影像设备知识点二

1、影像设备学（二）影像设备学（二）一一一一二、二、计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统：由图像重建单元、磁盘机、计算机和图像重建系统：由图像重建单元、磁盘机、D/A 转换器（转换器（DAC）等组成。）等组成。 CT 用计算机的功能：用计算机的功能： 控制整个控制整个 CT 系统的运行；系统的运行； 图像重建；图像重建； 图像处理；图像处理； 故障的诊断与分析故障的诊断与分析；2 CT 用计算机的结构：包括四个部分：用计算机的结构：包括四个部分：控制部分：控制扫描和数据采集；控制部分：控制扫描和数据采集；图像重建单元：负责图像的重建运算，由阵列处理机来完成；图像重建单元：负

2、责图像的重建运算，由阵列处理机来完成；图像显示：完成图像数据的缓存和图像的显示；图像显示：完成图像数据的缓存和图像的显示；数据存储：完成原始数据和图像数据的存储。数据存储：完成原始数据和图像数据的存储。3.CT 用计算机的特点：用计算机的特点：足够大的内存空间；足够大的内存空间；大容量的运算能力；大容量的运算能力；运算精度要高；运算精度要高； 运算速度要快；运算速度要快；控控制效率要高；制效率要高；具有一定的通用性。具有一定的通用性。4.图像重建单元图像重建单元又称快速重建单元又称快速重建单元（FRU） ，采用专用计算机采用专用计算机（阵列处理机阵列处理机）来执行图像重建和处理任务来执行图像重

3、建和处理任务。阵阵列处理机与主控计算机相连，其本身不能独立工作，需要在主控计算机的控制下进行图像重建和处理。阵列处理机由列处理机与主控计算机相连，其本身不能独立工作，需要在主控计算机的控制下进行图像重建和处理。阵列处理机由许多微处理器组成，每个微处理器都有自己的运算器、指令存储器和数据存储器，并按一定的顺序并行工作，互不干许多微处理器组成，每个微处理器都有自己的运算器、指令存储器和数据存储器，并按一定的顺序并行工作，互不干扰。扰。5.计算机控制计算机控制 计算机控制主要是对扫描进行控制，它分别对扫计算机控制主要是对扫描进行控制，它分别对扫描架、扫描床、数据处理装置进行控制。现代描架、扫描床、数

4、据处理装置进行控制。现代 CT 中的计算机结构多中的计算机结构多采用多通道技术，目的是为了提高处理速度和运算能力。多采用多采用多通道技术，目的是为了提高处理速度和运算能力。多采用多通道技术通道技术串行处理方式、并行处理方式、分步式处理方式。串行处理方式、并行处理方式、分步式处理方式。计算机控制的关键是对扫描的工作过程和时序进行控制计算机控制的关键是对扫描的工作过程和时序进行控制。控制分别。控制分别采用集中控制方式和分散控制方式。目前多采用分散控制方式。采用集中控制方式和分散控制方式。目前多采用分散控制方式。6.CT 软件分为：基本功能软件和专用功能软件。软件分为：基本功能软件和专用功能软件。基

5、本功能软件：指各类基本功能软件：指各类 CT 都需要具有的扫描、诊断、都需要具有的扫描、诊断、显示和记录、图像处理和故障诊断等软件。显示和记录、图像处理和故障诊断等软件。专用功能软件：专用功能软件： 动态扫描软件动态扫描软件 快速连续扫描软件快速连续扫描软件 定位扫描软件定位扫描软件 目标扫描软件目标扫描软件 平滑滤过软件平滑滤过软件 三维图像重建软件三维图像重建软件 高分辨率软件高分辨率软件 定量定量 CT（QCT）软件）软件 氙气增强氙气增强 CT 扫描软件扫描软件三、三、图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统：由接口电路、图像显示器、多幅相机、硬盘、刻录光盘组成。图像显示

6、和存储系统：由接口电路、图像显示器、多幅相机、硬盘、刻录光盘组成。（一）图像显示（一）图像显示1.原理：将二维数字矩阵（数字图像）中的各象素（原理：将二维数字矩阵（数字图像）中的各象素（CT 值）转换为相应的二维模拟矩阵（模拟图像）中的灰阶。值）转换为相应的二维模拟矩阵（模拟图像）中的灰阶。2.装置装置：通常使用黑白监视器通常使用黑白监视器，显示矩阵多采用显示矩阵多采用 512512 （712bit） 。目前常用目前常用 1280 1024 显示矩阵的大屏幕监显示矩阵的大屏幕监视器。视器。（二）图像存储（二）图像存储1. 软存储软存储：就是将数字图像拷贝到磁带就是将数字图像拷贝到磁带、磁盘磁盘

7、、光盘上光盘上。优点优点：可方便地进行图像处理和转换可方便地进行图像处理和转换，缩小空间缩小空间，便于保存便于保存。2. 硬存储：就是将数字图像拷贝到胶片上。优点：照片图像直观、分辨率高，便于诊断和携带。硬存储：就是将数字图像拷贝到胶片上。优点：照片图像直观、分辨率高，便于诊断和携带。第三节第三节螺螺 旋旋CT概概 述述螺旋螺旋 CT 是在普通是在普通 CT 的基础上利用滑环技术而发展起来的容积扫描。的基础上利用滑环技术而发展起来的容积扫描。它是它是 CT 扫描床匀速运动的同时，扫描床匀速运动的同时，X 线管及探测器绕人体连续的匀速旋转并采集数据，使线管及探测器绕人体连续的匀速旋转并采集数据，

8、使 X 线管绕人体旋转的轨迹呈线管绕人体旋转的轨迹呈螺旋状，因此而得名螺旋螺旋状，因此而得名螺旋 CT。它使。它使 X 线管和探测器单向连续旋转成为现实，实现了快速扫描。线管和探测器单向连续旋转成为现实，实现了快速扫描。一、螺旋扫描的特点一、螺旋扫描的特点： （1）容积扫描容积扫描：扫描范围大，连续的容积数据，避免了病灶被漏掉；：扫描范围大，连续的容积数据，避免了病灶被漏掉；影像设备学（二）影像设备学（二）二二二二（2）回顾性重建：可以在不同的位置、以不同的层距进行任意多次重建，提高了病灶的检出率；）回顾性重建：可以在不同的位置、以不同的层距进行任意多次重建，提高了病灶的检出率；（3）内插重建

