2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、磁共振成像,第十二章醫(yī)用磁共振成像設(shè)備,磁共振的含義:磁:成像的靶子和整個成像過程離不開磁場。共振:成像靶子主要為 H(奇數(shù))的能量吸收與釋放過程,即磁共振現(xiàn)象。成像:對成像物體進行空間的編碼。三維。,MR的基本原理 當處于磁場中的物質(zhì)受到射頻(RF)電磁波的激勵時,如果RF電磁波的頻率與磁場強度的關(guān)系滿足拉莫爾方程,則組成物質(zhì)的一些原子核會發(fā)生共振,即MR。 此時,原子核吸收了R

2、F電磁波的能量;當RF電磁波停止激勵時,吸收了能量的原子核又會把這部分能量釋放出來,即發(fā)射MR信號。,一、歷史,1946 年美國哈佛大學(xué)的 E。珀塞爾及斯坦福大學(xué)的 F。Bloch 領(lǐng)導(dǎo)的兩個研究小組各自獨立地發(fā)現(xiàn)了磁共振現(xiàn)象,由此珀塞爾和 Bloch 共同獲得 1952 年諾貝爾物理學(xué)獎。1971 年美國紐約州立大學(xué)的 R。Damadian 利用磁共振波譜儀對小鼠研究發(fā)現(xiàn),癌變組織的 T1,T2 弛豫時間值比正常組織長。1972

3、年美國紐約州立大學(xué)的勞伯特提出了重建 mri 圖象的方法,把 mri 原理和空間各點的編碼技術(shù)結(jié)合,用一定的方法使空間各點磁場強度有規(guī)律的變化。1973 年美國紐約州立大學(xué)的 Lauterbur 利用梯度磁場進行空間定位,獲得兩個充水試管的第一幅磁共振圖像。,第一節(jié) 概述,1978 年英國取得了第一幅人體頭部的磁共振圖像。1980 年磁共振開始應(yīng)用于臨床。1984 年磁共振獲得美國食品藥物管理局正式批準應(yīng)用于臨床。 MRI

4、技術(shù)得到很大發(fā)展 EPI技術(shù)、單次激發(fā)EPI、磁共振血管成像、FMRI技術(shù)、 磁共振介入,主要特點及臨床應(yīng)用,特點1、無電離輻射危害2、多參數(shù)成像3、高對比成像4、MRI設(shè)備具有任意方向斷層的能力5、無須使用對比劑直接顯示心臟和血管結(jié)構(gòu)6、無骨偽影干擾,后顱凹顯示清楚。7、可進行功能、組織化學(xué)和生物化學(xué)方面的研究,臨床應(yīng)用的局限性1、成像速度慢2、對鈣化灶和骨皮質(zhì)病灶不夠敏感3、禁忌癥較多4、圖像易

5、受多種偽影影響,按成像范圍分類1、試驗用;2、局部;3、全身MRI設(shè)備按住磁場分類1、永磁型;2、常導(dǎo)型;3、超導(dǎo)型按住磁場強度分類低、中、高、超高按臨場應(yīng)用分類診斷用;介入治療專用;外科術(shù)前定位和計劃制定用;陰道超聲聚焦腫瘤治療MRI設(shè)備;放療定位MRI設(shè)備。,分類,主要由主磁體、梯度線圈、RF線圈、計算機與控制臺和檢查床等組成,結(jié)構(gòu),主磁體,低場:≦ 0.3T中場:0.3T~1.0T高場:>1.0T,性能指標,磁場

6、強度 MRI設(shè)備的靜磁場強度磁場強度的高低對圖像質(zhì)量的影響:1、對信噪比的影響:磁場強度↑,信號強度↑,信噪比↑。但不呈線性。2、對對比度的影響:磁場強度↑,T1變長,必須加長TR才能獲得高對比度的T1圖像;對T2影響不大。3、化學(xué)位移產(chǎn)生的影響:磁場強度↑,化學(xué)位移↑。4、體動的偽影:磁場強度↑,共振頻率↑,自旋↑,相同的體動的相位漂移↑,體動偽影↑。 無論體動發(fā)生在哪個方向,造成的偽影一定在相位方向。5

