第6章 医学磁共振成像(MRI)设备与应用

图像的重建是一个极其复杂
的信号处理过程，必须在复杂 且严格的程序软件控制下进行。 图像重建的本质是对原始数据 的高速数学运算（包括累加平
均去噪声、相位校正、傅立叶
变换等）。图像重建既可用软 件完成也可用硬件完成，软件 重建的速度要慢于硬件。
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4．计算机系统
在MRI设备中，计算机系统包括各种规模的计算
机、单片机、微处理器等，构成了MRI设备的控
制网络。信号处理系统可采用高档次微型机负责
信号预处理、快速傅立叶变换和卷积反投影运算。 微机系统负责信息调度（如人机交互等）与系 统控制（如控制梯度磁场、射频脉冲）。
优点：造价较低，不用时可以停电，在0.2T以下可以获得较好的临床 图像。
缺点：磁场的不稳定性因素主要是受供电电源电压波动的影响，均匀 度差。另外易受环境因素（如温度、线圈绕组的位置或尺寸）的影响.
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临床上磁共振成像要求磁场强度在0.05～3T范围内。一般将 ≤0.3T称为低场，0.3T～1.0T称为中场，＞1.0T称为高场。磁 场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁场强度过高也 带来一些不利的因素。 为了获得不同场强的磁体，生产厂商制造出了不同类型的磁 体，常见的磁体有永久磁体、常导磁体和超导磁体。
6.4 MRI影像设备新技术进展
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6.1 MRI成像系统简介
6.1.1 MRI影像设备发展概况 6.1.2 MRI影像设备功能 6.1.3 MRI影像设备主要性能指标
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医学磁共振成像（MRI）设备与应用
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教学目标：
1. 熟悉MRI主要的部件以及其作用与功能 ；
2. 掌握MRI图像的特点与优缺点以及在全身各系统疾
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（2）主计算机系统中运行的软件 单击此处编辑母版标题样式
整个MRI系统从物理的观点来看可分为用户层、计算 机层、接口层和测量系统等四层。从控制的观点来看，又 可分为软件和硬件两层。应用软件通过操作系统等系统软 件与主计算机发生联系，从而控制整个MRI设备的运行。 如图所示。
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（2）常导磁体
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常导磁体是根据电流产生磁场的原理设计的。当电流通过圆形线圈 时，在导线的周围会产生磁场。常导磁体的线圈是由高导电性的金属 导线或薄片绕制而成。它的结构主要由各种线圈组成。
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3．射频系统
单击此处编辑母版标题样式 射频脉冲磁场简称射频脉冲（radio frequency，RF）是一
种以正弦波震荡的射频电波。磁共振系统中应用的频率较低， 相当于调频广播FM波段，根据静磁场的强度不同其RF频率也不 同。
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单击此处编辑母版标题样式 （1）永久磁体
永久磁体是由永久磁铁（如铁氧体或铷铁）的 磁砖拼砌而成。它的结构主要有两种，即环型和 轭型。
优点：造价低，场强可以达到0.3T，能产生优质图像， 需要功率极小，维护费用低，可装在一个相对小的房间里。 缺点：磁场强度较低，磁场的均匀度和强度欠稳定，易 受外界因素的影响（尤其是温度），不能满足临床波谱研 究的需要。
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6.1.2
单击此处编辑母版标题样式 现代磁共振成像系统大体结构都很相似，基本上由四个系统组成：即磁
体系统、梯度磁场系统、射频系统和计算机系统。
磁 体 梯度线圈
射频 线圈 发射 通道
MRI影像设备功能
梯度 控制
梯度 驱动
接受 通道
脉冲程序
显示器
计算机
存储器
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1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂志上发表了
题为“核磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1时间延长”等 论文，
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1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。
1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。 1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。
缺点：技术复杂和成本高。
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单击此处编辑母版标题样式 2．梯度磁场系统
梯度磁场简称梯度场，梯度是指磁场强度按其磁场的 位置（距离）的变化而改变，它的产生是由梯度线圈完成的， 一般在主磁体空间沿着X、Y、Z三个方向放置。梯度线圈有 三组即GX、GY、GZ，叠加在静磁场的磁体内，当线圈通电时 可在静磁场中形成梯度改变。
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射频系统作用：用来发射射频磁场，激发样品的磁化强度产 生磁共振，同时，接收样品磁共振发射出来的信号，通过一系 列的处理，得到数字化原始数据，送给计算机进行图像重建。
它是由发射射频磁场部分和接收射频信号部分组成。
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同亮度的一组数据，这些图像数据立即被送入主
计算机系统的海量存储器或硬盘中，并以图像的
形式输出才能让人眼看到。最成熟、最受欢迎的
显示方法是电子视频显示系统，目前比较流行的 是液晶显示器。图像的显示不仅限于当前的病人， 在会诊或进行回顾性研究时还需要调出以往病人 的图像。
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1．磁体系统 磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁 共振系统中最强大的磁场，平时我们评论磁共振设备的大小就 是指静磁场的场强数值，单位用特斯拉（Tesla，简称T,垂直于磁
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。）或高斯（Gauss）表示，1T=1万高斯。
场方向的1米长的导线，通过1安培的电流，受到磁场的作用力为1牛顿时，通电导线所在处的磁感应强度就 是1特斯拉
3）应用软件的信息交换
应用软件从用户那里直接得到需求信息，将用户的请 求转变为控制数据发往测量、控制设备，获得测量数据， 根据用户的需求输出图像。
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（3）图像重建
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病检查和诊断中的应用价值与选择原则 ；
3. 了解主要的MRI新技术进展与应用 。
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单击此处编辑母版标题样式 本章目录：
6.1 MRI成像系统简介 6.2 MRI检查的临床应用
6.3 MRI成像检查的优缺点
软件 硬件
应用软 件
操作系 统
主计算 机
硬件接口及 扫描控制器
测量设 备
用户层
计算机层
接口
测量系统层
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1）系统软件
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系统软件用于计算机自身的管理、维护、控制和运行，以及计算 机程序的翻译、装载和维护的程序组。系统软件分为操作系统（系统 软件的核心）、语言处理系统和常用例行服务程序等三个模块。 2）应用软件 应用软件是指为某一应用目的而特殊设计的程序组。在MRI系统中， 运行的应用软件就是磁共振成像的软件包。软件包中的模块通常有病 人信息管理、图像管理、扫描及扫描控制(应用软件的核心)、系统维 护、网络管理、主控程序等。
（3）超导磁体 单击此处编辑母版标题样式
荷兰科学家昂尼斯（Kamerlingh Onnes） 在1911年首先发现某些物质 的电阻在超低温下急剧下降为零的超导性质，电阻的突然消失意味着物 质已转变为某种新的状态，这些物质称为超导体。科学家昂尼斯获得了 1913年诺贝尔物理学奖。
优点：场强高，稳定性和均匀度好，因此可开发更多的临床应用功能。
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单击此处编辑母版标题样式 6.1.1 MRI影像设备发展概况