医用磁共振设备

医学影像设备

医用磁共振设备是一种利用原子核自旋运动的特点,在外加磁场内,经射频脉冲激发后产生信号,用探测器检测并输入计算机,经过处理转换在屏幕上显示图像的医学影像设备。

磁共振设备发展历史
1930年代,物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。
1946年,美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫发现,将具有奇数个核子的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。
20世纪70年代,科学家罗伯.洛赫尔和他的同事在荷兰的中心实验室开始最初的磁共振研究,并得到著名的核磁共振图像“诺丁汉橘子”;80年代该实验室得到了第一幅人类头部核磁共振图像以及世界第一张二维傅里叶变换后的图像。从而使脉冲傅里叶变换核磁共振的应用更加广泛,尤其在对很多疾病的诊断上具有潜在的优越性。
21世纪以来,随着科技水平的提高,全球开发核磁共振的各种关键部件,研制各种磁共振成像系统(MRI)等高性能诊疗设备。使医用磁共振设备得以迅猛的发展。
磁共振设备的工作原理
用特定频率的射频脉冲激发氢质子,吸收一定量的能量而发生共振,即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲,则被激发的氢原子核把所吸收的能量逐步释放出来,其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程,而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间。
有两种弛豫时间,一种是自旋-晶格弛豫时间,反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间,也是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间,称T1。另一种是自旋-自旋弛豫时间,反映横向磁化衰减、丧失的过程,也即是横向磁化所维持的时间,称T2。人体不同器官的正常组织与病理组织的T1是相对固定的,而且它们之间有一定的差别,T2也是如此。这种组织间弛豫时间上的差别,是MRI的成像基础。
磁共振成像主要包含三个方面:1)激发产生磁共振现象并测量磁共振信号的射频(RF)脉冲序列;2)确定信号位置的空间编码;3)将所测量的磁共振信号及其位置信息重建成磁共振影像。
磁共振设备检查的适应证
1. 诊断脑部早期的缺血性病变,颅内出血及头部骨折,以及其他病变如肿瘤、炎症、血管性病变、感染等。
2. 检查颅内移行区病变,不产生伪影,避免了CT检查颅底病变因骨骼的影响。
3. 颈部病变可清晰显示咽、喉、甲状腺、淋巴结、血管及肌肉等。
4. 胸部由于纵隔内血管的“流空效应”及脂肪的高信号,对肺门淋巴结及占位病变具有特别诊断价值。
5. 施加门控技术可以对心肌、心包病变及先天性病变作出准确诊断,对心脏功能进行定量分析。
6. 检查肝脏病变,通过T1加权、T2加权鉴别肝囊肿、海绵状血管瘤、肝癌。
7. 检查肾及输尿管,由于肾周围的脂肪使磁共振图像形成良好对比,肾实质与尿液形成良好对比,对输尿管狭窄梗阻显示效果良好。
8. 检查盆腔病变,是盆腔内血管与淋巴、肿瘤、炎症、转移瘤等病变的最佳的影像学检查方法。
9. 检查四肢关节,关节软组织、骨髓炎、软组织内肿瘤及血管畸形有良好显示效果。
磁共振成像设备的组成
磁共振成像设备有产生磁场的磁体和磁体电源、梯度场线圈和梯度场电源、射频发射/接收机、系统控制和数据处理计算机、成像操作和影像分析工作台、活动检查床等部分组成。
医院常用设备比较
医院常用检查设备有磁共振成像设备、CT机、CR和DR的X射线检查以及超声检查仪器等,其主要区别见表1。
表1 医院常用设备比较
医用磁共振设备分类
产生磁场的磁体是MR成像系统的核心。根据磁体性质的不同,医用磁共振成像设备分为永磁型磁共振成像系统、常导型磁共振成像系统、超导型磁共振成像系统三类。
下面从制造工艺、磁场特性、能源和其他消耗以及价格方面进行比较,介绍3种类型的磁体的优点和缺点,见表2。
表2 三种磁体比较
磁共振设备的优缺点
优点:具有非射线成像、无创、无害;可以创建轴面图像、矢状面图像、冠状面图像或者中间任何角度的图像,而无需患者移动分毫;在心血管和脑脊髓成像时无需注入对比剂,安全、无痛苦,同时可作功能分析等优点。
缺点:价格昂贵、费时,尚难满足广泛应用;空间分辨率不及CT;不适于某些急危病人;装有心脏起搏器的病人不能应用,以免引起起搏器失灵,造成生命危险。
使用的注意事项
1. 病人必须去除一切金属物品,最好更衣。
2. 扫拍过程中病人身体不要直接触碰磁体内壁及各种导线,防止病人灼伤。
3. 纹身、化妆品、染发等应事先去掉,因其可能会引起灼伤。
4. 病人应带耳塞,以防听力损伤。
5. 身体内装有心脏起搏器及神经刺激器者严禁扫描。
6. 如体内的金属异物(假牙、避孕环、金属植入物、术后金属夹等)位于扫描范围内时,应慎重扫拍,以防止金属物运动或产热造成病人损伤,金属物亦可产生伪影而妨碍诊断。
7. 体内存有动脉瘤夹,眼球内有金属异物者应禁止扫描。
8. 孕妇和婴儿应征得医生同意再行扫描。
扩展阅读
[1] 武杰,袁航英,严峻等.医用核磁共振成像设备的风险因素分析与管理[J].中国医学物理学杂志,2014,31(03):4918-4919+4928.
[2] 邵东宁.低磁场医用诊断磁共振设备运行中应注意问题[J].中华放射医学与防护杂志,2003(06):63.
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