CT 1的基本原理。CT成像過程
X射線成像是基於人體選擇性吸收X射線的原理。X射線穿過人體時，在熒光屏或膠片上形成組織和器官的圖像，CT成像也類似。
CT掃描的過程是通過高度準直的X射線束圍繞人體的檢查部位進行360度橫截面掃描的過程。當床平移時，X射線從不同方向照射患者，穿過人體的X射線束由於部分光子被人體吸收而衰減。未被吸收的光子穿過人體，被準直並被探測器接收。探測器接收穿過人體後不同強度的X射線，並轉換成自身信號，由數據采集系統(DAS)采集。大量接收到的模擬信號信息被模數(A/D)轉換器轉換成數字信號，並輸入到計算機進行處理和運算。經過初步處理後，成為采集的原始數據，原始數據經過卷曲、過濾，後被稱為6lteredrawdata。用數模(D/A)轉換器通過不同的灰度在顯示屏上顯示，從而獲得該部位橫截面的解剖結構圖像，即CT橫截面圖像。
因此，CT檢查獲得的數字圖像反映了人體組織結構的分布，從根本上克服了常規X線檢查圖像重疊的缺陷，使醫學影像診斷檢查有了質的飛躍。
二、CT成像的基本原理
通常情況下，探測器接收到的輻射信號的強度取決於人體在該部位橫截面上的組織密度。高密度組織，如骨骼，吸收的x射線較多，探測器接收到的信號較弱；低密度組織，如脂肪和中空器官，吸收較少的X射線，探測器獲得更強的信號。這種不同組織具有不同X射線吸收值的性質可以用組織的吸收系數μ來表示，因此探測器接收到的信號強度反映了人體組織的不同μ值。而CT是基於X射線穿透人體後的衰減特性。
X射線穿透人體後的衰減遵循指數衰減規律I = i0e-μ d..
其中:I為人體吸收後衰減的X射線強度；I0是入射X射線強度；μ是受X射線照射的組織的線性吸收系數；d是受檢部位人體組織的厚度。
人體組織的吸收系數是通過計算機運算列出來的，它分布在合成圖像的網格陣列中，即矩陣的正方形(元素)。矩陣上的每個數組元素相當於重建圖像上的壹個像點，稱為壹個像素。CT的成像過程就是求每個像素的衰減系數的過程。如果像素更小，探測器數量更多，計算機測得的衰減系數會越來越準確，重建的圖像也會更清晰。目前CT機的矩陣多為256×256，565，438+02× 565，438+02，乘積為每個矩陣包含的像素數。
磁共振成像
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人腦縱切面磁共振成像* * *磁共振成像(Magnetic resonance imaging，簡稱NMRI)，又稱自旋成像，也稱磁共振成像和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI)，是基於核磁共振(NMR)的原理，根據物質內部不同的結構環境對釋放能量的衰減不同，通過施加梯度磁場，可以探測到發射的電磁波 從而可以知道構成這個物體的細胞核的位置和類型，並據此繪制出物體內部的結構圖像。
利用這項技術對人體內部結構進行成像，將產生壹種革命性的醫療診斷工具。快速變化的梯度磁場的應用大大加快了磁共振成像的速度，使這項技術在臨床診斷和科學研究中的應用成為現實，極大地促進了醫學、神經生理學和認知神經科學的快速發展。
從核磁共振現象發現到核磁共振技術成熟的幾十年間，核磁共振的研究領域在三個領域(物理、化學、生理或醫學)獲得了六次諾貝爾獎，足以說明該領域及其衍生技術的重要性。
目錄[隱藏]
1的物理原理
1.1原理概述
1.2數學運算
2系統組成
2.1核磁共振實驗裝置
2.2磁共振成像系統的組成
1磁鐵系統
射頻系統
2.2.3計算機圖像重建系統
2.3磁共振成像的基本方法
3技術應用
3.1磁共振成像在醫學中的應用
3.1.1原理概述
3.1.2磁振動成像的優點
3.1.3 MRI的缺點和可能的危害
3.2 MRI在化學領域的應用
3.3磁振動成像的其他進展
4位諾貝爾獎獲得者的貢獻
5未來展望
6相關項目
6.1磁化準備
6.2圖像拍攝方法
6.3醫學生理應用
7參考文獻
