信息調(diào)度（如人機(jī)交互等）與系統(tǒng)控制（如微機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)信息調(diào)度（如人機(jī)交互等）與系統(tǒng)控制（如控制梯度磁場、射頻脈沖）?？刂铺荻却艌?、射頻脈沖）。MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Pa

22、ge 30MRI設(shè)備設(shè)備 磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)GE 1.5T MRIGE 2.0T OPEN MRI開放式磁共振成像：開放式磁共振成像：提高患者舒適度，擴(kuò)大適用患者范圍（肥胖、幽閉恐懼 癥患者、兒童等）。Page 31MRI設(shè)備設(shè)備MRI趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展在磁共振成像領(lǐng)域，有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：在磁共振成像領(lǐng)域，有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：一個(gè)是超導(dǎo)方向即高場，場強(qiáng)一般在1.5T3T之間，國際上主要的生產(chǎn)廠商包括GE、西門子、飛利浦等國際公司；一個(gè)是永磁方向即低場，場強(qiáng)在0.2T0.5T之間，低場磁共振成像領(lǐng)域現(xiàn)在主要是中國和日本公司在主導(dǎo)市場，日本以日立公司的產(chǎn)品為主。中國由于是稀土大國

23、，具有資源優(yōu)勢(shì)，在材料上已經(jīng)形成壟斷，在中國研發(fā)永磁具有優(yōu)勢(shì)。Page 32MRI設(shè)備設(shè)備MRI趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展超高磁場超高磁場MRI技術(shù)技術(shù)近年發(fā)展起來的技術(shù)，主磁場強(qiáng)度發(fā)展到3T以上，由于信號(hào)強(qiáng)度與磁場信號(hào)呈平方關(guān)系，可增加化學(xué)位移和提高信號(hào)值與噪聲值比值。增加質(zhì)子成像靈敏度，高分辨率的解剖成像和高敏感度檢測動(dòng)態(tài)和功能成像。高場MRI系統(tǒng)可對(duì)人類的大腦開展記憶、注意力、決定等認(rèn)知層次的研究，甚至能夠鑒別謊言這類復(fù)雜狀態(tài)。超高磁場MRI技術(shù)目前主要應(yīng)用于科學(xué)研究，市場規(guī)模較小。Page 33MRI設(shè)備設(shè)備MRI超導(dǎo)磁體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展超導(dǎo)磁體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展由于超導(dǎo)MRI磁場強(qiáng)度高，在神經(jīng)系統(tǒng)成像等領(lǐng)域

24、應(yīng)用較低場MRI成像具有明顯優(yōu)勢(shì)，且成像功能也較為豐富。但超導(dǎo)MRI一直是國外MRI企業(yè)主要產(chǎn)品，國內(nèi)由于一直未突破超導(dǎo)MRI磁體技術(shù)，限制了超導(dǎo)MRI整機(jī)技術(shù)的發(fā)展。目前，中國科學(xué)院電工研究所已經(jīng)完成1.5T全身核磁共振磁體的研制，并完成1.5T3T完全無需液氦的成像系統(tǒng)。在中國，超導(dǎo)在中國，超導(dǎo)MRI不能取代永磁不能取代永磁MRI：對(duì)于中國大部分醫(yī)院，永磁MRI完全滿足其日常臨床診斷需求超導(dǎo)MRI設(shè)備運(yùn)行昂貴國內(nèi)缺乏氦氣資源，所有超導(dǎo)MRI設(shè)備均需要從國外進(jìn)口液氦Page 34磁共振成像技術(shù)磁共振成像技術(shù)34Page 35醫(yī)學(xué)磁共振技術(shù)包括三大部分MRI：研究人體器官大體形態(tài)的病生理變化f

25、MRI：研究人腦功能的病生理變化MRS：研究人體能量代謝的病生理變化35Page 36MRI顯示技術(shù)顯示技術(shù)脈沖序列 在磁共振成像過程中，一般采用多個(gè)脈沖按先后順序進(jìn)行激發(fā)，我們稱這個(gè)脈沖組合為脈沖序列常用脈沖序列36自旋回波脈沖序列(SE)反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列(IR)梯度回波脈沖序列(GRE)Page 37自旋回波脈沖序列自旋回波脈沖序列(SE)37射頻脈射頻脈沖沖層面選層面選擇梯度擇梯度相位編相位編碼梯度碼梯度頻率編頻率編碼梯度碼梯度MR信號(hào)信號(hào)TETR9018090以以90 射頻射頻激勵(lì)脈激勵(lì)脈沖開始，繼而施沖開始，繼而施加一次加一次180 相位相位重聚脈沖使質(zhì)子重聚脈沖使質(zhì)子相位重聚，產(chǎn)生

