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医学影像MRI,CT和X-ray概述和成像原理

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2023-09-03
MRI概述 核磁共振成像(英语:Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称NMRI),又称自旋成像(英语:spin imaging),也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称MRI),台湾又称磁振造影,香港

MRI概述

核磁共振成像(英语:Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称NMRI),又称自旋成像(英语:spin imaging),也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称MRI),台湾又称磁振造影,香港又称磁力共振扫描,是利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,简称NMR)原理,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的结构图像。


成像原理

核磁共振成像 是随着电子计算机、电子学、电路学、超导体等技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理,故常将这门技术称为“磁共振成像”。

核磁共振成像的“核”指的是氢原子核,因为人体大约70%是由水组成的,MRI即依赖水中氢原子。

当把物体放置在磁场中,用适当的电磁波照射它,以改变氢原子的旋转排列方向,使之共振,然后分析它释放的电磁波,由于不同的组织会产生不同的电磁波讯号,经电脑处理,就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。

原子核在进动中,吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲,即外加交变磁场的频率等于拉莫频率,原子核就发生共振吸收,去掉射频脉冲之后,原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来,称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”

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MRI系统的组成

现代临床高场(3.0T)MRI扫描器

MRI是一台巨大的圆筒状机器,能在受检者的周围制造一个强烈磁场区的环境,借由无线电波的脉冲撞击身体细胞中的氢原子核,改变身体内氢原子的排列,当氢原子再次进入适当的位置排列时,会发出无线电讯号,此讯号借由电脑的接收并加以分析及转换处理,可将身体构造及器官中的氢原子活动,转换成2D影像,因MRI运用了生化、物理特性来区分组织,获得的影像会比电脑断层更加详细。


磁铁系统

静磁场:又称主磁场。当前临床所用超导磁铁,磁场强度有0.2T到7.0T(特斯拉),常见的为1.5T和3.0T;动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度。另有匀磁线圈(shim coil)协助达到磁场的高均匀度。

梯度场(gradient coils):用来产生并控制磁场中的梯度,以实现NMR信号的空间编码。这个系统有三组线圈,产生x、y、z三个方向的梯度场,线圈组的磁场叠加起来,可得到任意方向的梯度场。


射频系统

射频(RF)发生器:产生短而强的射频场,以脉冲方式加到样品上,使样品中的氢核产生NMR现象。

射频(RF)接收器:接收NMR信号,放大后进入图像处理系统。


计算机图像重建系统

由射频接收器送来的信号经A/D转换器,把模拟信号转换成数字信号,根据与观察层面各体素的对应关系,经计算机处理,得出层面图像数据,再经D/A转换器,加到图像显示器上,按NMR的大小,用不同的灰度等级显示出欲观察层面的图像。


MRI的基本方法

选择梯度场Gz

相位编码和频率编码

图像重建

MRI在医学上的应用

检查目的

侦测及诊断心脏疾病、脑血管意外及血管疾病

胸腔及腹腔的器官疾病的侦测与诊断

诊断及评价、追踪肿瘤的情况及功能上的障碍

MRI被广泛运用在运动相关伤害的诊断上,对近骨骼和骨骼周围的软组织,包括韧带与肌肉,可呈现清晰影像,因此在脊椎及关节问题上,是极具敏感的检查。

因MRI没有辐射暴露的危险,因此经常被使用在生殖系统、乳房、骨盆及膀胱病的侦测及诊断上


磁共振成像的优点

与1901年获得诺贝尔物理学奖的普通X射线或1979年获得诺贝尔医学奖的计算机层析成像(computerized tomography, CT)相比,磁共振成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用核磁共振成像技术进行检查。具体说来有以下几点:


对软组织有极好的分辨力。对膀胱、直肠、骨、关节、肌肉等部位的检查比CT优胜;

各种参数都可以用来成像,多个成像参数能提供丰富的诊断信息,这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效。例如肝炎和肝硬化的T1值变大,而肝癌的T1值更大,作T1加权图像,可区别肝部良性肿瘤与恶性肿瘤;

通过调节磁场可自由选择所需剖面。能得到其它成像技术所不能接近或难以接近部位的图像。对于椎间盘和脊髓,可作矢状面、冠状面、横断面成像,可以看到神经根、脊髓和神经节等。不像CT只能获取与人体长轴垂直的横断面;

对人体没有电离辐射损伤;

原则上所有自旋不为零的核元素都可以用以成像,例如氢(1H)、碳(13C)、氮(14N和15N)、磷(31P)等。

MRI的缺点及可能存在的危害

虽然MRI对患者没有致命性的损伤,但还是给患者带来了一些不适感。在MRI诊断前应当采取必要的措施,把这种负面影响降到最低限度。其缺点主要有:


和CT一样,MRI也是解剖性影像诊断,很多病变单凭核磁共振检查仍难以确诊,不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断;


对肺部的检查不优于X射线或CT检查,对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越,但费用要高昂得多;


对胃肠道的病变不如内窥镜检查;


扫描时间长,空间分辨力不够理想;


由于强磁场的原因,MRI对诸如体内有磁金属或起搏器的特殊病人不能适用。

【本文转自:日本cn2服务器 http://www.558idc.com/jap.html提供,感恩】
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