生物医学工程基础四-生物医学图象.ppt

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1、生物医学图象生物医学图象(Biomedical Imaging)(Biomedical Imaging)生物医学工程基础（四）生物医学工程基础（四）核磁共振成象核磁共振成象核磁共振成象核磁共振成象Lin Lin JiangliJiangli(Associate Prof.)(Associate Prof.)（2007.112007.11）Imaging technologies are changing the way science is done(R.P.Crease,Science,Vol.261,July 1993)1/2/20231四川大学材料学院生物医学工程系核磁共振成象核磁共振成

2、象（MRIMRI：Magnetic Resonance ImagingMagnetic Resonance Imaging）MRIMRI完成于完成于完成于完成于8080年代，年代，年代，年代，对医学成像产生意义深远的影响对医学成像产生意义深远的影响对医学成像产生意义深远的影响对医学成像产生意义深远的影响1/2/20232四川大学材料学院生物医学工程系核磁共振成象核磁共振成象（MRIMRI：Magnetic Resonance ImagingMagnetic Resonance Imaging）磁磁共共振振图图像像也也是是通通过过计计算算机机处处理理后后产产生生的的图图像像。与与CTCT不不同同

3、的的是是，CTCT图图中中每每个个像像素素的的数数值值代代表表的的是是人人体体组组织织中中某某一一个个体体素素对对X X线线的的衰衰减减；而而在在磁磁共共振振图图像像中中，每每个个像像素素的的值值代代表表的的是是从从某某个个体体素素来来的的磁磁共共振振信信号号的强度，它与共振核子的密度有关。的强度，它与共振核子的密度有关。1/2/20233四川大学材料学院生物医学工程系对人体无创伤、无电离辐射，安全；对人体无创伤、无电离辐射，安全；对人体无创伤、无电离辐射，安全；对人体无创伤、无电离辐射，安全；可以较容易地获得人体组织不同断面的图像可以较容易地获得人体组织不同断面的图像可以较容易地获得人体组织

4、不同断面的图像可以较容易地获得人体组织不同断面的图像图像分辨率高（分辨率可达图像分辨率高（分辨率可达图像分辨率高（分辨率可达图像分辨率高（分辨率可达0.5mm0.5mm）可以不注射造影剂可以不注射造影剂可以不注射造影剂可以不注射造影剂,对血管成像对血管成像对血管成像对血管成像对人体可以做出形态和功能两方面的诊断对人体可以做出形态和功能两方面的诊断对人体可以做出形态和功能两方面的诊断对人体可以做出形态和功能两方面的诊断（fMRIfMRI：磁共振功能成像）：磁共振功能成像）：磁共振功能成像）：磁共振功能成像）MRI的突出优点的突出优点1/2/20234四川大学材料学院生物医学工程系主要内容主要内容

5、MRIMRI的历史与的历史与的历史与的历史与MRIMRI的概况的概况的概况的概况核磁共振现象核磁共振现象核磁共振现象核磁共振现象 驰豫时间驰豫时间驰豫时间驰豫时间 MRIMRI的信号检测核空间定位的信号检测核空间定位的信号检测核空间定位的信号检测核空间定位MRIMRI成像原理成像原理成像原理成像原理MRIMRI成像设备组成成像设备组成成像设备组成成像设备组成1/2/20235四川大学材料学院生物医学工程系一、一、History核磁共振现象的发现核磁共振现象的发现19461946年美国年美国年美国年美国StanfordStanford大学的大学的大学的大学的Felix BlochFelix Bl

6、och费利费利费利费利克斯克斯克斯克斯 布洛赫及哈佛大学布洛赫及哈佛大学布洛赫及哈佛大学布洛赫及哈佛大学Edward PurcellEdward Purcell爱德爱德爱德爱德华华华华 珀塞尔各自首次发现核磁共振现象，并因此于珀塞尔各自首次发现核磁共振现象，并因此于珀塞尔各自首次发现核磁共振现象，并因此于珀塞尔各自首次发现核磁共振现象，并因此于19521952获得诺贝尔奖。获得诺贝尔奖。获得诺贝尔奖。获得诺贝尔奖。1950197019501970，NMRNMR发展成为物理与化学的重要发展成为物理与化学的重要发展成为物理与化学的重要发展成为物理与化学的重要分析仪器。分析仪器。分析仪器。分析仪器。