9、：螺旋扫描层面内的数据不完整，需要使用线性内插重建来进行补充、校正。）内插重建：螺旋扫描层面内的数据不完整，需要使用线性内插重建来进行补充、校正。线性内插法：线性内插法：360线性内插法和线性内插法和 180线性内插法。线性内插法。360线性内插法：与常规线性内插法：与常规 CT 相比，噪声降低了相比，噪声降低了 1718%，但层灵敏度曲线（，但层灵敏度曲线（slicesensitiveprofile，SSP）增宽，）增宽，降低了降低了 Z 轴分辨力。轴分辨力。180线性内插法：与常规线性内插法：与常规 CT 相比，噪声增加了相比，噪声增加了 1229%，但，但 Z 轴分辨力高于轴分辨力高于

10、360线性内插法。线性内插法。二二.螺旋扫描装置螺旋扫描装置滑环滑环（一）传统方式（一）传统方式传统传统 CT 机的供电方式机的供电方式电缆连接电缆连接。它包括它包括： （1） 高压电缆高压电缆X 线管及灯丝线管及灯丝（2） 控制电缆控制电缆传输计算机指令及传输计算机指令及各种参数（各种参数（3） 数据采集数据采集将采集的数据传给计算机（将采集的数据传给计算机（4） 驱动电缆驱动电缆驱动马达及其它用电驱动马达及其它用电以上几种电缆限制了以上几种电缆限制了 X 线管、探测器旋转的角度和速度，因而就限制了扫描速度。线管、探测器旋转的角度和速度，因而就限制了扫描速度。（二）（二）滑环技术滑环技术用滑

11、环和碳刷代替电缆的技术。用滑环和碳刷代替电缆的技术。由于所有电缆连接都由滑环与碳刷来完成，使由于所有电缆连接都由滑环与碳刷来完成，使 X 线管与探测器单向连续旋转成为现实。线管与探测器单向连续旋转成为现实。滑环由三部分组成滑环由三部分组成： （1） 传送设备操作与控制信号的低压环（传送设备操作与控制信号的低压环（2） 供应供应 X 线管与变压器电源的高压环（线管与变压器电源的高压环（3） 探测器探测器传送数据的数据环传送数据的数据环高压环根据电压的不同又分为高压滑环和低压滑环。高压环根据电压的不同又分为高压滑环和低压滑环。1. 低压滑环：用滑环技术对扫描机架内以低电压馈电而产生低压滑环：用滑环

12、技术对扫描机架内以低电压馈电而产生 X 线的方式。线的方式。特点特点： （1）电压低电压低，容易实现良好的绝缘容易实现良好的绝缘（2）数据传输性能较稳定数据传输性能较稳定（3）电流大电流大，容易产生电弧容易产生电弧（4）高压发生器内置高压发生器内置，增加了旋转部分的体积和重量，限制扫描速度。增加了旋转部分的体积和重量，限制扫描速度。2. 高压滑环：利用滑环技术将高压电馈入机架内以供高压滑环：利用滑环技术将高压电馈入机架内以供 X 线管产生线管产生 X 线的方式。线的方式。特点：特点： （1）高压发生器外置，不增加旋转部分的重量和体积，扫描速度快）高压发生器外置，不增加旋转部分的重量和体积，扫描

13、速度快； （2）电流小，滑环接触点处热量少（）电流小，滑环接触点处热量少（3）容易产生高压放电，产生高压噪音，影响数据传输容易产生高压放电，产生高压噪音，影响数据传输； （4） 对绝缘要求高。对绝缘要求高。螺旋螺旋 CT 的硬件和软件的硬件和软件由于螺旋扫描是由于螺旋扫描是 X 线管单向连续旋转并曝光线管单向连续旋转并曝光，探测器连续数据采集探测器连续数据采集，检查床连续移动检查床连续移动，图像连续重建图像连续重建，因此因此，对硬件对硬件和软件的要求更高。和软件的要求更高。1. 硬件特点：硬件特点： X 线管：功率要大（管电流大线管：功率要大（管电流大） ，热容量要高，散热要快；，热容量要高，

14、散热要快；探测器：稳定性要好，转换率高，也可以使用多排探测器；探测器：稳定性要好，转换率高，也可以使用多排探测器；机架与检查床：机架的孔径要尽可能大，增大倾角，检查床定位精度高，移动更平稳；机架与检查床：机架的孔径要尽可能大，增大倾角，检查床定位精度高，移动更平稳；控制台与计算机：控制台的操作更方便，计算机的容量要更大，显示矩阵最好使用控制台与计算机：控制台的操作更方便，计算机的容量要更大，显示矩阵最好使用 10241024 的显示器；的显示器；2.软件技术：三维重建软件包，智能扫描软件等的使用。软件技术：三维重建软件包，智能扫描软件等的使用。螺旋扫描中的有关参数螺旋扫描中的有关参数1、一般参

15、数一般参数（1）数据采集数据采集：单次螺旋扫描中收集的整个体积数据单次螺旋扫描中收集的整个体积数据； （2）周数周数：一次数据采集中一次数据采集中 X 线管的旋转周线管的旋转周次次； （3）螺距：）螺距：X 线管旋转一周时扫描床移动的距离线管旋转一周时扫描床移动的距离； （4）层厚：由准直器设定的）层厚：由准直器设定的 X 线束的厚度。线束的厚度。2、螺旋因子：螺距与扫描层厚之比。螺旋因子：螺距与扫描层厚之比。当扫描层厚一定的情况下，螺距越大，螺旋因子越大，扫描速度越快，获得的信息（数据）越少，图像质量越差。当扫描层厚一定的情况下，螺距越大，螺旋因子越大，扫描速度越快，获得的信息（数据）越少，