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物理原理
通過磁共振成像掃描人類大腦獲得的連續切片的動畫，從頭頂開始到底部。[編輯]
原理概述
磁共振成像(MRI)是隨著計算機技術、電子電路技術和超導技術的發展而迅速發展起來的壹種生物磁學核自旋成像技術。考慮到患者對“核”的恐懼，醫生通常將這種技術稱為磁共振成像。它利用磁場和射頻脈沖使人體組織中進動的氫核(H+)章動產生射頻信號，經計算機處理後成像。
原子核在進動時，吸收與原子核進動頻率相同的射頻脈沖，即外界交變磁場的頻率等於莫拉頻率，原子核就會被振動吸收。去掉射頻脈沖後，核磁矩會將吸收的部分能量以電磁波的形式發射出去，稱為* * *振動發射。* * *振動吸收和發射的過程稱為“核磁* * *振動”。
核磁共振成像的“核”指的是氫核，因為人體的70%左右是由水組成的，核磁共振成像依靠的是水中的氫原子。將物體置於磁場中，用適當的電磁波照射使其振動，然後對其釋放的電磁波進行分析，就可以知道構成這個物體的原子核的位置和類型，並據此繪制出物體內部的精確三維圖像。
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數學操作
原子核帶正電荷，有自旋運動，其自旋運動必然會產生磁矩，稱為核磁矩。研究表明，原子核的磁矩μ與原子核的自旋角動量S成正比，即
其中γ是比例系數，稱為原子核的旋磁比。在外磁場中，核自旋角動量的空間取向是量子化的，它在外磁場方向上的投影值可以表示為
m是核自旋量子數。根據核磁矩與自旋角動量的關系，核磁矩在外磁場中的取向也被量子化，其在磁場方向的投影值為
對於不同的核，m分別是整數或半整數。在外磁場中，具有磁矩的原子核具有相應的能量，其值可表示為
其中b是磁感應強度。可以看出，原子核在外磁場中的能量也是量子化的。由於磁矩和磁場的相互作用，自旋能量被分裂成壹系列離散的能級，相鄰兩個能級之差為δδE =γhB。用適當頻率的電磁輻射照射原子核。如果電磁輻射的光子能量hν正好是相鄰兩個核能級之差δE，原子核就會吸收這個光子，核磁共振的頻率條件如下:
其中，ν為頻率，ω為角頻率。對於某個原子核，旋磁比γ可以精確地確定。可以看出，可以通過測量核磁共振期間輻射場的頻率ν來確定磁感應強度。另壹方面，如果已知磁感應強度，就可以確定原子核的* * *振動頻率。
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系統組成
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核磁共振實驗裝置
采用調節頻率的方法實現核磁共振。線圈向樣品發射電磁波，調制振蕩器的作用是使射頻電磁波的頻率在樣品的振動頻率附近連續變化。當頻率與核磁共振頻率重合時，射頻振蕩器的輸出會有壹個吸收峰，可以在示波器上顯示出來，同時頻率計會立即讀出* * *振動的頻率值。核磁共振譜儀是專門用來觀測核磁共振的儀器，主要由磁體、探頭和譜儀三部分組成。磁鐵的功能是產生恒定的磁場；探頭置於磁極之間，檢測核磁振動信號；頻譜儀放大、顯示並記錄* *振動信號。
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磁共振成像系統的組成
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磁體系統
靜磁場:目前臨床使用的超導磁體磁場強度為0.5到4.0T，常見的有1.5T和3.0t，另外勻場線圈有助於實現高均勻性。
梯度場:用於產生和控制磁場中的梯度，實現核磁共振信號的空間編碼。該系統有三組線圈，在X、Y和Z方向產生梯度場。線圈組的磁場被疊加以獲得任何方向的梯度場。
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射頻系統