7、到到到到7070年代后期，对人体的成像才获得成功年代后期，对人体的成像才获得成功年代后期，对人体的成像才获得成功年代后期，对人体的成像才获得成功1/2/20236四川大学材料学院生物医学工程系1/2/20237四川大学材料学院生物医学工程系1/2/20238四川大学材料学院生物医学工程系History：NMR诊断的想法1971年，美国SUNY-Brooklyn的医生Raymond Damadian利用磁共振波谱仪对小鼠研究，发现组织与肿瘤的核磁共振T1、T2弛豫时间不同，癌变组织的T1，T2弛豫时间比正常组织长；而引发用NMR诊断的想法。19691969，提出，提出，提出，提出MR scann

8、er MR scanner 的设想；的设想；的设想；的设想；19711971，“tumor detecting tumor detecting by MR”,T1,T2 by MR”,T1,T219771977，第一台，第一台，第一台，第一台MRIMRI，19781978，FonarFonar 公司公司公司公司19801980，上市，上市，上市，上市1/2/20239四川大学材料学院生物医学工程系History：MRI出现1973-Paul Lauterbur（保罗劳特布尔）首先以小试管样本示范MRI。他发表于3/16/1973 Nature的论文 Image formation by ind

9、uced local interaction;examples employing magnetic resonance。Nature的编辑原先将此文退稿，理由是不具有科学价值。在此文中，Lauterbur描述了如何用迭加于强磁场上的弱梯度磁场来得到两支装水试管的空间位置。1/2/202310四川大学材料学院生物医学工程系History：FT MRI1975年，瑞士ETH-Zurich物理化学教授Richard Ernst 建议应用相位编码、频率编码、Fourier转换之技术于MRI，而沿用至今。Richard Ernst:FT MRIRichard Ernst:FT MRINobel Pri

10、ze,1991Nobel Prize,1991获得诺贝尔化学奖获得诺贝尔化学奖获得诺贝尔化学奖获得诺贝尔化学奖1/2/202311四川大学材料学院生物医学工程系History：EPI1977年，Raymond Damadian 示范全身MRI。1977年，英国Nottingham大学物理教授Peter Mansfield彼得彼得彼得彼得曼斯曼斯曼斯曼斯菲尔德菲尔德菲尔德菲尔德开发出回波平面成像(echo-planar imaging,EPI)法，后来发展到可达录像速率(30 ms/影像)的成像法。1/2/202312四川大学材料学院生物医学工程系History：MRI走向临床走向临床19801

11、980运用运用运用运用ErnstErnst的技术于人体成像，单一影像约需的技术于人体成像，单一影像约需的技术于人体成像，单一影像约需的技术于人体成像，单一影像约需5 5 minmin取得。取得。取得。取得。19841984年年年年 美国美国美国美国FDAFDA批准核磁共振使用于临床；批准核磁共振使用于临床；批准核磁共振使用于临床；批准核磁共振使用于临床；1986 1986 中国成立安科公司中国成立安科公司中国成立安科公司中国成立安科公司19861986成像时间缩到约成像时间缩到约成像时间缩到约成像时间缩到约5 sec5 sec。19861986开发出开发出开发出开发出NMRNMR显微镜。显微镜

12、。显微镜。显微镜。19871987用于制作一心脏周期的实时影片。用于制作一心脏周期的实时影片。用于制作一心脏周期的实时影片。用于制作一心脏周期的实时影片。19871987美国美国美国美国GEGE公司完成核磁共振血管影像法公司完成核磁共振血管影像法公司完成核磁共振血管影像法公司完成核磁共振血管影像法(MRA)(MRA)，不需，不需，不需，不需使用对比剂便可得到血液流动的影像。使用对比剂便可得到血液流动的影像。使用对比剂便可得到血液流动的影像。使用对比剂便可得到血液流动的影像。19931993开发出功能开发出功能开发出功能开发出功能MRI(MRI(fMRIfMRI)，用于观察人脑各部位的，用于观察