16、图像质量越差。螺旋度：螺旋因子乘以螺旋度：螺旋因子乘以 100%。成像范围：一次采集中成像的第一层面中点与最后一层中点之间的距离；总成像数：。成像范围：一次采集中成像的第一层面中点与最后一层中点之间的距离；总成像数：一次采集后所有的重建图像数；床移动范围：一次采集中检查床沿长轴方向移动距离之和。成像间隔：连续两幅重建一次采集后所有的重建图像数；床移动范围：一次采集中检查床沿长轴方向移动距离之和。成像间隔：连续两幅重建图像的层面中心点间的距离图像的层面中心点间的距离成像间隔与普通成像间隔与普通 CT 的层距既有区别，又有联系。的层距既有区别，又有联系。区别：成像间隔在扫描后可以改变后再进行图像重

17、建，而普通区别：成像间隔在扫描后可以改变后再进行图像重建，而普通 CT 的层距在扫描后不能更改。的层距在扫描后不能更改。联系：成像间隔在图像重建后就变成了层距。联系：成像间隔在图像重建后就变成了层距。重建的层数取决于层厚与成像间隔。当层厚等于成像间隔时：重建层数重建的层数取决于层厚与成像间隔。当层厚等于成像间隔时：重建层数=（周数（周数-2）+1当成像间隔小于层厚时，称为重叠重建：重建层数当成像间隔小于层厚时，称为重叠重建：重建层数=（周数（周数-2）（层厚（层厚/间隔）间隔）+1回顾性重建：先收集螺旋扫描的原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行断面重建。重叠重建可提高纵回顾性重建：

18、先收集螺旋扫描的原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行断面重建。重叠重建可提高纵向分辨率。向分辨率。影像设备学（二）影像设备学（二）三三三三3、螺旋插值、螺旋插值当病人随扫描床移动通过扫描野时获取的螺旋数据，因病人在扫描中移动，覆盖当病人随扫描床移动通过扫描野时获取的螺旋数据，因病人在扫描中移动，覆盖 360角的数据用常规方式重建会出现角的数据用常规方式重建会出现伪影。为了消除这些伪影，同时为了重建扫描体积中的任意位置上的图像，必须从螺旋数据中合成平面（即轴向）数伪影。为了消除这些伪影，同时为了重建扫描体积中的任意位置上的图像，必须从螺旋数据中合成平面（即轴向）数据。据。螺旋内插法（

19、螺旋内插法（interpolation） ：为了得到合成的平面数据，需要对螺旋数据的：为了得到合成的平面数据，需要对螺旋数据的 Z 轴加权处理，这种方法称之。轴加权处理，这种方法称之。螺旋内插器：具有加权处理的功能部件。螺旋内插器：具有加权处理的功能部件。螺旋内插器常采用的有三种：标准型、清晰型、超清晰型。螺旋内插器常采用的有三种：标准型、清晰型、超清晰型。360线性内插采用了两周范围的数据；标准内插采用了一周范围的数据；线性内插采用了两周范围的数据；标准内插采用了一周范围的数据；清晰内插是一个高阶清晰内插是一个高阶、单边凸的内插器单边凸的内插器，是对是对 Z 轴向上离开感兴趣区的数据进行负向

20、加权轴向上离开感兴趣区的数据进行负向加权，使数据由两周加权后变为使数据由两周加权后变为一周的数据；超清晰内插是一个高阶、双边凸的内插器，它对三周内的数据进行加权。一周的数据；超清晰内插是一个高阶、双边凸的内插器，它对三周内的数据进行加权。4、Z 轴分辨力轴分辨力CT 扫描的平面扫描的平面（X-Y）分辨力通常都好于纵轴分辨力通常都好于纵轴（Z 轴轴）分辨力分辨力，因为在扫描平面上的采样率大大超过层面和层面间的因为在扫描平面上的采样率大大超过层面和层面间的采样率。采样率。Z 轴分辨力与层敏感度曲线（轴分辨力与层敏感度曲线（ slicesensitiveprofile， SSP）密切相关。）密切相关

21、。SSP：沿着扫描床运动方向并通过扫描机架旋转中心直线所决定的点扩展函数（：沿着扫描床运动方向并通过扫描机架旋转中心直线所决定的点扩展函数（pointspreadfunction，PSF） 。因此，因此，SSP 一般作为描述一般作为描述 Z 轴分辨力的依据，轴分辨力的依据， Z 轴分辨力是由轴分辨力是由 SSP 决定的。决定的。SSP 描述体素的侧面轮廓，决定了描述体素的侧面轮廓，决定了 Z 轴方向体素的大小及特性，代表相邻层面的相互影响，其理想形状应该为矩形轴方向体素的大小及特性，代表相邻层面的相互影响，其理想形状应该为矩形。传统传统 CT 中的中的 SSP 呈梯形呈梯形， 接近于矩形接近于

22、矩形； 而螺旋而螺旋 CT 中中 SSP 呈一正态分布呈一正态分布， 其形态有一定的变形其形态有一定的变形。 SSP 的全宽半值的全宽半值 （fullwidthathalfmaximum，FWHM ）就是扫描该层面的实际）就是扫描该层面的实际(有效有效)层厚。层厚。影响影响Z轴分辨力的因素轴分辨力的因素1、插值算法对、插值算法对 Z 轴分辨力的影响轴分辨力的影响360线性内插器采集的是线性内插器采集的是 2360 的数据范围，的数据范围，SSP 的的 FWFM 超过层厚，使超过层厚，使 Z 轴分辨力降低；轴分辨力降低；180 线性内插器采集的是线性内插器采集的是 2（180 +扇形角度扇形角度

23、）的数据范围的数据范围（包括清晰和超清晰包括清晰和超清晰） ，SSP 的没有明显的变的没有明显的变形，形，Z 轴分辨力也没有明显的降低；所以，轴分辨力也没有明显的降低；所以， 180 线性内插器使用的最广泛。线性内插器使用的最广泛。2、螺旋因子对、螺旋因子对 Z 轴分辨力的影响轴分辨力的影响螺旋因子越大，螺旋因子越大，SSP 变形增宽越明显，变形增宽越明显，FWHM 明显大于层厚，使明显大于层厚，使 Z 轴分辨力降低也更明显。轴分辨力降低也更明显。多层螺旋多层螺旋 CT（MSCT）1、螺旋因子螺旋因子SSCT 的螺旋因子为的螺旋因子为：螺距与层厚的比值螺距与层厚的比值。MSCT 的螺旋因子定义

