MRI也就是磁共振成像,英文全称是:Magnetic Resonance Imaging。磁共振成像是断层成像的一种,它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur 发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法,这种方法可以重建出人体图像。 Show 核磁共振(MRI)已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑,及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化,而且可作心室分析,进行定性及半定量的诊断,可作多个切面图,空间分辨率较高,显示心脏及病变全貌,及其与周围结构的关系,优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。 什么是CT检查? CT检查是现代比较先进的医学扫描检查的一种,主要是针对扫描人体大脑的情况。CT诊断一般为平扫CT、增强CT和脑池造影CT。平扫CT一般为横断面扫描,多以听眦线为基线,依次向上或向下连续扫描。增强CT扫描常用的造影剂为60%泛影葡胺,每公斤体重1.5~2.0ml,凡有过敏史及心肾功能衰竭者禁用60%泛影葡胺。脑池造影CT一般经腰穿或枕大池穿刺注入非离子型造影剂或气体,使拟检查的脑池充盈。 MRI与CT有什么区别? MRI和CT同属于影像学检查,都可以把人体全身各系统器官作为检查对象,但两者之间还是存在差别。 首先,是对疾病的诊断各有侧重点。对于中枢神经系统(包括颅脑、脊柱)、五官系统、头颈部、四肢关节骨肌系统尤其是软组织内的病变,MRI比CT具有更高的组织分辨力。如果要诊断脑中风、脑肿瘤、鼻咽癌、颈椎病、骨肿瘤、盆腔疾病等,就适宜做MRI检查。而CT胜在成像速度快,能短时间大范围成像,因此,诊断具有生理运动功能的器官(比如心脏、肺、肝胆脾胰等)及较长范围器官组织(比如胸主动脉、腹主动脉或上、下肢动静脉等)的病变,包括心梗、慢阻肺、肺梗塞、肺癌、肝癌、动脉粥样硬化、下肢静脉血栓等,医生会更倾向于用CT检查。 其二,是检查原理不同,对受检人群的适用范围及要求也不一样。MRI相当于把人放在一个磁场里,虽没有辐射,但检查时间较长,而且对患者体内有否金属物品要求严格。如果体内装有金属支架或装置(如起搏器、心脏支架、人工关节、假体、动脉瘤银夹、弹片等),可能会因磁场导致身体的伤害,不适宜MRI检查。对怀孕期妇女、具有幽闭恐惧症、躁动不配合的患者,则需慎重进行MRI检查。CT则是借助X射线成像,具有辐射性,但检查时间较快,没有绝对的禁忌症。对造影剂(如碘)过敏,会出现呕吐、头晕、血压波动的人群,以及心肝肺肾功能差的患者,可以只做“平扫”不做“增强”(即注射造影剂以加强检查效果),以免加重病人的病情及产生不良影响。 其三,因为辐射对人体具有损害性的缘故,进行CT检查时要注意的事项比MRI更多。MRI检查只要患者身上及体内不带有金属物品即可,像带铁圈的内衣、身上的磁卡、手表、项链、戒指、假牙、发夹等在检查之前应取下放置在一边。而CT检查时则要尽量避免不必要的辐射损害。 磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)是利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,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。 将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用,大大加快了核磁共振成像的速度,使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 從核磁共振現象發現到MRI技術成熟這幾十年期間,有关核磁共振的研究曾在三个领域(物理學、化学、生理学或医学)内获得了6次诺贝尔奖,足以说明此领域及其衍生技术的重要性。 物理原理[编辑]原理概述[编辑]核磁共振成像是随着電子計算機、電子學、電路學、超導體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,以改變氫原子的旋轉排列方向,使之共振,然后分析它释放的电磁波,由於不同的組織會產生不同的电磁波訊號,经電腦处理,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”。 数学运算[编辑]原子核带正电荷并有自旋这一属性,其自旋产生磁矩,称为核磁矩。研究表明,核磁矩μ{\displaystyle \mu } 与原子核的自旋角动量S成正比,即μ=γS(1){\displaystyle \mu =\gamma S\qquad (1)}式中γ为比例系数,称为原子核的旋磁比。在外磁场中,原子核自旋角动量的空间取向是量子化的,它在外磁场方向上的投影值可表示为 m为核自旋量子数。依据核磁矩与自旋角动量的关系,核磁矩在外磁场中的取向也是量子化的,它在磁场方向上的投影值为 μz=mγℏ(3){\displaystyle \mu _{z}=m\gamma \hbar \qquad (3)}对于不同的核,m分别取整数或半整数。