MR原理、技术与设备绪论课件

类别X线摄影装置X线-CT核医学影像装置超声诊断装置MRI装置热成像仪内窥镜名称普通~数字~X线-CTγ相机PETSPECTB型超声超声多普勒MRI热成像仪电子内窥镜影像种类投影像投影像断层像同位素分布图像断层像断层像血流断层像断层像表面热像实像使用药剂不用造影剂造影剂标记化合物标记化合物不用不用造影剂不用不用得到信息形态形态形态形态功能形态功能形态形态功能形态功能分布形态物理能X线γ射线超声电磁波线无引起损伤放射线损伤放射线损伤无损伤无损伤无损伤无损伤1MR原理、技术与设备

QQ:1035685370

课程安排45学时总评成绩：考试（70%）+30%）平时成绩：到课、汇报

……进度安排：……

Reference：RadiologyMagnetic

Resonance

in

MedicineJournal

of

Magnetic

Resonance

ImagingMedical

Physics中华放射学实用放射学中国生物医学工程学报……

–

GE：

–

Siemens:

–

Philips:

–

北美放射：

–

麻省理工：

and-Technology/HST-583Functional-Magnetic-

Resonance-Imaging

–

ISMRM：

–

The

Basics

of

MRI:

–

Education/MRI

Tutorials:

/basehtml/SpyH/1,9-4-17950-0-17950-directories-

-0,00.html

–

Functional

MRI

-

Methods

and

Applications:

–

MRI

Tutor:

–

Introduction

to

the

Principles

of

MRI:

……2X光/CTNM/PETMRI???什么是医用磁共振成像设备

?

是通过对人体施加强磁场及射频照射，并在梯度场作用下，扫描获取人体内部信息，由计算机合成断层影像的诊断设备。NMR

-----

Nuclear

Magnetic

ResonanceMRI

-----

Magnetic

Resonance

Imaging

Why

the

Name

Change?–

Magnetic

Field（磁场）Radio

Frequency

Wave

(RF)（射频）–

Nuclei

of

the

tissue

generates

MR

Signal

RFTransceivermagnet

BeforeTransmittingRF

person

inmagnetic

field

B0

RFTransceiver

RFPulseTransmitting

RF

person

inmagnetic

field

B03

RFTransceiver

After

Transmitting

RFMR

Signal

person

in

magnetic

field

B0MRI设备组成

主计算机

扫描系统

RF

硬件梯度系统RF

线圈磁体梯度线圈扫描室外围设备5乳腺导管扩张症盆腔高场下，微小血管非常清晰High-resolution

TOFCourtesy

University

of

Utah,

USA心肌灌注心肌活性6全身主要血管高分辨率骨关节成像锥体检查无与伦比的优势高场MR脑功能成像刺激局部脑神经活动局部血流速度增加局部氧合血红蛋白增加局部脱氧血红蛋白减少(顺磁性+)激活区信号变化offoffontMR波谱利用波谱反映分子水平的信息7听觉刺激下1.5T

MRI

脑功能成像激活区域（信号幅度较小）

相同刺激3.0T

MRI

脑功能成像激活区域（信号幅度为

1.5T

的2倍)简单手指运动的激活区3D显示复杂手指运动的激活区3D显示触觉听觉视觉运动语言情感成瘾……3T下高速波谱采集8MR扩散(弥散)成像B=10000,

TE

75

ms

!!B=25000,

TE

97

ms

!!•

跟踪传导束是未来用于评价活人脑健康

和疾病的有力工具。DTIMRE~

MR

elastography10磁共振成像的发展历程核磁共振现象的发现从核磁共振到磁共振波谱学磁共振成像的发展

–萌芽期（1946-1972）

–成熟期（1973-1978）–发展期（1978-）

一

核磁共振现象的发现原子物理

原子物理学起源于对放射性物质的研究，是19世纪末兴起的崭新课题。1913年，Wolfgans

Pauli提出核磁共振一词。NMR发展史揭开了重要一页。1922年，Pauli获得了诺贝尔物理学奖。1939年,

Rabi设计完成世界上第一个核磁共振实验(与现在使用的模型不一样！)

。使氢分子先后通过不均匀磁场和均匀磁场，同时用RF信号照射均匀磁场中的分子。发现分子束在某一确定频率处会吸收射频能量而发生细小但可测量的偏转。这是对核磁共振现象的首次观察。但当时的实验是在高真空条件下通过分子束进行的。Isidor