13、人脑各部位的，用于观察人脑各部位的，用于观察人脑各部位的功能。功能。功能。功能。1/2/202313四川大学材料学院生物医学工程系The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2003 Paul C.Lauterbur保罗劳特布尔University of Illinois Urbana,IL,USA Peter Mansfield 彼得曼斯菲尔德University of Nottingham,School of Physics and Astronomy Nottingham,United Kingdom 1/2/202314四川大学材料学院生物医学工

14、程系Paul C.Lauterbur Prize Award Photo Sir Peter Mansfield Prize Award Photo10/6,20031/2/202315四川大学材料学院生物医学工程系2003年诺贝尔生理学或医学奖成果年诺贝尔生理学或医学奖成果 正确而及时的诊断对于患者而言至关重要。核磁共振成像技术的正确而及时的诊断对于患者而言至关重要。核磁共振成像技术的正确而及时的诊断对于患者而言至关重要。核磁共振成像技术的正确而及时的诊断对于患者而言至关重要。核磁共振成像技术的普及挽救了很多患者的生命。这种方法精确度高，可以获得患者普及挽救了很多患者的生命。这种方法精确度高

15、，可以获得患者普及挽救了很多患者的生命。这种方法精确度高，可以获得患者普及挽救了很多患者的生命。这种方法精确度高，可以获得患者身体内部结构的立体图像。根据现有实验结果，它对身体没有损身体内部结构的立体图像。根据现有实验结果，它对身体没有损身体内部结构的立体图像。根据现有实验结果，它对身体没有损身体内部结构的立体图像。根据现有实验结果，它对身体没有损害。害。害。害。2003200320032003年诺贝尔生理学或医学奖表彰的就是这一领域的奠基性年诺贝尔生理学或医学奖表彰的就是这一领域的奠基性年诺贝尔生理学或医学奖表彰的就是这一领域的奠基性年诺贝尔生理学或医学奖表彰的就是这一领域的奠基性成果。成果

16、。成果。成果。瑞典卡罗林斯卡医学院日决定，把瑞典卡罗林斯卡医学院日决定，把瑞典卡罗林斯卡医学院日决定，把瑞典卡罗林斯卡医学院日决定，把2003200320032003年诺贝尔生理学或医学年诺贝尔生理学或医学年诺贝尔生理学或医学年诺贝尔生理学或医学奖授予现年奖授予现年奖授予现年奖授予现年74747474岁的美国科学家保罗岁的美国科学家保罗岁的美国科学家保罗岁的美国科学家保罗劳特布尔和现年劳特布尔和现年劳特布尔和现年劳特布尔和现年70707070岁的英国岁的英国岁的英国岁的英国科学家彼得科学家彼得科学家彼得科学家彼得曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技

17、术领域曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就。诺贝尔奖评选委员会认为，用一种精确的、非入的突破性成就。诺贝尔奖评选委员会认为，用一种精确的、非入的突破性成就。诺贝尔奖评选委员会认为，用一种精确的、非入的突破性成就。诺贝尔奖评选委员会认为，用一种精确的、非入侵的方法对人体内部器官进行成像，对于医学诊断、治疗和康复侵的方法对人体内部器官进行成像，对于医学诊断、治疗和康复侵的方法对人体内部器官进行成像，对于医学诊断、治疗和康复侵的方法对人体内部器官进行成像，对于医学诊断、治疗和康复非常重要。这两位科学家的成果对核磁共振成像技术的问世起到非

18、常重要。这两位科学家的成果对核磁共振成像技术的问世起到非常重要。这两位科学家的成果对核磁共振成像技术的问世起到非常重要。这两位科学家的成果对核磁共振成像技术的问世起到了奠基性的作用。了奠基性的作用。了奠基性的作用。了奠基性的作用。1/2/202316四川大学材料学院生物医学工程系2003年诺贝尔生理学或医学奖成果年诺贝尔生理学或医学奖成果原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们可以在磁场原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们可以在磁场原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们可以在磁场原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们可以在磁场中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋

19、转的频率和方向。在磁中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋转的频率和方向。在磁中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋转的频率和方向。在磁中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋转的频率和方向。在磁场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会同的电磁波，使原子核