在外磁场中,具有磁矩的原子核具有相应的能量,其数值可表示为 E=−μ⋅B=−μzB=−mγℏB(4){\displaystyle E=-\mathbf {\mu } \cdot \mathbf {B} =-\mu _{z}B=-m\gamma \hbar B\qquad (4)}式中B为磁感应强度。可见,原子核在外磁场中的能量也是量子化的。由于磁矩和磁场的相互作用,自旋能量分裂成一系列分立的能级,相邻的两个能级之差ΔE=γℏB{\displaystyle \Delta E=\gamma \hbar B} 。用频率适当的电磁辐射照射原子核,如果电磁辐射光子能量hν{\displaystyle h\nu }恰好为两相邻核能级之差ΔE{\displaystyle \Delta E},则原子核就会吸收这个光子,发生核磁共振的频率条件是:hν=γℏB=γhB/2π, or ω=2πν=γB(5){\displaystyle h\nu =\gamma \hbar B=\gamma hB/2\pi ,{\mbox{ or }}\omega =2\pi \nu =\gamma B\qquad (5)}式中ν{\displaystyle \nu } 为频率,ω{\displaystyle \omega }为角频率。对于确定的核,旋磁比γ{\displaystyle \gamma }可被精确地测定。可见,通过测定核磁共振时辐射场的频率ν{\displaystyle \nu },就能确定磁感应强度;反之,若已知磁感应强度,即可确定核的共振频率。系统组成[编辑]NMR实验装置[编辑]采用调节频率的方法来达到核磁共振。由线圈向样品发射电磁波,调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化。当频率正好与核磁共振频率吻合时,射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰,这可以在示波器上显示出来,同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器,主要由磁铁、探头和谱仪三大部分组成。磁铁的功用是产生一个恒定的磁场;探头置于磁极之间,用于探测核磁共振信号;谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来。 MRI系统的组成[编辑]MRI是一台巨大的圓筒狀機器,能在受檢者的周圍製造一個強烈磁場區的環境,藉由無線電波的脈衝撞擊身體細胞中的氫原子核,改變身體內氫原子的排列,當氫原子再次進入適當的位置排列時,會發出無線電訊號,此訊號藉由電腦的接收並加以分析及轉換處理,可將身體構造及器官中的氫原子活動,轉換成2D影像,因MRI運用了生化、物理特性來區分組織,獲得的影像會比電腦斷層更加詳細。[1] 磁鐵系统[编辑]
射频系统[编辑]
计算机图像重建系统[编辑]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[编辑]技术应用[编辑]MRI在医学上的应用[编辑]檢查目的[编辑]
MRI被廣泛運用在運動相關傷害的診斷上,對近骨骼和骨骼周圍的軟組織,包括韌帶與肌肉,可呈現清晰影像,因此在脊椎及關節問題上,是極具敏感的檢查。 因MRI沒有輻射暴露的危險,因此經常被使用在生殖系統、乳房、骨盆及膀胱病的偵測及診斷上。 原理概述[编辑]氢核是人体成像的首选核种:人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物,所以氢核的核磁共振灵活度高、信号强,这是人们首选氢核作为人体成像元素的原因。NMR信号强度与样品中氢核密度有关,人体中各种组织间含水比例不同,即含氢核数的多少不同,则NMR信号强度有差异,利用这种差异作为特征量,把各种组织分开,这就是氢核密度的核磁共振图像。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、弛豫时间T1、T2三个参数的差异,是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。 当施加一射频脉冲信号时,氢核能态发生变化,射频过后,氢核返回初始能态,共振产生的电磁波便发射出来。原子核振动的微小差别可以被精确地检测到,经过进一步的计算机处理,即可能获得反应组织化学结构组成的三维图像,从中我们可以获得包括组织中水分差异以及水分子运动的信息。这样,病理变化就能被记录下来。 人体2/3的重量为水分,如此高的比例正是磁共振成像技术能被广泛应用于医学诊断的基础。人体内器官和组织中的水分并不相同,很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化,即可由磁共振图像反应出来。 MRI所获得的图像非常清晰精细,大大提高了医生的诊断效率,避免了剖胸或剖腹探查诊断的手术。由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂,因此对人体没有损害。MRI可对人体各部位多角度、多平面成像,其分辨力高,能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系,对病灶能更好地进行定位定性。对全身各系统疾病的诊断,尤其是早期肿瘤的诊断有很大的价值。 磁共振成像的优点[编辑]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:
人類腹部冠狀切面磁共振影像。 MRI的缺点及可能存在的危害[编辑]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:
MRI系统可能对人体造成伤害的因素主要包括以下方面:
MRI在化学领域的应用[编辑]MRI在化学领域的应用没有医学领域那么广泛,主要是因为技术上的难题及成像材料上的困难,目前主要应用于以下几个方面:
磁共振成像的其他进展[编辑]核磁共振分析技术是通过核磁共振谱线特征参数(如谱线宽度、谱线轮廓形状、谱线面积、谱线位置等)的测定来分析物质的分子结构与性质。它可以不破坏被测样品的内部结构,是一种完全无损的检测方法。同时,它具有非常高的分辨本领和精确度,而且可以用于测量的核也比较多,所有这些都优于其它测量方法。因此,核磁共振技术在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。
CT 和 MRI 的差异[编辑]CT 利用X光辐射来进行扫描诊断,MRI不使用辐射进行扫描。反而MRI使用磁场进行扫描。所以MRI扫描是没有辐射的。CT扫描比较没有这样多噪音,MRI扫描会提供耳机或者耳塞。[2] 诺贝尔获奖者的贡献[编辑]2003年10月6日,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布,2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家保罗·劳特伯(Paul C. Lauterbur)和英国物理学家彼得·曼斯菲爾德(Peter Mansfield),以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。 勞特伯在紐約州立大學石溪分校化學系當副教授時看到因為儀器老舊,研究生與博士後研究員實驗皆做不出理想結果,於是苦思解決之道。劳特布尔的贡献是,在主磁场内附加一个不均匀的磁场,把梯度引入磁场中,从而创造了一种可视的用其他技术手段却看不到的物质内部结构的二维结构图像。他描述了怎样把梯度磁体添加到主磁体中,然后能看到沉浸在重水中的装有普通水的试管的交叉截面。除此之外没有其他图像技术可以在普通水和重水之间区分图像。通过引进梯度磁场,可以逐点改变核磁共振电磁波频率,通过对发射出的电磁波的分析,可以确定其信号来源。 曼斯菲尔德进一步发展了有关在稳定磁场中使用附加的梯度磁场理论,推动了其实际应用。他发现磁共振信号的数学分析方法,为该方法从理论走向应用奠定了基础。这使得10年后磁共振成像成为临床诊断的一种现实可行的方法。他利用磁场中的梯度更为精确地显示共振中的差异。他证明,如何有效而迅速地分析探测到的信号,并且把它们转化成图像。曼斯菲尔德还提出了极快速的梯度变化可以获得瞬间即逝的图像,即平面回波扫描成像(echo-planar imaging, EPI)技术,成为20世纪90年代开始蓬勃兴起的功能磁共振成像(functional MRI, fMRI)研究的主要手段。 值得一提的是,2003年诺贝尔物理学奖获得者们在超导体和超流体理论上做出的开创性贡献,为获得2003年度诺贝尔生理学或医学奖的两位科学家开发核磁共振扫描仪提供了理论基础,为核磁共振成像技术铺平了道路。由于他们的理论工作,核磁共振成像技术才取得了突破,使人体内部器官高清晰度的图像成为可能。 孕妇、心臟裝有節律器者、身體任何部位裝置有對磁力有感應的金屬者。 美國食品與藥物管理局(FDA)於2006年6月發出警訊,中末期腎臟疾病及慢性腎衰竭患者使用含釓MRI顯影劑可能造成腎因性全身皮膚硬化症/腎因性纖維化皮膚病變(Nephrogenic Systemic Fibrosis/Nephrogenic Fibrosing Dermopathy,NSF/NFD)。 MRI scan是做什么的?磁共振成像(MRI)是一种医学成像技术,利用磁场和计算机生成的无线电波来创建人体器官和组织的详细图像。 大多数的 磁共振成像 机都是大型的管状磁体。 躺在 磁共振成像 机内时,磁场会暂时重组体内的水分子。 无线电波会使这些排列好的原子产生微弱的信号,并将其用于创建各个横截面 MRI 图像——就像一条面包中的多个切片。
MRI 有什么副作用?在磁共振成像(MRI) 中,磁场和无线电波用于从各种各样的角度对身体的特定部位生成影像。 MRI 具有众多益处,例如其不使用X 射线、无痛、无创,然而功效强劲且非常灵敏。 此外,它目前没有任何已知的副作用或后遗症,甚至可用于诊断和评价与疾病有关的各种不同的软组织。
磁共振检查要多久?一次完整的磁共振成像(MRI)研究最少要30分钟,最长要2 个小时。
MRA scan 是什么意思?磁共振血管造影(MRA)是利用电磁波产生身体二维或三维结构的图像的一种检查方法。 有时也称作“核磁共振显像(MRI)”。 是断层成像的一种,它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。
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