射頻(RF)發生器:它產生壹個短而強的RF場，以脈沖方式作用於樣品，使樣品中的氫核產生NMR現象。
射頻(RF)接收器:接收核磁共振信號，放大後進入圖像處理系統。
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計算機圖像重建系統
射頻接收器發出的信號經A/D轉換器轉換成數學信號，根據與觀察層各體素的對應關系，經計算機處理得到切片圖像數據，再經D/A轉換器加入到圖像顯示中，待觀察層的圖像根據核磁共振的大小用不同的灰度顯示。
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磁共振成像的基本方法
薄膜選擇梯度場Gz
相位編碼和頻率編碼
圖像重建
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技術應用
3D核磁共振成像[編輯]
磁共振成像在醫學中的應用
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原理概述
人體成像首選氫核:人體的各種組織含有大量的水和碳氫化合物，所以氫核的核磁共振靈活性高，信號強，這也是人們選擇氫核作為人體成像元素首選的原因。NMR信號的強度與樣品中氫核的密度有關。當人體內各種組織的含水量比例不同時，即氫核數目不同時，核磁共振信號的強度也不壹樣。利用這種差異作為特征量，分離出各種組織，這就是氫原子核密度的核磁共振圖像。人體不同組織之間以及該組織中正常組織與病變組織之間的氫核密度、弛豫時間T1和T2的差異，是MRI在臨床診斷中最重要的物理基礎。
當施加射頻脈沖信號時，氫核能的狀態發生變化。射頻之後，氫核能回到初始狀態，發射* * *振動產生的電磁波。核振動的微小差異可以被精確地探測出來，經過進壹步的計算機處理，就有可能獲得反應組織化學結構的三維圖像，從中我們可以獲得包括組織中水的差異和水分子的運動等信息。通過這種方式，可以記錄病理變化
人體重量的三分之二是水，如此高的比例是磁共振成像技術能夠廣泛應用於醫學診斷的基礎。人體內器官和組織的水是不壹樣的，很多疾病的病理過程都會導致水形態的改變，這可以通過磁振圖像反映出來。
核磁共振獲得的圖像非常清晰精細，大大提高了醫生的診斷效率，避免了開胸或剖腹手術。因為核磁共振不使用對人體有害的X射線和容易引起過敏反應的造影劑，所以對人體無害。MRI可以對人體各個部位進行多角度、多平面的成像，分辨率高，可以更客觀、具體地顯示人體內的解剖組織和毗鄰關系，可以更好地對病變進行定位和定性。對於全身性疾病的診斷，尤其是早期腫瘤的診斷具有重要價值。
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磁共振成像的優勢
與1901年獲得諾貝爾物理學獎的普通X線或1979年獲得諾貝爾醫學獎的計算機斷層掃描(CT)相比，磁共振成像最大的優勢在於它是目前少有的對人體無傷害的安全、快速、準確的臨床診斷手段。如今，全球每年至少有6000萬個病例通過磁共振成像技術進行檢查。具體來說，有以下幾點:
對人體無輻射傷害；
多種參數可用於成像，多種成像參數可提供豐富的診斷信息，使醫學診斷和研究人體內的代謝和功能變得方便有效。比如肝炎、肝硬化的T1值更大，肝癌的T1值更大。利用T1加權圖像可以區分肝臟良惡性腫瘤。
通過調節磁場可以自由選擇所需的輪廓。可以獲得其他成像技術無法接近或難以接近的部位的圖像。對於椎間盤和脊髓，可以做矢狀、冠狀和橫斷面圖像，可以看到神經根、脊髓和神經節。可以獲得大腦和脊髓的三維圖像，不像CT(只能獲得垂直於人體長軸的橫斷面視圖)可能會遺漏病變；
可以診斷心臟疾病，CT掃描速度慢，無法勝任；
對軟組織具有出色的分辨率。膀胱、直腸、子宮、陰道、骨骼、關節、肌肉等部位的檢查優於CT；
原則上所有自旋非零的核元素都可以用來成像，比如氫(1H)、碳(13C)、氮(14N和15N)、磷(31P)等等。