26、相位重聚，產(chǎn)生自旋回波信號(hào)。自旋回波信號(hào)。 Page 38SE掃描參數(shù)掃描參數(shù)T1加權(quán)成像(T1WI):短TR和短TE。主要受TR影響，T1越短，信號(hào)越高。反映組織縱向弛豫快慢。T2加權(quán)成像(T2WI):長TR和長TE。TR越長，T2權(quán)重越大，信號(hào)越高。反映組織橫向弛豫快慢。質(zhì)子密度加權(quán)成像(PDWI):長TR和短TE。質(zhì)子密度越大，信號(hào)越高。38Page 39MRI特殊成像技術(shù)特殊成像技術(shù)MRI血管造影技術(shù)(MRA)MRI血管造影技術(shù)作為一種無創(chuàng)傷性的檢查，與CT及常規(guī)放射學(xué)相比，具有特殊的優(yōu)勢(shì)。不需要穿刺插管、無X射線、不需要注入造影劑，流體的流動(dòng)便是MRA成像固有的生理造影劑39Page

27、 40MRI特殊成像技術(shù)特殊成像技術(shù)增強(qiáng)血管造影(CE-MRI)Gd-DTPA的引進(jìn)，顯著縮短組織的T1時(shí)間快速掃描，時(shí)間在30s內(nèi)消除呼吸運(yùn)動(dòng)的偽影捕捉乳糜微粒（CM）的首次循環(huán)少量造影劑劑量，且不用碘造影劑， 避免靜脈污染多角度旋轉(zhuǎn)觀察血管細(xì)微結(jié)構(gòu)40主動(dòng)脈夾層造影Page 41MRI特殊成像技術(shù)特殊成像技術(shù)磁共振胰膽管造影(MRCP）屬于MR水成像近年來發(fā)展起來的一種非創(chuàng)傷性 且不需要造影劑即可顯示胰膽管系統(tǒng)的磁共振技術(shù)獲得重T2加權(quán)圖像用最大強(qiáng)度密度投影（MIP）或 表面遮蔽顯示（SSD）對(duì)原始圖 像進(jìn)行三維重建，獲得胰膽管不 同方位，不同角度的二維圖像41Page 42磁共振功能成像

28、（磁共振功能成像（fMRI）是一種新興的神經(jīng)影像學(xué)方式，其原理是利用磁振造影來測量神經(jīng)元活動(dòng)所引發(fā)之血液動(dòng)力的改變。由于fMRI的非侵入性、沒有輻射暴露問題與其較為廣泛的應(yīng)用，從1990年代開始就在腦部功能定位領(lǐng)域占有一席之地。目前主要是運(yùn)用在研究人及動(dòng)物的腦或脊髓。42Page 43血紅素氧化狀態(tài)（帶氧血紅素）的時(shí)候?yàn)榭勾判缘?，相?duì)于缺氧血紅素為順磁性的。根據(jù)血液中血紅素的氧化比率可輕易的分辨出不同的磁共振訊號(hào)。脫氧血紅蛋白具有比氧合血紅蛋白T2短的特性，另一方面， 脫氧血紅蛋白較強(qiáng)的順磁性破壞了局部主磁場的均勻性，使得局部腦組織的T2縮短，這兩種效應(yīng)的共同的結(jié)果就是，降低局部磁共振信號(hào)強(qiáng)度

29、。由于激活區(qū)脫氧血紅蛋白相對(duì)含量的降低，作用份額減小，使得腦局部的信號(hào)強(qiáng)度增加，即獲得激活區(qū)的功能圖像。由于這種成像方法取決于局部血氧含量，故稱為血氧水平依賴功能成像（BOLD-fMRI)。43Page 44fMRI實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)44雙手握拳運(yùn)動(dòng)雙手握拳運(yùn)動(dòng)雙側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)明顯激活雙側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)明顯激活時(shí)間時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線信號(hào)強(qiáng)度曲線Page 45磁共振波譜成像（磁共振波譜成像（MRS）MRS是在MRI形態(tài)學(xué)診斷的基礎(chǔ)上，從代謝方面對(duì)病變進(jìn)一步定性；臨床上用于評(píng)價(jià)腦發(fā)育成熟程度、顱腦腫瘤代謝、感染性病變、脫髓鞘病變、缺血性病變、系統(tǒng)性疾病的肝臟受累和腎移植術(shù)后的急性排異反應(yīng)等。 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（S