24、为的螺旋因子定义为：螺距除以成像层数与层厚之螺距除以成像层数与层厚之积。即：螺旋因子积。即：螺旋因子=螺距螺距/（成像层数（成像层数层厚）或层厚）或=螺距螺距/成像探测器的排数成像探测器的排数探测器宽度）探测器宽度）例如：螺距为例如：螺距为 3.75mm，层厚为，层厚为 1.25mm，对于，对于 SSCT 的螺距为：的螺距为：3.75/1.25=3；对于；对于 4 层层 1.25mm 最小探测器宽最小探测器宽度度MSCT 的螺距为：的螺距为：3.75/ 4 1.25=0.75。螺旋因子的可选择性螺旋因子的可选择性：螺旋因子选择可分为螺旋因子选择可分为：高图像质量高图像质量（high quali

25、ty HQ）模式和高速模式和高速（high speed HS）模式模式。HQ 模式注重优化扫描条件，使用较小的螺旋因子提高模式注重优化扫描条件，使用较小的螺旋因子提高 Z 轴分辨力，从而提高图像质量。轴分辨力，从而提高图像质量。HS 模式主要是提高扫描速度，使用较大的螺距因子，从而缩短扫描时间。模式主要是提高扫描速度，使用较大的螺距因子，从而缩短扫描时间。2、层面选择、层面选择层厚的影响因素层厚的影响因素：滤过插入法和螺旋因子滤过插入法和螺旋因子。滤过插入法不同滤过插入法不同，有效层厚也不同有效层厚也不同；螺旋因子越大螺旋因子越大，有效层厚也越厚有效层厚也越厚。MSCT 的最小层厚取决于最小探

26、测器排的宽度的最小层厚取决于最小探测器排的宽度，其余层厚由探测器排的不同组合来获得其余层厚由探测器排的不同组合来获得。MSCT 的不同层厚可以通过的不同层厚可以通过回顾性重建来获得；回顾性重建来获得；SSCT 却不具有如此的功能。却不具有如此的功能。3、重建算法重建算法：主要特点表现在优化采样扫描主要特点表现在优化采样扫描（optimizedsamplingscan）和滤过内插法和滤过内插法（filterinterpolation）两方面。两方面。（1）优化采样扫描优化采样扫描：螺旋扫描因扫描床在运动螺旋扫描因扫描床在运动，每周的起点和终点不在同一平面上每周的起点和终点不在同一平面上，如果将数

27、据直接用于重建图如果将数据直接用于重建图像像，就会产生运动伪影和层面错位就会产生运动伪影和层面错位。 SSCT 对原始数据的相邻点用内插法进行逐点修正对原始数据的相邻点用内插法进行逐点修正，然后再进行图像重建然后再进行图像重建. MSCT如果也采用如果也采用 SSCT 的重建方法的重建方法，将产生严重伪影将产生严重伪影。因此对单一层面成像因此对单一层面成像，MSCT 通过调整数据采集轨迹来获得信息补通过调整数据采集轨迹来获得信息补偿，并通过调整螺旋因子来缩短采样间隔，在偿，并通过调整螺旋因子来缩短采样间隔，在 Z 轴方向上增加采样密度，达到改善图像质量的目的。轴方向上增加采样密度，达到改善图像

28、质量的目的。（2）滤过内插法：指在滤过内插法：指在 Z 轴方向设置一个确定的滤过宽度，优化采样扫描的数据通过改变滤过波形和宽度来调轴方向设置一个确定的滤过宽度，优化采样扫描的数据通过改变滤过波形和宽度来调影像设备学（二）影像设备学（二）四四四四整整 SSP 的外形、有效层厚及图像噪声，取代的外形、有效层厚及图像噪声，取代 SSCT 的线性内插法来实现的线性内插法来实现 Z 轴方向的多层图像重建。轴方向的多层图像重建。4、应用特点、应用特点与与 SSCT 相比，相比，MSCT 的特点表现在：的特点表现在：扫描速度快扫描速度快，重建速度也快重建速度也快。射线利用率高射线利用率高；照射量减少了照射量

29、减少了 1540%，X 线管损耗小线管损耗小。空间分辨率高空间分辨率高，特别是特别是 Z轴分辨率轴分辨率. 扫描范围大，采集信息量大。扫描范围大，采集信息量大。降低了对比剂的用量。降低了对比剂的用量。一次扫描可重建出不同层厚的一次扫描可重建出不同层厚的 CT 图像。图像。因 此 ，因 此 ， MSCT 应 用 特 点 表 现 为 ：应 用 特 点 表 现 为 ： 检 查 范 围 大检 查 范 围 大 ; 病 灶 检 出 率 高病 灶 检 出 率 高 ; 图 像 质 量 更 好 ；图 像 质 量 更 好 ； 器 官 多 时 相 动 态 增 强 检 查 及 功 能 成 像 ；器 官 多 时 相 动

30、 态 增 强 检 查 及 功 能 成 像 ； 高 质 量 图 像 重 建 和 三 维 成 像高 质 量 图 像 重 建 和 三 维 成 像 ; CTA 效 果 好 ；效 果 好 ；特殊检查的开发。特殊检查的开发。磁共振成像设备学讲授内容磁共振成像设备学讲授内容磁共振概述磁共振概述一、一、 磁共振现象的发现和发展磁共振现象的发现和发展磁共振成像（磁共振成像（Magnetic resonance imaging,MRI)是根据生物体是根据生物体磁性核磁性核（氢核）在（氢核）在磁场磁场中的表现特性成像的高技术。中的表现特性成像的高技术。（一）（一） 磁共振成像的物理基础磁共振成像的物理基础磁共振成像