人體腹部冠狀切面磁共振成像[編輯]
磁共振成像的缺點和可能的危害
雖然核磁共振對患者沒有致命的傷害，但還是會給患者帶來壹些不適。在MRI診斷前應采取必要的措施以減少這種負面影響。其缺點主要包括:
和CT壹樣，MRI也是壹種解剖影像診斷。許多病變仍然難以單獨通過磁共振成像進行診斷，而不像內窺鏡檢查那樣可以同時獲得影像學和病理學診斷。
肺部的檢查並不優於x光或CT，肝臟、胰腺、腎上腺、前列腺的檢查也不優於CT，但費用要高很多。
胃腸道的病變不如內鏡；
掃描時間長，空間分辨率不理想；
由於磁場很強，磁共振不適合體內有磁性金屬或起搏器等特殊患者。
MRI系統可能對人體造成傷害的因素主要包括以下幾個方面:
強靜磁場:在鐵磁性物質存在的情況下，無論是植入患者體內還是磁場內，都可能是危險因素；
時變梯度場:能在受試者體內感應出電場，使神經或肌肉興奮。周圍神經興奮是梯度場安全的上限指標。在足夠的強度下，可產生外周神經興奮(如刺痛或叩擊)，甚至引起心臟興奮或心室顫動；
射頻場的熱效應:MRI聚焦或測量過程中使用的大角度射頻場發射，其電磁能量在患者組織內轉化為熱能，使組織溫度升高。射頻的熱效應需要進壹步討論。臨床掃描儀對射頻能量有所謂的“特定吸收率”(SAR)限制。
噪音:核磁共振操作過程中產生的各種噪音可能會損害部分患者的聽力；
造影劑的毒副作用:目前使用的造影劑主要是含釓化合物，副作用發生率為2%-4%。
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磁共振成像在化學領域的應用
MRI在化學領域的應用不如在醫學領域廣泛，主要是技術難度和成像材料的困難。目前主要應用在以下幾個方面:
在高分子化學領域，如碳纖維增強環氧樹脂的研究、固相反應空間取向的研究、聚合物中溶劑擴散的研究、聚合物硫化和彈性體均勻性的研究等。
在金屬陶瓷中，研究多孔結構來檢測陶瓷制品中的砂眼；
在火箭燃料中，用於檢測固體燃料中的缺陷以及填充物、增塑劑和推進劑的分布；
在石油化學方面，主要側重於巖石中流體分布和流動性的研究，以及油藏描述和提高采收率機理的研究。
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磁共振成像的其他進展
核磁共振分析技術是通過測量核磁共振線的特征參數(如線寬、線輪廓形狀、線面積、線位置等)來分析物質的分子結構和性質。).它不會破壞被測樣品的內部結構，是壹種完全無損的檢測方法。同時具有非常高的分辨率和精度，可用於測量的巖心非常多，都優於其他測量方法。因此，核磁共振技術已經廣泛應用於物理、化學、醫療、石油化工、考古等領域。
磁共振顯微鏡(MRM/μ MRI)是MRI技術中發展稍晚的技術。MRM的最高空間分辨率為4μm，接近壹般光學顯微鏡圖像的水平。MRM已廣泛應用於疾病和藥物的動物模型研究。
活體磁共振波譜(Mrs)可以測量動物或人體指定部位的核磁共振波譜，從而直接鑒定和分析其化學成分。
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諾貝爾獎獲得者的貢獻
2003年6月6日，瑞典卡羅林斯卡醫學院宣布，將2003年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國化學家保羅·勞特布爾和英國物理學家彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們在醫學診斷和研究中使用的核磁共振成像技術領域取得的突破性成就。
勞特布爾的貢獻在於，在主磁場中加入了壹個不均勻的磁場，並在磁場中引入了梯度，從而創造了壹個用其他技術手段看不到的物質內部結構的可視二維結構圖像。他描述了如何在主磁體上加壹個梯度磁體，然後妳可以看到壹個裝滿普通水的試管浸入重水的橫截面。沒有其他圖像技術可以區分普通水和重水的圖像。通過引入梯度磁場，可以逐點改變核磁共振的電磁波頻率，通過分析發射的電磁波來確定信號源。