Isaac

Rabi

1898-1988斯坦福大学的

Felix

Bloch

~

液体水哈佛大学的Edward

Purcell

~

石蜡Felix

Bloch

1905-1983

1946年:Edward

Mills

Purcell

1912-1997在与主磁场垂直的方向上，用适当的RF波对进动的原子核进行激励，可使其章动角增大，停止激励后原子核又会恢复至激励前的状态，并发射出与激励电磁波同频率的射频信号。这一现象称为核磁共振。毋需高真空、分子束，可用于固体和液体样品的测试，从而诞生了核磁共振这一新兴学科。1952年，Bloch和Purcell共同获得了诺贝尔物理学奖。121972年，纽约州立大学的PaulLauterbur进一步指出，用NMR信号完全可以重建图像。

2.成熟期（1973-1978）物理学家与医学家一道，对活体组织进行了局部成像的实验研究，使MR成像得以实现。NMR技术与成像理论相结合，并取得巨大研究成果的时期。Damadian在7年里与同事战胜了无穷的困难和挫折，终于建成人类历史上第一台全身磁共振成像装置。1977年7月3日，取得第一幅横断面PDW图像。为了获得所需的空间分辨力，将受检者移动106次~4小时45分钟。设备~Indomitable。Damadian还是首先在人体活组织中进行T1测量的学者。Damadian提出了测量质子密度和弛豫时间的场聚焦法(Field

Focusing

NuclearMagnetic

Resonance)，即FONAR法。它通过衰减扫描野以外所有区域的静磁场，从而获得限定点的信号。Damadian

and

his

ImdomitableLauterbur在纯物质波谱分析方面取得了巨大成就。Lauterbur推测，如果在置有样品的强磁场上叠加一可控的弱梯度场，同一频率成像层可被隔离出来。Paul

C.

Lauterburtissue.generating

imagesusing

NMR

gradients.141980年前后，欧美等发达国纷纷投入力量从事MRI系统的研制，开展了MRI设备商品化的工作。商家的介入，有力地推动了MRI的医学应用，同时降低了设备成本。当时研制或生产MR成像设备的厂家有：

–

美

国

Technicare

、

GE

、

FONAR

、

Picker

、––––Diasonic；德国的Siemens，Bruker公司；以色列的Elscint公司；荷兰的Philips公司；日本的东芝、岛津、日立等公司。1982年底，许多医院和研究单位安装了MRI设备。1983年经过对MRI设备软、硬件的反复改进，空间分辨力达到1mm以下，成像时间降至数分钟。1982-1983年间，美、德、日等国都通过MR的临床试用证明这一技术已趋于成熟。尽管MR设备非常昂贵，但它的成功引起了整个科学界、卫生界和公众的关注。500400300200100

01984年发达国家出现“NMR”购买狂。

900

800

700

6001984年1985年1986年MR台数1985年，南方医院引进我国第一台MRI设备，也是东南亚第一台。1998年世界磁共振成像年磁共振的发展前途无量——杨振宁（1984年）

Timeline

of

MR

Imaging1920193019401950196019701980199020001924

-

Pauli

suggeststhat

nuclear

particles

may

have

angularmomentum

(spin).

1937

–

Rabi

measures

magnetic

moment

ofnucleus.

Coins

“magnetic

resonance”.

1946

–

Purcell

shows

that

matter

absorbs

energy

at

a

resonant

frequency.

1946

–

Bloch

demonstrates

thatnuclear

precessioncan

be

measured

in

detector

coils.

1959

–

Singer

measuresblood

flowusing

NMR

(in

mice).1973

–

Mansfield

independently

publishesgradient

approach

to

MR.

1975

–

Ernst

develops

2D-

Fourier

transform

for

MR.

1990

–

Ogawa

and

colleaguescreate

functional

images

using

endogenous,

blood-

oxygenation

contrast.

1972

–

Damadian

patents

idea

for

large

NMR

scanner

1985

–

Insurance

to

detect

malignant

reimbursements

for

MRI

exams

begin.

1973

–

Lauterbur

MRI

scannerspublishes

method

for

become

clinically

prevalent.