31、的物理基础：为核磁共振磁共振成像的物理基础：为核磁共振 （nulear Magnetic resonance,NMR）理论。所谓）理论。所谓 NMR，是指与，是指与物质磁性物质磁性和和磁场磁场有关的有关的共振共振现象。也可以说，它是现象。也可以说，它是低能量电磁波低能量电磁波。即。即射频波射频波与既有与既有角动量又有磁矩角动量又有磁矩的的核系统在外磁场核系统在外磁场中相互作中相互作用所表现出的共振特性。用所表现出的共振特性。NMR 的本质：为一种的本质：为一种能级间跃迁的量子效应能级间跃迁的量子效应。实验结果表明实验结果表明，利用这一现象可以研究物质的微观结构利用这一现象可以研究物质的微观结构

32、。 据此据此，人们以不同的射频脉冲序列对生物组织进行激人们以不同的射频脉冲序列对生物组织进行激励，并用线圈技术检测组织的弛豫和质子密度信息，就出现了励，并用线圈技术检测组织的弛豫和质子密度信息，就出现了 MRI 技术技术.正因为这样，磁共振成像曾被称做核磁共振正因为这样，磁共振成像曾被称做核磁共振成像成像(NMRI）和核磁共振）和核磁共振 CT（NMR-CT） 。（二）核磁共振现象的发现（二）核磁共振现象的发现核磁共振：属于原子核物理的研究范畴，而原子核物理学起源于对放射性的研究，是核磁共振：属于原子核物理的研究范畴，而原子核物理学起源于对放射性的研究，是 19 世纪末兴起的崭新课题世纪末兴起

33、的崭新课题，在此之前，人类对这一领域毫无所知。科学的发展、到了在此之前，人类对这一领域毫无所知。科学的发展、到了 20 世纪，就进入了原子物理的时代，世纪，就进入了原子物理的时代，20 世纪初，许多科学世纪初，许多科学家尤其是物理学家致力于核物理的研究。家尤其是物理学家致力于核物理的研究。今天的今天的核磁共振核磁共振是指处于静磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波作用时，将在它们的磁能级间产生是指处于静磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波作用时，将在它们的磁能级间产生共振跃共振跃迁迁，这就是我们现在所说的这就是我们现在所说的核磁共振现象核磁共振现象。但是但是，从从NMR的发现到的发现到MRI

34、装置的诞生装置的诞生，这中间经历了几代物理学家及这中间经历了几代物理学家及医学家长达数十年的努力。医学家长达数十年的努力。在在 1913 年年，斯特恩斯特恩(Otto Sterm)建立起测量磁偶极子运动的装置建立起测量磁偶极子运动的装置；泡利泡利(Wolfgang Pauli)提出核磁共振一词提出核磁共振一词，拉比拉比(Isidor Isaac Rabi)设计和完成世界上第一个核磁共振实验，因此，这一年在设计和完成世界上第一个核磁共振实验，因此，这一年在 NMR 发展史上揭开了重要的一页。发展史上揭开了重要的一页。由于由于泡利泡利（）对原子物理的开拓性贡献，于（）对原子物理的开拓性贡献，于 1

35、922 年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。1937 年年，拉瑟里尤拉瑟里尤(B.G.Lasarew)和舒伯尼科和舒伯尼科 L.W.Schubnikow)对固态氢开展了研究发现对固态氢开展了研究发现，即使在即使在 2K 的实验温度的实验温度下，微观核磁矩在很短的时间内就可达到热平衡，因此，被认为下，微观核磁矩在很短的时间内就可达到热平衡，因此，被认为最早发现核磁现象的人最早发现核磁现象的人。1939 年年，拉比拉比及其同事对核磁矩的测量方法进行改进及其同事对核磁矩的测量方法进行改进，使氢分子先后通过不均匀磁场和均匀磁场使氢分子先后通过不均匀磁场和均匀磁场，同时用一射频同时用一射频信号照射均匀磁场中

36、的分子信号照射均匀磁场中的分子， 结果发现结果发现:分子束在某一确定频率处就会吸收射频能量而发生细小但可测量的偏转分子束在某一确定频率处就会吸收射频能量而发生细小但可测量的偏转,这实际这实际上是对核磁共振现象的首次观察上是对核磁共振现象的首次观察。1945 年年，美国哈佛大学的布洛克和麻省理工学院的普塞尔各自在研究核子物理试验中同时发现这一特殊的物理现美国哈佛大学的布洛克和麻省理工学院的普塞尔各自在研究核子物理试验中同时发现这一特殊的物理现象：核子在衡定的磁场中会发生磁共振现象。这一现象被广泛应用于物理学和化学领域中。象：核子在衡定的磁场中会发生磁共振现象。这一现象被广泛应用于物理学和化学领域

37、中。布氏（）和普氏（）在布氏（）和普氏（）在 1952 年因此获得了诺贝尔奖。年因此获得了诺贝尔奖。1951 年，阿诺德（年，阿诺德（Arnold）测出处于同一分子内不同化学环境下的质子的共振谱线，发表了能分辨化学位移的图谱）测出处于同一分子内不同化学环境下的质子的共振谱线，发表了能分辨化学位移的图谱，这种这种“化学位移化学位移”的发现，开拓出使用的发现，开拓出使用 NMR 来测定化学结构的重要科学领域来测定化学结构的重要科学领域-产生了产生了磁共振波谱学（磁共振波谱学（MRS）这这一边缘学科。同年，加比拉德（一边缘学科。同年，加比拉德（Gabilard）证实，共振波谱峰的形状能够反映静磁场不

38、均匀性的分布情况）证实，共振波谱峰的形状能够反映静磁场不均匀性的分布情况-就是今就是今天采用的梯度磁场磁共振成像法的基础。天采用的梯度磁场磁共振成像法的基础。20 世纪世纪 60 年代，磁共振波谱主要用于生物学领域的酶、蛋白质、生物大分子的研究，年代，磁共振波谱主要用于生物学领域的酶、蛋白质、生物大分子的研究，80 年代才用于人类。年代才用于人类。影像设备学（二）影像设备学（二）五五五五1973 年年，罗罗（劳劳）特伯特伯（） Nature杂志上发表了杂志上发表了 MRI 所需要的空间定位方法所需要的空间定位方法（利用梯度场利用梯度场），用两支装用两支装有水的试管的磁共振成像的图像，这一发现意