20、的能量增加，当原子核恢复原状时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴时琴弓与琴弦的共振一样，因而被成为核磁共振。时琴弓与琴弦的共振一样，因而被成为核磁共振。时琴弓与琴弦的共振一样，因而被成为核磁共振。时琴弓与琴弦的共振一样，因而被成为核磁共振。1946194619461946年美国科年美国科年美国科年美国科学家费利克斯学家费利克斯学家费利克斯学家费利克斯布洛赫和爱德华布洛赫和爱德华布洛赫和爱德华布洛赫和爱

21、德华珀塞尔首先发现了核磁共振现珀塞尔首先发现了核磁共振现珀塞尔首先发现了核磁共振现珀塞尔首先发现了核磁共振现象，他们因此获得了象，他们因此获得了象，他们因此获得了象，他们因此获得了1952195219521952年的诺贝尔物理学奖。核磁共振现象为年的诺贝尔物理学奖。核磁共振现象为年的诺贝尔物理学奖。核磁共振现象为年的诺贝尔物理学奖。核磁共振现象为成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，而原子的主成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，而原子的主成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，而原子的主成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，而原子的主要部分是原子核。如果把物体放

22、置在磁场中，用适当的电磁波照要部分是原子核。如果把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照要部分是原子核。如果把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照要部分是原子核。如果把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，然后分析它释放的电磁波就可以得知构成这一物体的原子射它，然后分析它释放的电磁波就可以得知构成这一物体的原子射它，然后分析它释放的电磁波就可以得知构成这一物体的原子射它，然后分析它释放的电磁波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。如核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。如核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。如核的位置和种

23、类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。如果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要的诊断工具。的诊断工具。的诊断工具。的诊断工具。1/2/202317四川大学材料学院生物医学工程系2003年诺贝尔生理学或医学奖成果年诺贝尔生理学或医学奖成果然而从原理到实际应用往往有漫长的距离。然而从原理到实际应用往往有漫长的距离。然而从原理到实际应用往往有漫长的距离。然而从原理到实际应用往往有漫长的距离。20202020世纪世

24、纪世纪世纪70707070年代初期，年代初期，年代初期，年代初期，核磁共振成像技术研究才取得了突破。核磁共振成像技术研究才取得了突破。核磁共振成像技术研究才取得了突破。核磁共振成像技术研究才取得了突破。1973197319731973年，美国科学家保罗年，美国科学家保罗年，美国科学家保罗年，美国科学家保罗劳特布尔发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上劳特布尔发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上劳特布尔发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上劳特布尔发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上一个不均匀的磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射一个不均匀的磁场（即有

25、梯度的磁场），再用适当的电磁波照射一个不均匀的磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射一个不均匀的磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个截面的内部图像。随后，英国科学家彼得截面的内部图像。随后，英国科学家彼得截面的内部图像。随后，英国科学家彼得截面的内部图像。随后，英国科学家彼得曼斯菲尔德又进一步曼斯菲尔德又进一步曼斯菲尔德又进一步曼斯菲尔德又进一步验证和改进了这

26、种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上验证和改进了这种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上验证和改进了这种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上验证和改进了这种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘

27、制以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制图像奠定了基础。图像奠定了基础。图像奠定了基础。图像奠定了基础。在这两位科学家成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于在这两位科学家成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于在这两位科学家成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于在这两位科学家成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于20202020世纪世纪世纪世纪80808080年代初问世。后来，为了避免人们把这种技术误解为核技年代初问世。后来，为了避免人们把这种技术误解为核技年代初问世。后来，为了避免人们把这种技术误解为核技年代初问世。后来，为了避免人们把这种技术误解为核技术，一些科学家

28、把核磁共振成像技术的术，一些科学家把核磁共振成像技术的术，一些科学家把核磁共振成像技术的术，一些科学家把核磁共振成像技术的“核核核核”字去掉，称为其为字去掉，称为其为字去掉，称为其为字去掉，称为其为“磁共振成像技术磁共振成像技术磁共振成像技术磁共振成像技术”，英文缩写即，英文缩写即，英文缩写即，英文缩写即MRIMRIMRIMRI。1/2/202318四川大学材料学院生物医学工程系2003年诺贝尔生理学或医学奖成果年诺贝尔生理学或医学奖成果核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害核磁共振成像技

