磁共振成像设备

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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.Blockand.M.Purcell•1955年W.E.LambandP.Kusch•1964年C.H.Townes•1966年A.Kastler•1977年J.H.VanVleck•1981年N.Bloembergen•1983年H.Taube•1989年N.F.Ramsey•1991年R.R.Ernst•2003年LauterburandMansfield1946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FelixBloch1905-1983StanfordUniversityEdwardMillsPurcell1912-1997MIT1952NobelPrizeforPhysics艾斯特(RichardRobertErnst)，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(MagneticResonanceImaging，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非常便利的手段Lauterbur,1929Mansfied1933Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖RaymondDamadian与第一台MRI装置（1977）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。Damadian申请的专利世界上第一张MRI图像实事求是地讲，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。国内最高场强7T•【国内第二台7TMRI落户浙大】7T（MAGNATOM7T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。MRIisusedforimagingofallorgansinthebody.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(magneticresonanceangiography，MRA)•2.磁共振水成像(magneticresonancehydrography)MRI检查技术•3.磁共振脑功能成像(functionalmagneticresonance，fMRI)•4.化学位移成像(chemicalshiftimaging)•5.生化代谢分析技术：磁共振波谱分析(magneticresonancespectroscopy，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T2WI矢状位冠状位轴位T2WIT1WIFLAIRDWIADCMRIofthenormalkneecartilageMRT2WI增生期分泌期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•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。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＝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。射频的安全射频放大器射频线圈接收器接收线圈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•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；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。MagnetGradientCoilRFCoilRFCoil3Tmagnetgradientcoil(inside)磁共振成像设备(theequipmentofMR)磁体（Magnets）-用于产生一个高度均匀、稳定的静磁场。永久磁体：（Permanentmagnets）(铁氧体或钕铁硼)常导磁体：Resistiveelectromagnets(电流通过线圈)超导磁体：（Superconductingelectromagnets）(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高场强磁体控制系统：心脏—决定—梯度场、射频场的发生和控制，MR信号接收和控制等空间定位：解剖定位梯度场(gradientfield)【线圈】发射/接收信号线圈(coil)8-channelarrayVolumecoilSurfacecoilHeadcoilSurfacecoil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计算机(computer)床(bed)梯度控制发射通道接收通道脉冲程序计算机存储器显示器梯度驱动磁体梯度线圈射频线圈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线圈通道射频接收通道通道带宽处理器重建内存重建速度序列设计射频及梯度控制接收处理发射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。•（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。•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。磁共振成像的基本概念原子结构电子：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。•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。•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/TB：主磁场场强与B呈正比根据=.B，讨论：（1）场强相同，不同的原子核，不同，则进动频率亦不同。根据不同的进动频率，可以分辨出不同的核；（2）相同的核处在不同场强中，其进动频率也不同。不同部位的同类核，受梯度磁场的作用，有不同的进动频率。根据进动频率的线性变化，可判断出释放信号核的相应部位。•(三)磁共振现象•磁场中做进动的原子核可以吸收频率与其进动频率相同的电磁波，当原子核恢复原状时，会把吸收的能量释放出来。•磁共振现象是指原子核在进动中吸收外界能量产生能级跃迁的现象。•外界能量是指一个激励电磁场(射频，RF磁场)。磁共振现象的必要条件其频率等于的进动频率相同。•目前研究最多的是1H的核磁共振。（四）弛豫过程与自由感应衰减信号接收1.弛豫过程•从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为弛豫过程。•这一过程中将发生相对独立的两种弛豫。•一种是纵向弛豫，是自旋核与周围环境(晶格)进行热交换，称“自旋～晶格弛豫过程”；•另一类是横向弛豫，是同类自旋核之间的能量交换，称为“自旋~自旋弛豫过程”。2.弛豫时间(1)自旋～晶格弛豫时间(T1)•T1弛豫以在z轴上的纵向磁化分量逐渐恢复为标志，所以称纵向弛豫时间。（2