NMR

renamed

MRI2003年诺贝尔生理学或医学奖：Peter

Mansfieldof

the

University

of

Nottingham;

Paul

C.Lauterbur

of

the

University

of

Illinois

Nobel

Prizes

for

Magnetic

Resonance1944:

Rabi

Physics

(Measured

magnetic

moment

ofnucleus)1952:

Felix

Bloch

and

Edward

Mills

PurcellPhysics

(Basic

science

of

NMR

phenomenon)1991:

Richard

ErnstChemistry

(High-resolution

pulsed

FT-NMR)2002:

Kurt

WüthrichChemistry

(3D

molecular

structure

in

solutionby

NMR)2003:

Paul

Lauterbur

&

Peter

MansfieldPhysiology

or

Medicine

(MRI

technology)贝斯达（深圳）万东医疗（北京）15国际知名MR生产商

GE

Philips

SiemensSigna

Profile/i

0.2

Signa

MR/i

1.0/1.5

Signa

VH/i

3.0GE

第一代

1993年头部研究第二代1998年第三代2003年第四代2004年HDMR-PET型

全身应用和科研部分体部应用

GE公司的3T设备MAGNETOM

Symphony

1.5MAGNETOM

Allegra

3.0MAGNETOM

Trio

3.0

Siemens东软（沈阳）

我国磁共振生产厂商情况

卡勒福（上海）安科（深圳）迈迪特(西门子

深圳）

鑫高益（宁波）

嘉恒（温州）

奥泰（成都，美资）

……新奥博为（廊坊）许多厂家的产品已推

向世界短梯度线圈真空隔绝腔长梯度线圈16安科

Open

Mark

II西门子迈迪特

NOVUS万东i-Open

0.36T贝斯达BASDA

0.5T成都奥泰

Centauri

1.5T东软

NSM-S15

(Sparkler

1.5T)东软SUPEROPEN

0.35T宁波

鑫高益

OPER-0.5

上海卡勒福

OPM50I温州

嘉恒

JC35P-0.35T

四

总结和展望MRI技术飞速发展，高性能梯度场、开放型磁体、软线圈、相控阵线圈、多源MR以及计算机网络的应用，显示出MRI系统的硬件发展趋势。MRA、心脏MRI、电影MRI、快速与超快速成像、准实时动态MRI，功能成像和MRI介入、融合技术等也相继出现。双梯度线圈设备件双梯度线圈硬件结构两套独立的梯度线圈梯度线圈抗干扰屏蔽系统真空隔绝腔双梯度特有机电柜GE

双梯度系统不同靶器官采用不同的设计线圈单元高密度GE17

MR

诊

断

与

治

疗

相

结

合GE

Simens:矩阵线圈技术

Matrix

Coils-体部

#RF通道：多车道高速公路4，8,

16,

18Philips：FreeWave

自由浪潮技术

基于RF数据采集系统、高线性

梯度系统、可变参数的多通道

架构和3MHz带宽的通道技术

可扩展

16

通道架构16通道

SENSE

神经/血管线圈8通道

SENSE

头线圈8通道

SENSE

膝关节线圈Philips3.0T多源MRI提高图像对比度

消除抗电效应伪影提升扫描速度单源多源18

iMRI•

Intraoperative

Magnetic

Resonance

Imaging•

RSNA

2009~~~IMRISNeuro磁共振手术室•手术室和诊断室之间由屏蔽门相隔•一边是一个手术间，平常一般手术均可在此进行。另一边是一台磁共振机及其控制室。•磁共振机通过天花板上的轨道移行至手术间，对术中的患者行磁共振检查。20301医院神经外科小组于

于2009.2.23进行了第一次运作，并在第一周内完成了五次操作。2009.4.5来自世界各地的神经外科医生聚集在301医院，参加了中国第一个关于术中

中MRI的国际会议

–

这是

是IMRISneuro整套设备的一次官方展示，是中国第

一台整合MRI成像于术中的设备（1.5T大口径磁体）

–

IMRISneuro不仅给手术组提供了高品质的图像，且在

这个过程的前中后都无需移动病人。超过150名会议

代表还现场观看了在肿瘤切除术中如何使用此种新系

统。全球神经外科主席于柏楠博士说：“ＩＭＲＩＳ大大提高了我们神经外科手术的水平，，此系统直接有助于我们建立成世界级设备医院！2009.4.15

复旦大学上海华山医院引进了新版3.0T的IMRISneuro——一个完全集成手术室，除之前功能外，该项目还包括了一个完全集成了外科信息的管理系统

统IMRIStrix继301医院

院1.5T

IMRISneuro后IMRIS在中国的第二个项目！Concept

of

integrated

MR/Linac

system

Cylindrical

1.5T

closed-

bore

MRI

Linac

in

z=0

plane

outside

magnet

MR

parts

transparent

to

beam

Field-sensitive

Linac

components

to

be

located

in

low-field

zone

Proper

RF

shield

between