29、术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部特别是脑和脊髓部位的病变；可以

30、为患者需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者

31、的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及，已成为最目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及，已成为最目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及，已成为最目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及，已成为最重要的诊断工具之一。重要的诊断工具之一。重要的诊断工具之一。重要的诊断工具之一。2002200220022002年，全世界使用的核磁共振年，全世界使用的核磁共振年，全世界使用的核磁共振年，全世界使用的核磁共振成像仪共有成像仪共有成像仪共有成像仪共有2.2

32、2.22.22.2万台，利用它们共进行了约万台，利用它们共进行了约万台，利用它们共进行了约万台，利用它们共进行了约6000600060006000万人次万人次万人次万人次的检查。的检查。的检查。的检查。1/2/202319四川大学材料学院生物医学工程系第一台第一台MRIMRI装置装置 197719771/2/202320四川大学材料学院生物医学工程系世界上第一张世界上第一张 MRI MRI 图象图象19781978年年年年 英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像；英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像；英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像；英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像；1/2/202321

33、四川大学材料学院生物医学工程系MRI：设备和图象：设备和图象1/2/202322四川大学材料学院生物医学工程系Example：Head ImageBone and air are Bone and air are invisible.invisible.Fat and marrowFat and marrow（骨髓）（骨髓）（骨髓）（骨髓）are bright.are bright.muscle are dark.muscle are dark.Blood vessels are Blood vessels are bright.bright.Grey matter is Grey matte

34、r is darker than white darker than white matter.matter.1/2/202323四川大学材料学院生物医学工程系多参数成像多参数成像T1 ContrastTE=14 msTR=400 msT2 ContrastTE=100 msTR=1500 msProton DensityTE=14 msTR=1500 ms1/2/202324四川大学材料学院生物医学工程系多截面成像多截面成像1/2/202325四川大学材料学院生物医学工程系MRA核磁血管造影核磁血管造影1/2/202326四川大学材料学院生物医学工程系fMRI功能成像功能成像1/2/2023

35、27四川大学材料学院生物医学工程系MR显微镜显微镜100mm100mm体积分辨率需提体积分辨率需提高高 109 倍倍1/2/202328四川大学材料学院生物医学工程系Example of a MR Image A CT image of the brain compared to A CT image of the brain compared to an MRIan MRICT MR1/2/202329四川大学材料学院生物医学工程系T1 weighted contrastDark on T1-weighted Dark on T1-weighted image:image:increased

36、 water,as increased water,as in edemain edema（水肿）（水肿）（水肿）（水肿）,tumor,infarctiontumor,infarction（梗塞）（梗塞）（梗塞）（梗塞）,inflammationinflammation（炎症）（炎症）（炎症）（炎症）,infection,infection（感染）（感染）（感染）（感染）Fast flowing bloodFast flowing bloodBright on T1-weighted Bright on T1-weighted image:image:fat fat protein-rich

37、fluid protein-rich fluid slowly flowing blood slowly flowing blood T11/2/202330四川大学材料学院生物医学工程系T2 weighted contrastincreased water,as increased water,as in edema,tumor,in edema,tumor,infarction,infarction,inflammation,inflammation,infection,infection,subduralsubdural collection collection Slow flowin

38、g bloodSlow flowing bloodDark on T2-weighted Dark on T2-weighted image:image:low proton density,low proton density,calcificationcalcification钙化钙化钙化钙化,fibrousfibrous（纤维化）（纤维化）（纤维化）（纤维化）tissue tissue protein-rich fluid protein-rich fluid Fast flowing bloodFast flowing bloodT2Bright on T2-weighted imag

39、e:Bright on T2-weighted image:1/2/202331四川大学材料学院生物医学工程系Contrast between normal tissues:MR T1&T2 weighted;CTTissueTissueMR-T1MR-T1MR-T2MR-T2CTCTBoneBonedarkdarkdarkdarkbrightbrightAirAirdarkdarkdarkdarkdarkdarkFatFatbrightbrightbrightbrightdarkdarkWaterWaterdarkdarkbrightbrightdarkdarkT1T2CT1/2/20233