30、PECT）和正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（PET）相比，磁共振波譜無需要放射性示蹤劑標(biāo)記，沒有放射性損害。 45Page 46成像原理成像原理MRS掃描后，一定時(shí)域內(nèi)獲得的信號(hào)通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換（Fourier Transform）產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)子成分按頻率分布的波譜圖46Page 47波譜原理波譜原理帶負(fù)電荷的電子在原子核周圍形成電子云，電子云的作用使得外加磁場對(duì)原子核的作用減弱，其作用的大小用屏蔽系數(shù)（）表示，因此被消弱掉的磁場強(qiáng)度為 B0。這部分磁場（ B0）與外加磁場方向相反，強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度（B0）成正比考慮到電子云的磁屏蔽作用，拉莫方程應(yīng)修正為： = （1- ）B0。上式顯示，即使同一種

31、原子核由于處于不同化合物中的，所受磁屏蔽作用的程度不同（即不同），因此將具有不同的共振頻率，這就是所謂的化學(xué)位移現(xiàn)象化學(xué)位移現(xiàn)象（Chemical Shift Phenomenon），也是磁共振波譜成像的基礎(chǔ)。47Page 48顱內(nèi)常見病變的代謝物特征顱內(nèi)常見病變的代謝物特征48疾病疾病 NAA Cr Cho Lac Lip aa腫瘤腫瘤 - - -膿腫膿腫 梗死梗死 - - -MS - - -癲癇癲癇 - - Page 49磁共振波譜成像發(fā)展方向磁共振波譜成像發(fā)展方向多體素波譜又稱波譜成像（多體素波譜又稱波譜成像（SI） 優(yōu)點(diǎn)：1次采集可獲得多部位譜線，可放映同一時(shí)間不同部位代謝物的分布，有

32、利于彌漫病變的發(fā)現(xiàn)及早期檢出，并可雙側(cè)對(duì)比。多核波譜多核波譜 31P可用于判定磷代謝產(chǎn)物的濃度，并可根據(jù)無機(jī)磷波譜的位置，測定pH值； 13C可用于幫助診斷酶缺乏性疾??； 23Na波譜成像可以反映鈉泵的活性；49Page 50磁共振波譜成像發(fā)展方向磁共振波譜成像發(fā)展方向波譜成像與解剖相結(jié)合在強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)幫助下，不僅能重建出譜線，而且將重建出橫斷面及三維立體代謝圖，更早、更詳盡地把病生理的代謝改變提供給診斷醫(yī)生，同時(shí)可以加上偽色彩，引導(dǎo)活檢。50Page 51磁共振成像特點(diǎn)磁共振成像特點(diǎn)Page 5252（一）多參數(shù)成像（一）多參數(shù)成像T1加權(quán)圖像的對(duì)比取決于不同組織的不同T1時(shí)間常數(shù)T2加權(quán)圖像的對(duì)比取決于不同組織不同T2時(shí)間常數(shù)質(zhì)子密度N（H）對(duì)比質(zhì)子密度圖像的對(duì)比T2&加權(quán)圖像的對(duì)比來源于組織磁化率的差異相位對(duì)比用以顯示流體對(duì)比以及流體與靜態(tài)組織的對(duì)比彌散對(duì)比彌散加權(quán)圖像的對(duì)比，主要取決于細(xì)胞分子的熱運(yùn)動(dòng)速度磁化傳遞對(duì)比取決于大分子與小分子的相對(duì)比率流動(dòng)靜止對(duì)比流動(dòng)增強(qiáng)效應(yīng)與靜態(tài)飽和之間的對(duì)比流速對(duì)比流動(dòng)速度對(duì)應(yīng)于信號(hào)強(qiáng)度所產(chǎn)生的圖像對(duì)比Page 53（一）多參數(shù)成像（一）多參數(shù)成像由于MRI的信號(hào)是多種組織特征參數(shù)的可變函數(shù)，它所反映的病理生理基礎(chǔ)較CT更廣泛，具有更大的靈活性MRI的信號(hào)強(qiáng)度與組織的弛豫時(shí)間、氫質(zhì)子的密度、血液（或腦脊液）流動(dòng)、化學(xué)位移、