39、义很深远。因此，于（有水的试管的磁共振成像的图像，这一发现意义很深远。因此，于（2003 年获得诺贝尔奖年获得诺贝尔奖） 。同年，曼斯菲德研究出脉冲梯度法选择成像断层的方法。同年，曼斯菲德研究出脉冲梯度法选择成像断层的方法。1975 年恩斯托年恩斯托（Ernst）研究出相位编码成像法研究出相位编码成像法。1976 年年，研究出第一张人体图像是活体手指研究出第一张人体图像是活体手指。1977 年年，人体人体胸部成像胸部成像。1978 年年，人体头和腹部成像人体头和腹部成像。1980年年，世界上第一台应用于临床的磁共振成像仪问世世界上第一台应用于临床的磁共振成像仪问世。今天任何部位都可今天任何部位

40、都可以成像。以成像。（三）磁共振成像方法的发展（三）磁共振成像方法的发展将梯度磁场作用到一定几何结构的物体上，每个原子核的共振频率将由它的位置决定，所以磁共振波谱是原子将梯度磁场作用到一定几何结构的物体上，每个原子核的共振频率将由它的位置决定，所以磁共振波谱是原子核密度在梯度场方向的一维投影。若在一系列的方向作用梯度磁场，就得到一系列的投影，可用用的反投影方法核密度在梯度场方向的一维投影。若在一系列的方向作用梯度磁场，就得到一系列的投影，可用用的反投影方法重建物体的二维质子磁共振图像。其方法很多，有点成像法、线扫描方法、二维和三维的反投影重建和重建物体的二维质子磁共振图像。其方法很多，有点成像

41、法、线扫描方法、二维和三维的反投影重建和傅立叶成像法傅立叶成像法等。多数已成为历史，只有傅立叶成像方法由于其效率高、功能多、产生的图象分辨率高、伪影少、是目前各种磁共等。多数已成为历史，只有傅立叶成像方法由于其效率高、功能多、产生的图象分辨率高、伪影少、是目前各种磁共振成像设备所普遍采用的方法。振成像设备所普遍采用的方法。（四）（四）磁共振成像技术的发展磁共振成像技术的发展(1)硬件的发展硬件的发展1-超高磁场超高磁场 MRI 设备发展迅速，设备发展迅速，3T 全身全身 MRI 机已用于临床，机已用于临床，9.4TMRI 机研制成功。机研制成功。2-中、低场中、低场 MRI 机多采用开放型，减

42、少了病人的幽闭恐怖感，并有利于检查及介入治疗的操作。机多采用开放型，减少了病人的幽闭恐怖感，并有利于检查及介入治疗的操作。3 -增强梯度放大器的输出功率及双梯度的应用，提高了成像速度。增强梯度放大器的输出功率及双梯度的应用，提高了成像速度。4-多元阵列式全景线圈的应用，以及多接收通道的配置，可使图像采集速度提高数倍。多元阵列式全景线圈的应用，以及多接收通道的配置，可使图像采集速度提高数倍。5-图像重建技术方面图像重建技术方面：由于编码技术的改进和由于编码技术的改进和 SENST 技术使用技术使用，可提高成像的时间分辨力可提高成像的时间分辨力，大幅度缩短大幅度缩短 MRI 扫描时扫描时间。间。(

43、2)软件的发展软件的发展随着随着 MRI 硬件的发展，硬件的发展，MRI 软件技术也有很大进展：软件技术也有很大进展：1-EPI（回波平面成像）技术：具有瞬时成像、去除运动伪影、高时间分辨力。可作心脏动态图像、颅脑部弥散（回波平面成像）技术：具有瞬时成像、去除运动伪影、高时间分辨力。可作心脏动态图像、颅脑部弥散成像、灌注成像等。成像、灌注成像等。2-MRA（磁共振血管成像（磁共振血管成像） ：不需要对比剂即可得到血管造影像。：不需要对比剂即可得到血管造影像。3-FMRI（磁共振功能成像）技术：包括血氧水平依赖（磁共振功能成像）技术：包括血氧水平依赖（BOLD）弥散加权成像（）弥散加权成像（DW

44、I）灌注加权成像（）灌注加权成像（PWI）弥散张量成像（弥散张量成像（DTI）磁共振波普成像（）磁共振波普成像（MRS） （SWI）等。）等。4-磁共振成像介入：良好的组织对比、小病灶的三维空间定位，实时观察等优点。磁共振成像介入：良好的组织对比、小病灶的三维空间定位，实时观察等优点。5-消除伪影技术：空间预饱和技术、梯度磁矩衡消技术、快速成像技术等。消除伪影技术：空间预饱和技术、梯度磁矩衡消技术、快速成像技术等。二二 、 磁共振成像特点磁共振成像特点1、无电离辐射危害、无电离辐射危害MRI 的激励源（的激励源（FR）为短波或超短波的电磁波，其平均功率仅数瓦，在非电离辐射的安全标准内。）为短波

45、或超短波的电磁波，其平均功率仅数瓦，在非电离辐射的安全标准内。静磁场和线性梯度场也不会引起机体的异常反应。静磁场和线性梯度场也不会引起机体的异常反应。2-多参数成像多参数成像氢核（质子）密度氢核（质子）密度 N（H）纵向弛豫时间）纵向弛豫时间 T1 横向弛豫时间横向弛豫时间 T2 体内液体的流速成像其中氢质子成像主要观察组织体内液体的流速成像其中氢质子成像主要观察组织脏器的大小、范围和位置；脏器的大小、范围和位置； T1 、T2 参数则含有丰富和敏感的生理、生化信息。参数则含有丰富和敏感的生理、生化信息。3-高对比度成像高对比度成像在所有医学影像技术中，在所有医学影像技术中，MRI 的软组织对