40、2四川大学材料学院生物医学工程系MRI Brain1/2/202333四川大学材料学院生物医学工程系MRI Brain Cancer1/2/202334四川大学材料学院生物医学工程系MRI 3D1/2/202335四川大学材料学院生物医学工程系射频辐射对机体是否有不良影响射频辐射对机体是否有不良影响 射频辐射对机体会产生不同程度的不良影响，其影射频辐射对机体会产生不同程度的不良影响，其影射频辐射对机体会产生不同程度的不良影响，其影射频辐射对机体会产生不同程度的不良影响，其影响的大小主要与辐射频率、电磁场强度，波的性质响的大小主要与辐射频率、电磁场强度，波的性质响的大小主要与辐射频率、电磁场强度

41、，波的性质响的大小主要与辐射频率、电磁场强度，波的性质(脉冲或连续波脉冲或连续波脉冲或连续波脉冲或连续波)、暴露时间、机体与辐射源的距离、暴露时间、机体与辐射源的距离、暴露时间、机体与辐射源的距离、暴露时间、机体与辐射源的距离和方位、暴怒部位和大小、组织含水量、有无脂肪和方位、暴怒部位和大小、组织含水量、有无脂肪和方位、暴怒部位和大小、组织含水量、有无脂肪和方位、暴怒部位和大小、组织含水量、有无脂肪层、散热能力以及有无防护措施等因素有关，其中层、散热能力以及有无防护措施等因素有关，其中层、散热能力以及有无防护措施等因素有关，其中层、散热能力以及有无防护措施等因素有关，其中频率是个主要的因素。频

42、率是个主要的因素。频率是个主要的因素。频率是个主要的因素。1/2/202336四川大学材料学院生物医学工程系不同频率的射频电磁波，对机体的不良影响也不同，不同频率的射频电磁波，对机体的不良影响也不同，不同频率的射频电磁波，对机体的不良影响也不同，不同频率的射频电磁波，对机体的不良影响也不同，其危害随频率的加大而递增。射频电磁波按波长主其危害随频率的加大而递增。射频电磁波按波长主其危害随频率的加大而递增。射频电磁波按波长主其危害随频率的加大而递增。射频电磁波按波长主要分为：中、短波频段要分为：中、短波频段要分为：中、短波频段要分为：中、短波频段(俗称高频电磁场俗称高频电磁场俗称高频电磁场俗称高频

43、电磁场)和超短波和超短波和超短波和超短波与微波。高频辐射对机体的影响较小，主要影响表与微波。高频辐射对机体的影响较小，主要影响表与微波。高频辐射对机体的影响较小，主要影响表与微波。高频辐射对机体的影响较小，主要影响表现在：引起神经衰弱综合征和心血管系统的植物神现在：引起神经衰弱综合征和心血管系统的植物神现在：引起神经衰弱综合征和心血管系统的植物神现在：引起神经衰弱综合征和心血管系统的植物神经功能失调经功能失调经功能失调经功能失调 微波辐射对机体的影响较大，其影响主要表现在热微波辐射对机体的影响较大，其影响主要表现在热微波辐射对机体的影响较大，其影响主要表现在热微波辐射对机体的影响较大，其影响主

44、要表现在热作用和非热作用两个方面。作用和非热作用两个方面。作用和非热作用两个方面。作用和非热作用两个方面。1/2/202337四川大学材料学院生物医学工程系二、磁共振现象二、磁共振现象原子核中包含高速旋转的中子和质子原子核中包含高速旋转的中子和质子原子核中包含高速旋转的中子和质子原子核中包含高速旋转的中子和质子移动的带电粒子能够产生磁场移动的带电粒子能够产生磁场质子质子具有自旋的性质，由于质子是带正电的，具有自旋的性质，由于质子是带正电的，它的自旋将产生一个小小的磁场，称为磁矩。它的自旋将产生一个小小的磁场，称为磁矩。中子具有自旋的性质，中子虽然为电中性的，中子具有自旋的性质，中子虽然为电中性

45、的，但在它的体积内各电荷分量的分布是不均匀但在它的体积内各电荷分量的分布是不均匀的，因此当它自旋时，也能产生磁矩。的，因此当它自旋时，也能产生磁矩。1/2/202338四川大学材料学院生物医学工程系自旋磁矩自旋磁矩1/2/202339四川大学材料学院生物医学工程系净自旋净自旋当原子核中含有奇数个中子或奇数个质子或两者都当原子核中含有奇数个中子或奇数个质子或两者都当原子核中含有奇数个中子或奇数个质子或两者都当原子核中含有奇数个中子或奇数个质子或两者都为奇数时，这个原子核就存在一个净自旋。要想产为奇数时，这个原子核就存在一个净自旋。要想产为奇数时，这个原子核就存在一个净自旋。要想产为奇数时，这个原

