MRI设备是利用生物体的磁性核(主要是氢核)在磁场中所表现出的MR特性来进行成像的设备。随着超导技术、磁体技术、电子技术、计算机技术和材料科学的进步,MRI设备得到飞速的发展。它是评价医院综合能力的一项重要指标,也是医院现代化程度和诊断水平的标志。
MR现象于1946年次由布洛赫(F.Bloch)领导的斯坦福大学研究小组和伯塞尔(E.Purcell)领导的哈佛大学研究小组分别在水与石蜡中独立地观察到。因此,布洛赫和伯塞尔共同获得了1952年的诺贝尔物理学奖。随后,人们利用MRI技术进行了多领域的应用。MRI设备早期集中在物理和化学方面,用来确定化学成分、分子结构和反应过程。1967年,次用MRI设备测试人体活体。
1971年,达马丁(Damadian)发现了MRI的一个重要参数-T1。肿瘤组织的T1值远大于相应正常组织的T1值。此结果预示着MRI设备在医学诊断中的广阔应用前景。
1973年,受CT图像重建的启示,纽约州立大学的劳特布尔(Lauterbur)在《Nature》杂志上发表了MRI设备空间定位方法(均匀静磁场上迭加梯度磁场)。利用MRI模型(两个并排在一起的充水试管)的四个一维投影,成功的获得了幅MRI模型的二维图像。
1974年,曼斯菲尔德(Mansfield)研究出脉冲梯度法选择成像断层的方法。
1975年,恩斯特(Ernst)研究出相位编码的成像方法。
1977年,爱特斯坦(Edelstein)、赫切逊(Hutchison)等研究出自旋扭曲(Spin Warp)成像法。
1977年,达马丁完成了首例动物活体肿瘤检测成像,并获得首张人体活体MRI设备图像。
1980年,阿勃亭(Aberdeen)领导的研究小组发表了利用二维傅立叶变换对图像进行重建的成像方法。该成像方法效率高、功能多、形成的图像分辨力高、伪影小,目前医用MRI设备均采用该算法。
1983年,MRI设备进入市场。
MRI设备具有对软组织成像好的优点。把大量的波谱分析技术运用到医用MRI设备上,使MRI设备不仅可获得解剖学信息,而且可获得其他方面的信息,如生理和生化方面的信息。
MRI设备根据用途不同,可分为两大类:
1.临床应用型:其主磁体磁场强度在0.2~0.5T以下;
2.临床研究型:其磁场强度在1.0~1.5T以上。
MRI设备根据磁场的产生方式不同,可分为三大类:
1.超导型:超导型MRI设备由主磁体(含冷却装置)、扫描床、梯度线圈、射频(radio frequency,RF)线圈、谱仪系统、控制柜、人机对话的操作台、计算机和图像处理器等构成。超导型MRI设备的主磁场方向为水平方向。
2.永磁型:永磁型开放式MRI设备由主磁体、扫描床、谱仪系统、控制柜、操作台、计算机和图像处理器等构成。永磁型MRI设备的主磁场方向为垂直方向。
3.常导型:常导型MRI设备和永磁型MRI设备的基本构成是:主磁体、扫描床、谱仪系统、控制柜、操作台、计算机和图像处理器等。
MRI设备包括5个系统:磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机及数据处理系统以及辅助设备部分。kkk影像园XCTMR.com
磁体分常导型、永磁型和超导型三种,目前常用的有超导型磁体和永磁体。磁体性能的主要参数有磁场强度、磁场均匀性、磁场稳定性等。常导型的线圈用铜、铝线绕成,磁场强度可达0.15T~0.3T;永磁型的磁体由磁性物质制成的磁砖所组成,较重,磁场强度偏低,可达0.3T;超导型的线圈用银一钛合金线绕成,医用MR设备所用的磁场强度一般为0.35T~ 3.OT。 梯度系统由梯度放大器及X、Y、Z三组梯度线圈组成。它的作用是修改主磁场,产生梯度磁场。其磁场强度虽只有主磁场的几百分之一,但梯度磁场为人体MRI信号提供了空间定位的三维编码的可能。由于对图像空间分辨力的要求越来越高,故对梯度磁场的要求也高,目前梯度系统提供的梯度场强已高达 60MT/M。kkk影像园XCTMR.com
射频系统用来发射射频脉冲,使磁化的氢质子吸收能量而产生共振。在弛豫过程中氢质子释放能量并发出MRI信号,后者被检测系统接收。射频系统主要由发射与接收两部分组成,其部件包括射频发射器、功率放大器、发射线圈、接收线圈以及噪声信号放大器等。kkk影像园XCTMR.com
MRI设备中的计算机系统主要包括模/数转换器、阵列处理机及用户计算机等。其数据采集、处理和图像显示,除图像重建由傅里叶变换代替了反投影外,其它与CT设备非常相似。
MRI设备的优点为:
1、多参数成像,可提供丰富的诊断信息;
2、人体氢核含量高,高对比成像;
3、任意方位体层、三维成像;
4、不用对比剂,就可进行磁共振血管造影;
5、无骨伪影干扰,后颅凹病变清晰可辨;
6、无电离辐射;
7、可使MRI设备用于介入治疗,建立智能手术室,进行手术导航。
MRI设备的缺点为:
1、扫描速度慢;
2、易出现运动、流动伪影;
3、定量诊断困难;
4、对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感;
5、禁忌症多。
1.组织参数 它是人体的内在信息参数。组织参数主要有质子密度(ρ)、纵向驰豫时间(T1)、横向驰豫时间(T2)、化学位移(σ)、液体流速(v)和波动。其中,组织参数ρ、T1和T2决定图像信号的密度。组织参数σ决定水与脂肪的分离成像,能引起化学位移伪影。组织参数v和波动可用来进行血管成像,能引起运动伪影。
2.设备参数 它是成像所依赖的设备及成像过程的测量条件参数。设备参数主要有磁场强度、梯度磁场强度和切换率、线圈特性(包含发射和接收)、测量条件。根据诊断目的的不同,可以选择不同的参数来产生所需要的MRI图像,具体参数的选择如下:
重复时间(time of repetition,TR)、回波时间(time of echo,TE)和反转时间(time of inversion,TI)决定图像的性质。即图像的权重。层厚、平均采样次数、像素尺寸、有效视野和层数决定扫描区域并控制图像信号的密度。各种应用软件可获得不同性质和不同区域的MRI图像,而且成像速度快、有效抑制伪影、功能完善。
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