46、比分辨力最高。的软组织对比分辨力最高。MRI 图像的软组织对比度明显高于图像的软组织对比度明显高于 CT，在脑灰质、白质、脑神经核团、颅椎结合部、脊髓、椎间盘、半月板、，在脑灰质、白质、脑神经核团、颅椎结合部、脊髓、椎间盘、半月板、软骨、肌肉、纵隔、肝脏、子宫以及心脏房室、大血管等都具有很好的成像图像。软骨、肌肉、纵隔、肝脏、子宫以及心脏房室、大血管等都具有很好的成像图像。4-MRI 设备具有任意方向断层的能力设备具有任意方向断层的能力可获得横断面、冠状断面、矢状断面和任意角的斜断面图像。可获得横断面、冠状断面、矢状断面和任意角的斜断面图像。它是通过它是通过 GX，GY，GZ 三个梯度场的相互

47、切换来获得任意断面的图像三个梯度场的相互切换来获得任意断面的图像，这样就不再用旋转样品或移动病人的方这样就不再用旋转样品或移动病人的方法来得扫描层面。法来得扫描层面。5-无需使用对比剂，可直无需使用对比剂，可直接显示心脏和血管结构接显示心脏和血管结构 MRI 可通过流体的时飞（可通过流体的时飞（time of fligt，TOF）效应和相位对比（）效应和相位对比（phase contrast，PC）敏感性）敏感性成像技术，显示大血管及各主要脏器的一、二级分支血管。可观察主动脉瘤、夹层动脉瘤、主动脉狭窄等血管病变。成像技术，显示大血管及各主要脏器的一、二级分支血管。可观察主动脉瘤、夹层动脉瘤、主

48、动脉狭窄等血管病变。影像设备学（二）影像设备学（二）六六六六6-无骨伪影干扰无骨伪影干扰对后颅凹、枕骨大孔部位的病变清晰可辨，可作为检查方法的首选。对后颅凹、枕骨大孔部位的病变清晰可辨，可作为检查方法的首选。7-可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究。使疾病的诊断深入到分子生物学和组织学的水平。可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究。使疾病的诊断深入到分子生物学和组织学的水平。临床应用与局限性临床应用与局限性（一）临床应用（一）临床应用特别适合于中枢神经系统特别适合于中枢神经系统、心脏大血管系统心脏大血管系统、头颈部头颈部、肌肉关节系统检查肌肉关节系统检查；也适于纵隔也适于纵隔、腹部腹部、

49、盆腔实质器官及盆腔实质器官及乳腺等的检查。乳腺等的检查。1-中枢神经系统中枢神经系统颅颈交界区颅颈交界区、颅底颅底、后颅窝及椎管内病变的最佳检查方法后颅窝及椎管内病变的最佳检查方法。颅内肿瘤颅内肿瘤、脑血管病变脑血管病变、脑感染性疾病脑感染性疾病、脑变性疾病脑变性疾病、颅脑先天发育异常等。脊髓肿瘤、空洞症、变性、外伤、先天畸形等。椎管肿瘤、炎症病变、退行性病变、外伤、先颅脑先天发育异常等。脊髓肿瘤、空洞症、变性、外伤、先天畸形等。椎管肿瘤、炎症病变、退行性病变、外伤、先天畸形等。天畸形等。2-心血管系统心血管系统使用心电门控技术、呼吸门控技术可减少或消除血管搏动伪影和呼吸运动伪影，对主动脉瘤、

50、主动脉夹层、大血使用心电门控技术、呼吸门控技术可减少或消除血管搏动伪影和呼吸运动伪影，对主动脉瘤、主动脉夹层、大血管发育异常等进行诊断。可用于诊断心肌、心包、心腔等病变，以及冠状动脉成像等。管发育异常等进行诊断。可用于诊断心肌、心包、心腔等病变，以及冠状动脉成像等。3-头颈部头颈部对眼、鼻窦、鼻咽腔及颈部软组织病变的检查优势明显。可显示头颈部血管及其病变。对眼、鼻窦、鼻咽腔及颈部软组织病变的检查优势明显。可显示头颈部血管及其病变。4-肌肉关节肌肉关节肌肉、肌腱、韧带、软骨病变的主要检查手段之一。对关节周围病变、股骨头无菌性坏死的检查更敏感。肌肉、肌腱、韧带、软骨病变的主要检查手段之一。对关节周

51、围病变、股骨头无菌性坏死的检查更敏感。5-胸部、纵隔、腹腔、盆腔胸部、纵隔、腹腔、盆腔对纵隔内、肺门区的实质性肿块与血管的鉴别好。对肝、胆、胰、脾、肾、肾上腺、前列腺、子宫及附件病变的对纵隔内、肺门区的实质性肿块与血管的鉴别好。对肝、胆、胰、脾、肾、肾上腺、前列腺、子宫及附件病变的诊断与鉴别诊断价值高。诊断与鉴别诊断价值高。6-FMRI 在脑功能的研究中有广泛的应用价值在脑功能的研究中有广泛的应用价值BOLD 法脑功能成像法脑功能成像 PWI 可评价病灶的微血循环可评价病灶的微血循环 DWI 在超急在超急性期及急性期脑梗死的早期诊断性期及急性期脑梗死的早期诊断 DTI 用于脑白质病变的研究用于

52、脑白质病变的研究 SWI 磁敏感成像磁敏感成像 MRS 磁共振波谱磁共振波谱7-介入介入 MRI用用 MRI 实现精确定位及图像引导，以达到治疗目的的新技术。实现精确定位及图像引导，以达到治疗目的的新技术。（二）临床应用的局限性（二）临床应用的局限性1、成像速度慢、成像速度慢 是是 MRI 的主要缺点，不适合于危重病人检查。的主要缺点，不适合于危重病人检查。2、对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感钙化灶通常在、对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感钙化灶通常在 MRI 图像上表现为低信号图像上表现为低信号3、禁忌症相对较多、禁忌症相对较多 心脏起搏器、金属性植入体、眼球异物、动脉瘤银夹、假牙、宫内节育环等。心脏