46、子核就存在一个净自旋。要想产生磁共振现象，所观察样本的原子核必须具有净自生磁共振现象，所观察样本的原子核必须具有净自生磁共振现象，所观察样本的原子核必须具有净自生磁共振现象，所观察样本的原子核必须具有净自旋。氢的主要同位素（质子）在人体中丰度大，而旋。氢的主要同位素（质子）在人体中丰度大，而旋。氢的主要同位素（质子）在人体中丰度大，而旋。氢的主要同位素（质子）在人体中丰度大，而且它的磁矩便于检测，因此，常用它来获得磁共振且它的磁矩便于检测，因此，常用它来获得磁共振且它的磁矩便于检测，因此，常用它来获得磁共振且它的磁矩便于检测，因此，常用它来获得磁共振图像。图像。图像。图像。1/2/202340

47、四川大学材料学院生物医学工程系原子核（质子）进动质子）进动氢核（质子）自旋产生一个小小的磁场，产生磁矩矢量氢核（质子）自旋产生一个小小的磁场，产生磁矩矢量氢核（质子）自旋产生一个小小的磁场，产生磁矩矢量氢核（质子）自旋产生一个小小的磁场，产生磁矩矢量1/2/202341四川大学材料学院生物医学工程系进动（Spin）与极化（Polarization）无外界作用时，质子自旋，磁矢量朝无外界作用时，质子自旋，磁矢量朝无外界作用时，质子自旋，磁矢量朝无外界作用时，质子自旋，磁矢量朝向随机向随机向随机向随机有外界磁场有外界磁场有外界磁场有外界磁场 B0B0作用时作用时作用时作用时，质子会绕着质子会绕着质

48、子会绕着质子会绕着磁场方向进动（极化）。进动的相位磁场方向进动（极化）。进动的相位磁场方向进动（极化）。进动的相位磁场方向进动（极化）。进动的相位存在两种情况：存在两种情况：存在两种情况：存在两种情况：平行（与平行（与B0同向）同向）:低能量低能量,原子数目多原子数目多反平行（与反平行（与B0同向）同向）:高能量高能量,原子数目原子数目少少对齐后产生净磁矩对齐后产生净磁矩对齐后产生净磁矩对齐后产生净磁矩MM1/2/202342四川大学材料学院生物医学工程系特例：特例：M位于位于x-y平面内平面内The Induced signal in the coil1/2/202343四川大学材料学院生物

49、医学工程系Larmor频率在外磁场作用下，自旋的质在外磁场作用下，自旋的质在外磁场作用下，自旋的质在外磁场作用下，自旋的质子产生进动子产生进动子产生进动子产生进动进动频率称为进动频率称为进动频率称为进动频率称为LarmorLarmor 频频频频率率率率 =*B0为旋磁比,是质子的固有特性B0=1T,=42.58 MHzLarmorLarmor频率在频率在频率在频率在 射频射频射频射频（RFRF）范围）范围）范围）范围1/2/202344四川大学材料学院生物医学工程系净磁矩（净磁矩（Net Magnetization）不同原子的自旋方向是不不同原子的自旋方向是不不同原子的自旋方向是不不同原子的自

50、旋方向是不同的，故不同原子的磁化同的，故不同原子的磁化同的，故不同原子的磁化同的，故不同原子的磁化方向也不同方向也不同方向也不同方向也不同将将将将M M 分解为分解为分解为分解为MzMz 和和和和 MxyMxy不同原子磁矩的平均值称不同原子磁矩的平均值称不同原子磁矩的平均值称不同原子磁矩的平均值称为净磁矩为净磁矩为净磁矩为净磁矩若若Mxy相互抵消，净磁矩由相互抵消，净磁矩由Mz给出给出若若Mz=0,净磁矩为净磁矩为Mxy1/2/202345四川大学材料学院生物医学工程系净磁矩净磁矩1/2/202346四川大学材料学院生物医学工程系核磁共振（NMR）在外加磁场在外加磁场在外加磁场在外加磁场B0B