曼斯菲爾德進壹步發展了在穩定磁場中使用附加梯度磁場的理論，促進了其實際應用。他發現了磁振動信號的數學分析方法，為該方法從理論走向應用奠定了基礎。這使得磁共振成像在10年後成為臨床診斷的實用方法。他利用磁場的梯度來更準確地顯示振動的差異。他證明了如何有效快速地分析檢測到的信號，並將其轉換為圖像。Mansfield還提出了極其快速的梯度變化可以獲得瞬時圖像，即回波平面成像(EPI)技術，這成為20世紀90年代開始蓬勃發展的功能磁共振成像(FMRI)研究的主要手段。
雷蒙德·達馬蒂的《癌癥組織檢測的設備和方法》值得壹提。2003年諾貝爾物理學獎獲得者在超導體和超流體理論方面做出的開創性貢獻，為這兩位獲得2003年諾貝爾生理學或醫學獎的科學家開發MRI掃描儀提供了理論基礎，為MRI技術鋪平了道路。由於他們的理論工作，磁共振成像技術取得了突破，使人體內部器官的高清圖像成為可能。
此外，在2003年6月10日的《紐約時報》和《華盛頓郵報》上，同時出現了福納爾的壹個整版廣告:“雷蒙德·達馬迪安應該與彼得·曼斯菲爾德和保羅·勞特布爾分享2003年諾貝爾生理學或醫學獎。沒有他，就沒有磁共振成像技術。”指責諾貝爾委員會“篡改歷史”引發廣泛爭議。其實核磁共振的發明權歸屬問題已經爭論了很多年，爭議相當激烈。在學術界，達馬蒂·安與其說是科學家，不如說是商人。
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未來前景
人腦是如何思考的，壹直是個謎。並且是科學家關註的重要課題。使用MRI進行腦功能成像有助於我們在活體和整體水平上研究人類思維。其中關於盲童的手能否代替眼睛的研究就是壹個很好的樣本。正常人可以看到藍天碧水，然後在大腦中形成意象，形成意境，而沒見過世面的盲童可以用手觸摸文字，文字告訴他這個世界。盲童能“看”出來嗎？專家通過功能磁共振掃描正常和盲童的大腦，發現盲童和正常人壹樣，大腦的視覺皮層會有壹個很好的激活區。由此可以得出壹個初步的結論:通過認知教育，盲童可以用手而不是眼睛“看”到外界。
快速掃描技術的研究和應用將把經典MRI成像方法掃描病人的時間從幾分鐘縮短到幾毫秒，從而忽略器官運動對圖像的影響。MRI血流成像通過利用空隙效應在MRI圖像上清楚地顯示血管的形狀，使得測量血管中血液的流動方向和速度成為可能。MRI頻譜分析可以利用強磁場實現人體局部組織的頻譜分析技術，從而增加信息幫助診斷；腦功能成像，利用強磁場振動成像研究腦功能及其機制，是腦科學中最重要的課題。有理由相信核磁共振將發展成為讀心術。
20世紀中葉以來，信息技術和生命科學是最活躍的兩個領域。專家認為，核磁共振技術作為兩者的結合，將繼續向顯微和功能檢查發展，在揭示生命奧秘方面發揮更大的作用。
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相關項目
核磁共振
無線電頻率
射頻線圈
梯度磁場
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磁化準備
反轉恢復(反轉恢復)
飽和恢復
驅動平衡
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圖像拍攝方法
自旋回波
梯度回波(梯度回波)
平行成像(平行成像)
回波平面成像(EPI)
穩態自由進動成像(SSFP)
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醫學生理學應用
磁共振血管造影術
磁共振胰膽管造影術
擴散加權圖像
擴散張量圖像
灌註加權圖像
功能磁共振成像(fmri)
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參考
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