7、、化學(xué)位移的偽影:磁場強度↑共振頻率↑化學(xué)位移的偽影↑,磁場均勻性 磁場均勻度在很大程度上決定著圖像質(zhì)量的好壞!可引起圖像的信噪比(S/N)、空間分辨力(SR)和有效視野(FOV)的幾何變形。 常用磁場不均勻度(ppm)衡量。磁場均勻度越差,幾何變形越大。 ( ppm,百萬分之一)磁場的穩(wěn)定性 受磁體附近鐵磁性物質(zhì)、環(huán)境溫度、勻場電源飄逸等因素的影響,磁場的均勻性或B0也會發(fā)生變化,即磁場漂移。保證圖像的一致

8、性和可重復(fù)性的重要指標。1~2小時內(nèi),磁場漂移應(yīng)小于2ppm,1~8小時,10ppm。,主磁體,永久磁體材料:鐵氧體或釹鐵結(jié)構(gòu):環(huán)形或軛形特點:造價低,場強最大0.1~ 0.4T 、功率小、維護費用低、安裝面積相對小,可做成開放式磁體(便于介入治療) 均勻度欠佳、穩(wěn)定性易受溫度變化(需恒溫,32.5°高于室溫),主磁體,常導(dǎo)磁體材料:銅或鋁結(jié)構(gòu):亥姆赫茲線圈(四線圈或六線圈)特點:場強(空氣冷 0.15T,水冷

9、 0.2T),磁體的屏蔽非常重要、造價低、不用時可以停電,不能滿足中高場及高均勻度的要求。,距離=半徑,主磁體,超導(dǎo)磁體材料:鈮和鈦的合金( 0.1 毫米 30 條直徑埋在 2 毫米的銅導(dǎo)線中作為超導(dǎo)導(dǎo)線)結(jié)構(gòu):四或六線圈,或螺線管冷卻劑:液氮、液氦勻場:有源勻場、無源勻場特點:場強高、穩(wěn)定性好、均勻度好、但技術(shù)復(fù)雜、成本高,,超導(dǎo)磁體外形,超導(dǎo)磁體,,磁體孔內(nèi)外徑之間依次安放超導(dǎo)線圈、勻場線圈、梯度線圈和射頻線圈。,高斯線分

10、布(P302),超導(dǎo)磁體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由容器、浸泡在液氦中的超導(dǎo)線圈、底座以及頂部的輸液管口、氣體蒸發(fā)通道、電流引線等組成。,超導(dǎo)磁體特性:場強高;穩(wěn)定性和均勻度好;可開發(fā)更的的臨床應(yīng)用功能;缺點是技術(shù)復(fù)雜、成本高。,磁共振成像系統(tǒng)的質(zhì)量保證體系,磁屏蔽、射頻屏蔽、冷水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng),電源系統(tǒng)等外圍設(shè)備構(gòu)成了磁共振成像系統(tǒng)的保障體系,磁場與環(huán)境的相互影響:磁體所產(chǎn)生的磁場,向空間各個方向散布,稱為雜散磁場。它的強弱與空間位置有關(guān)。常

11、用等高斯線圖來形象地表示雜散磁場的上述分布。,磁共振成像磁場對環(huán)境的影響,當雜散磁場的場強達到一定程度時,可能干擾周圍環(huán)境中磁敏感性強的設(shè)備,影響正常工作。這種影響通常在 5 高斯線內(nèi)區(qū)域非常明顯。,雜散磁場對部分醫(yī)療設(shè)備的影響,磁共振成像系統(tǒng)的部分磁場干擾源,磁屏蔽的分類,可分為有源和無源兩種:有源屏蔽 (活躍的盾)是由一個線圈或線圈系統(tǒng)組成的磁屏蔽。與工作線圈 (內(nèi)線圈)相比,屏蔽線圈可稱為外線圈。這種磁體的內(nèi)線圈中通以正向電流,

12、以產(chǎn)生所需的工作磁場;外線圈中通以反向電流,以產(chǎn)生反向的磁場來抵消工作磁場的雜散磁場,達到屏蔽的目的。,磁屏蔽的分類,無源屏蔽 (消極的盾)使用的是鐵磁性屏蔽體,即上面所說的軟磁材料罩殼。無源磁屏蔽可分為下述 3 種:(1) 房屋屏蔽:在磁體室上下及四周墻體鑲?cè)?厚鋼板,構(gòu)成封閉的磁屏蔽間。用材多 (十噸左右),價格昂貴。(2) 定向屏蔽:若雜散磁場的分布僅在某個方向超出了規(guī)定的限度 (如 5 高斯),可在該方向的墻壁中安裝屏蔽物,