53、起搏器、金属性植入体、眼球异物、动脉瘤银夹、假牙、宫内节育环等。4、图像易受多种伪影影响、图像易受多种伪影影响主要来自设备、运动和金属异物三个方面。主要来自设备、运动和金属异物三个方面。四四磁共振组成及工作原理磁共振组成及工作原理组成：主磁体、梯度线圈、组成：主磁体、梯度线圈、RF 线圈、计算机与控制台和检查床等。线圈、计算机与控制台和检查床等。附属设备：磁屏蔽体、附属设备：磁屏蔽体、RF 屏蔽体、冷水机组、不间断电源、空调超导磁体的低温保障设施和激光相机等。屏蔽体、冷水机组、不间断电源、空调超导磁体的低温保障设施和激光相机等。磁共振设备的构成和作用磁共振设备的构成和作用磁共振机（磁共振机（M

54、RI）或扫描仪的组成：）或扫描仪的组成：1-由磁体子系统，由磁体子系统，2-梯度子系统，梯度子系统，3-射频子系统，射频子系统，4-计算机和图像处理子系统，计算机和图像处理子系统，5-低温、恒温保障子系统，低温、恒温保障子系统，6-屏蔽和线圈等构成。屏蔽和线圈等构成。一一磁体子系统磁体子系统磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件。磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件。磁体的作用：、是产生一个磁体的作用：、是产生一个均匀的磁场均匀的磁场。、使处于磁场中的人体内氢原子核被磁化而形成磁化强度、使处于磁场中的人体内氢原子核被磁化而形成磁化强度矢量矢量。、当磁化强度矢量受到满足共振条件

55、的射频交变磁场作用时，即产生共振信号。、当磁化强度矢量受到满足共振条件的射频交变磁场作用时，即产生共振信号。A、 磁体的分类：磁体的分类：（1）据磁场强度的大小分类：一般临床要求磁场强度在）据磁场强度的大小分类：一般临床要求磁场强度在 0.02-3.0T（0.052T）范围内。）范围内。1-将小于或等于将小于或等于 0.3T 称为低场称为低场。2-高于高于 0.3T 到等于到等于 1.0T 称为中场称为中场。3-高于高于 1.0T 小于或等于小于或等于 1.5T 称为高场称为高场。4-影像设备学（二）影像设备学（二）七七七七大于大于 1.5T 称为超高场。称为超高场。目前，有的根据磁体的场强分

56、为五种：目前，有的根据磁体的场强分为五种：1-超高场超高场（4.0-7.0T）主要用于研究主要用于研究 2-高场高场、 （1.5-3.0T） 3-中场中场（0.5-1.4T）4-低场低场（0.2-0.4T）5-超低场超低场（小小于于 0.2T）（2）据磁体的构造和性能分类：）据磁体的构造和性能分类：1-永久磁体永久磁体 2-常导磁体常导磁体 3-超导磁体超导磁体 4-混合磁体。混合磁体。永久磁体永久磁体、常导磁体的场强最高只能达常导磁体的场强最高只能达 0.3T，要求更高的场强只能用超导磁体要求更高的场强只能用超导磁体。磁场强度越高磁场强度越高，信噪比越高信噪比越高，图图像质量越好。但是，磁场

57、强度过高也带来一些不利的因素，因此并非磁场强度越高越好。像质量越好。但是，磁场强度过高也带来一些不利的因素，因此并非磁场强度越高越好。磁体系统的性能指标（磁场要求）磁体系统的性能指标（磁场要求）在成像的体积内要有足够的均匀度，磁场不均匀会产生信号丢失及几何变形。在成像的体积内要有足够的均匀度，磁场不均匀会产生信号丢失及几何变形。一般要求在直径一般要求在直径 2550cm 的球体内均匀度应为的球体内均匀度应为 10-100ppm 具体表现在如下方面：具体表现在如下方面：-磁场强度磁场强度磁体产生磁场，磁场强度直接影响磁矩，磁场强度提高，信号越强。但是磁场强度的提高有其不足之处：磁体产生磁场，磁场

58、强度直接影响磁矩，磁场强度提高，信号越强。但是磁场强度的提高有其不足之处：（）磁体造价随之增加（）磁体造价随之增加。 （）化学位移正比于磁场强度（）化学位移正比于磁场强度。 （）时间延长，信号强度下降。（）时间延长，信号强度下降。（）局部发热（）局部发热， “趋肤趋肤”效应明显（涡流、穿透力下降、信号下降效应明显（涡流、穿透力下降、信号下降） 。 （）逸散磁场增大。（）逸散磁场增大。（）高斯线的边界更远，机房增大，建筑费用增加。（）高斯线的边界更远，机房增大，建筑费用增加。2-磁场强度的均匀性：是指在特定的容积限度内磁场的同一性。即穿过单位面积的磁力线是否相同。磁场强度的均匀性：是指在特定的容

59、积限度内磁场的同一性。即穿过单位面积的磁力线是否相同。特定容积特定容积： 通常指一球形空间通常指一球形空间。 磁场强度的均匀性磁场强度的均匀性， 用偏差单位用偏差单位 PPM 表示表示。 一般以主磁场的百万分之一一般以主磁场的百万分之一 （10-6）作为一个偏差单位来定量表示。如：作为一个偏差单位来定量表示。如：1.5T 的磁体，一个偏差单位为的磁体，一个偏差单位为 1.5*10-6。3-磁场强度的稳定性：磁场强度的稳定性：磁体受附近铁磁性物质磁体受附近铁磁性物质（如环境温度或匀场电源如环境温度或匀场电源）飘移等因素的影响飘移等因素的影响，磁场的均匀性或场值也会发生变化磁场的均匀性或场值也会发

60、生变化，这就这就是常说的磁场飘移。稳定性，就是衡量这种变化的指标。是常说的磁场飘移。稳定性，就是衡量这种变化的指标。磁场的稳定性分为：时间稳定性和热稳定性两种。磁场随时间变化会产生相位差，导致图象伪影，只要有十亿分磁场的稳定性分为：时间稳定性和热稳定性两种。磁场随时间变化会产生相位差，导致图象伪影，只要有十亿分之几十特斯拉的变化，就会引起至少度的相位差，产生图像的伪影。之几十特斯拉的变化，就会引起至少度的相位差，产生图像的伪影。4-磁体系统的安全性：磁体系统的安全性：磁体会对附近的铁磁性物体产生很强的吸引力磁体会对附近的铁磁性物体产生很强的吸引力，使人体健康或设备受到不同程度的损害使人体健康或