13、形成定向屏蔽。此法適用于磁共振成像室和 CT 室共用一建筑物的情形。(3) 自屏蔽 (自我 shelding 的):是指僅在磁體周圍安裝鐵磁材料屏蔽體的屏蔽方法。效果較好,體積大而重。,勻場技術(shù),分無源勻場和有源勻場無源勻場:在磁體內(nèi)壁放置一些鐵片來提高磁場均運行的方法。磁體激勵→測量場強數(shù)據(jù)→計算勻場參數(shù)→去磁→貼補鐵片→。 反復(fù)進行。有源勻場:通過適當調(diào)整勻場線圈的電流強度,使其周圍的局部磁場發(fā)生變化,來調(diào)整主磁場

14、的均勻性。(GE,16個勻場線圈)無源、有源并用;無源是基礎(chǔ)。,梯度場系統(tǒng),梯度磁場系統(tǒng)是指與梯度磁場有關(guān)的一切單元電路。其功能是:為系統(tǒng)提供線性度滿足的要求、可快速開關(guān)的梯度場,以提供MR信號的空間位置信息,實現(xiàn)成像體素的空間定位。此外,在梯度回波和其他一些快速成像序列中,梯度場的翻轉(zhuǎn)還起著RF激發(fā)后自旋系統(tǒng)的相位重聚作用。,MRI設(shè)備的分辨力高,通過調(diào)整梯度場,可直接攝取橫、冠、矢狀層面和斜位等不同體位的體層圖像,梯度場系統(tǒng),硬件

15、部分由梯度控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、梯度放大器和梯度線圈構(gòu)成。,梯度場系統(tǒng),一、梯度磁場的產(chǎn)生梯度場給MR信號定位。用三個方向的梯度場,Gx;Gy;Gz頻率編碼梯度場 GX,相位編碼梯度場 GY,選層梯度場 GZ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,均勻靜磁場,梯度場,渦流對梯度的影響當梯度電流導(dǎo)通或切斷時,變化的磁場在周圍導(dǎo)體中感應(yīng)出感生電流,此感生電流在金屬體內(nèi)環(huán)形流動。稱為渦流。渦流的強度與磁

16、場的變化率成正比。渦流所產(chǎn)生的 熱量,稱渦流損耗。渦流也會產(chǎn)生變化的磁場,其方向與梯度磁場相反,會消弱梯度磁場。渦流補償可以通過RC電路使梯度脈沖電流產(chǎn)生畸變,因而產(chǎn)生所期望的梯度脈沖波形。,,,,,,,,,,,,,梯度線圈X軸、Y軸、Z軸的三個梯度線圈的工作原理相同,但實現(xiàn)起來是不同的。梯度線圈分為:直線型、鞍型、螺線型及平面型。,,,,X,Y,,,,,a.b,-a.b,a.-b,-a.-b,直線系統(tǒng),,,回路設(shè)計1)回路和導(dǎo)

17、線與Z軸夾角相同,結(jié)構(gòu)緊湊、梯度減小2)回路和導(dǎo)線與X軸夾角分別為67.5和22.5度,梯度增大3)回路是矩形或半圓形,鞍型線圈兩對、四對鞍型線圈,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Z,,,,,,,,,,,,L,d,,,2α,φ,,,技術(shù)參數(shù):磁場梯度、梯度切換率、工作周期、有效容積及線性。磁場梯度:即梯度磁場的強度。表征梯度場系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場隨空間的變化率。梯度切換率:梯度場上升、下降的時間。切換率

18、高,信噪比就高。工作周期:梯度場工作時間占TR時間的百分數(shù)。,四、射頻場系統(tǒng),射頻場系統(tǒng)包括射頻脈沖發(fā)射系統(tǒng)和射頻信號接收系統(tǒng)兩部分。用于建立RF場的RF線圈叫發(fā)射線圈。用于檢測MR信號的RF線圈叫接收線圈,,,發(fā)射線圈發(fā)射線圈用來產(chǎn)生RF磁場,必須讓RF功率放大器的輸出電壓加到線圈的兩端,使使發(fā)射線圈共振于RF頻率,這樣線圈流過的電流最大,產(chǎn)生的RF磁場也最大。下圖:線圈與電容的諧振電路。線圈L與電容C2并聯(lián),當滿足

19、共振條件時,即產(chǎn)生諧振,線圈中的電流將是總電流的Q倍。由于發(fā)射線圈電阻很小,Q值為幾十~幾百。,○,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,C2,C1,發(fā)射線圈的類型:圓形線圈;鞍形線圈;螺線管線圈;低頻鳥籠式線圈;高頻鳥籠式線圈。,磁共振成像卷,高頻鳥籠式線圈,發(fā)射通道:具有形成RF脈沖形狀、對脈沖進行衰減控制、功率放大和監(jiān)視等功能。1、頻率合成器:發(fā)射部分需要一路中頻信號和一路同中頻進行混頻的信號;接收部分需

20、要用到兩路具有90°相位差的中頻信號,和用于混頻的一路RF信號;整個RF部分的控制還要一個公用的時鐘信號。這些都有頻率合成器來產(chǎn)生。2、發(fā)射混頻器:它通過兩種信號混頻,產(chǎn)生RF信號,同時通過門控電路形成RF脈沖波形。3、發(fā)射調(diào)制器:對RF信號進行幅度調(diào)制。,4、功率放大器:將RF信號由0.5V,1mW左右,放大到足夠大的功率。,,,30w,,,功率分解,,,,,,,600w,600w,,,,,,功率合成,,,10kw,,放

21、大器,放大器,放大器,5、發(fā)射控制器:控制、協(xié)調(diào),接受線圈與接收通道接受線圈:用于接收人體所產(chǎn)生的MR信號??梢院桶l(fā)射線圈使用同一線圈,也可獨立使用。線圈越接近人體組織接收的信號越強;線圈越小、噪聲越小。常用一些專用線圈:頭部線圈,關(guān)節(jié)表面線圈,脊柱相控陣線圈等。,接收通道MR信號的感生電流很小,必須經(jīng)接收通道放大、混頻、濾波、檢波、A/D轉(zhuǎn)換等一系列處理后才能送到計算機。,接收線圈,前置放大器,混頻器,中頻濾波器,相敏檢波

22、器,低頻放大器,A/D轉(zhuǎn)換器,,,,,,,相敏檢波器,,,,,低頻放大器,,A/D轉(zhuǎn)換器,,,1、前置放大器:位于開端,要求匹配,尤其要低噪。2、混頻器與濾波器 混頻器: 將信號頻譜搬移到中頻上。 濾波器:濾除不必要的頻率組合,濾噪。3、相敏檢波器:從來自中頻濾波電路的中頻信號中檢測出低頻MR信號。4、低頻放大與低通濾波5、ADC—A/D,,五、計算機系統(tǒng),主計算機系統(tǒng):由主機、磁盤存儲器、光盤存儲

23、器、控制臺、主圖像顯示器、輔圖像顯示器、網(wǎng)絡(luò)適配器以及測量系統(tǒng)的接口部件等組成。,射頻發(fā)射,,射頻線圈,,射頻接收,,梯度形成,,梯度放大與線圈,,射頻控制,,梯度控制,,,,,,計算機,重建控制,顯示控制,陣列機AP,顯示設(shè)備,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(計算機功能框圖),梯度場控制每個梯度場都有一定的形狀,并且X、Y、Z三個方向的梯度之間有嚴格的時序關(guān)系,必須用計算機控制。直接控制:間接控制:,,,,

24、,CPU,緩存器,D/A,梯度驅(qū)動,,,,,梯度存儲器,,,緩存器,D/A,,,,,CPU,,計算機,,,,,,梯度驅(qū)動,解放了CPU,射頻脈沖的控制根據(jù)成像方法的需要,MRI以一定的時間間隔,產(chǎn)生一定形狀的RF脈沖波。包括:RF脈沖波形成、相位控制、脈沖開關(guān)等。(還包括RF接收的衰減及濾波控制),,,,,,,,,,,,,,計算機,RF地址計數(shù)器,數(shù)據(jù)寄存器,RF存儲器,RF數(shù)據(jù)鎖存儲器,DAC,圖像重建IOP 輸

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