磁共振成像仪

磁共振成像仪（精选十篇）

磁共振成像仪 篇1

1故障现象

在患者扫描中, 射频能调谐, 但不能扫描, 系统报告" RFPA shut down "。高压发生器HVPU (High Voltage Power Supply) E4B K2086监控提示无高压输出, 射频管Tube的灯丝开始亮, 不久就熄灭, 射频不能调谐。

2故障分析和维修

2.1 断电 检查射频放大RFA ( Radio Frequency Amplifier) E6 K2086的保险丝F1 (16AF) 和 F2 (6AT) (24 VDC 通过F1到E4A .UFIL, 42 VAC通过F2到DRIVER) , 均未烧断;检查HVPU E4B K2086的光缆和电缆, 避免接触不良导致其无输出;断开HVPU与RFA的连接, 给HVPU接上假负载 Service plug, 送电后HVPU输出正常, 由此判断是后一级RFA的问题。

2.2 断电后 用放电枪将RFA放完电, 打开RFA柜, 发现射频管Tube的玻璃灯罩被击穿, 更换Tube后, HVPU无输出;检查射频放大的第一级驱动放大E11 RF Driver, 发现驱动器有其工作电压却无输入信号, 更换DRIVER后, HVPU输出正常, 提供+10kV (Anode voltage) 和+1·5 kV (Screen voltage) 的高压输出到RFA;但射频单元不调谐也无输出, 检查射频放大的第二级即末级放大-射频管Tube , 测试其灯丝电压 (Filament voltage) 为7.5 VDC, 其正常范围是7.5VDC±0.05V, 测试其阳极电压 ( Anode voltage) 为9.74 kV, 正常值为10 kV, 测试其栅极电压 (Grid voltage) , 在无手电筒的灯光照射D2 J1 (无射频放大的激励信号) 时栅极电压为-400V (正常范围: -400V±2V) , 用灯光照D2 J1时 (产生射频放大的激励信号) 棚极电压为-230V, 都正常, 同时发现Tube的阳极偏转电流不稳定。更换D1 K2086 TBC (Tube Control) , 射频单元仍不能调谐也无输出;测试射频管阳极电位, 观察Tube的灯丝电压板D3 FIPS PC Board (Filament Power Supply) 的 电容C8充放电过程 (需要耗时7～8min) , 10 kV 的高压是经过C8到达栅极板 D2 GIRDBI , 然后到达射频管的阳极, 5 min后C8的电压值为6000 V, 由此可推断10 kV阳极电压应该到达射频管的阳极。

2.3 使用示波器测试RFSU ( Radio Frequency Signal Unit ) , 有0.085dB增益的信号输出, 即有射频小信号, 说明RFSU正常。测试第一级驱动放大DRIVER, 有增益为15.32dB的信号输出, 说明第一级驱动放大正常。测试射频单元RFPA E6A的输出, 只有增益32dB的信号输出, 由于其假负载Dummy的衰减为30dB, 由此说明射频管无放大作用。

2.4 测试射频管的阳极偏转电流为-51mA, 先前测试的值为-36.5mA, 测试射频管的工作电压, 在检查栅极电位时, 发现D2 K2086 GRIBI (Grid Blas) 上的 R7 (100A) 与电路板公共接地不通, 测试R7的电阻, 发现烧断, 更换D2 K2086 GRIBI, 使用示波器测试RF输出, 有RF的放大信号输出, 射频单元能调谐。然后进行RF的调试, 使用示波器测试RF的输入信号为-0.46dB, 调试RF通道的放大增益, 调带宽与射频曲线后, 相关参数均在正常范围, 随后故障消除, 患者的检查可正常进行。

3讨论

RFPA ( Radio Frequency Power Amplifier) 由HVPU和RFA组成, RFA放大分两级放大, 第一级驱动放大DRIVER (Solid-State Driver Amplifier) , 放大的增益是51 dB±3 dB, 第二级放大是RF Tube (final stage power amplifier) , 其放大的增益为19-20 dB, 由一个Tube 和D1 K2086 TBC , D2 K2086 GRIBI, D3 K2086 FIPS 三个 PC board组成, 一般是Tube和HVPU发生故障, Driver很少出故障, 而两级同时出故障的情况更为少见, 这种情况估计是设备老化和外围电网电压波动过大所导致的。

关键词：西门子磁共振成像仪,射频故障

参考文献

[1]徐跃, 梁碧玲主编.医学影像设备学.北京:人民卫生出版社, 2005, 181

[2]廖孟杨主编.磁共振成像技术.武汉:武汉大学出版社, 1994, 82

磁共振成像序列的机理研究 篇2

磁共振成像序列的机理研究

【摘要】1946年，人们最初认识了核磁共振（NMR）现象。之后，NMR很快产生了实际用途。随着时间的推移，NMR技术不断发展，其解析分子结构的能力也越来越强。1973年，核磁共振成像技术（MRI）问世并日趋成熟，被人类广泛应用于各个领域，成为一项常规的医学检测手段。近年来，科学家在磁共振成像序列的机理上不断进行探究，并成功扩充磁共振序列库，对推动医学、神经生理学和认知神经科学的发展做出重要贡献，为人类揭示大脑和生命的奥秘奠基。本文主要介绍了几种常用的磁共振成像序列——SE序列、FSE序列、IR序列、GRE序列和三种杂合序列。

【关键词】核磁共振成像、序列、磁化矢量、弛豫、RF脉冲 【正文】

一、磁共振成像的原理及概述

处在磁场中的任何含有奇数质子或中子的原子核会吸收与磁场强度成正比的特定频率的电磁波能量而处于受激高能态。当处于受激高能态的原子核回复到初始低能态时，将会辐射出与激励频率相同的电磁波。这一现象被称为核磁共振（NMR），磁共振设备有：MR设备的场强、MR设备的磁体和MR设备的线圈。

磁共振成像（MRI）是基于核磁共振（NMR）原理的成像技术。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。核磁共振成像（MRI）已在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用，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。

由于氢为磁化最高的原子核，且氢为人体内含量最多的元素，故MRI中目前只应用氢核成像。在自然状态下，质子是无序的，因此它们不显示磁性。利用磁场使质子规范排列后，质子就会形成一个相应的磁化矢量，该磁化矢量方向与外磁场纵轴的方向相同。然而此时形成的磁力与外磁场相比十分微弱，还不能直接应用与成像技术。质子在外磁场中有特定的自旋方式和“进动”的运动方式。而其“进动频率”与外磁场的场强有关，用Lamor方程可表示为0B0。根据Lamor方程计算出能使氢质子产生共振的射频脉冲（RF脉冲），并向质子施加特定频率的RF脉冲，质子便会吸收RF脉冲的能量发生跃迁，同时变为处于“同相”的质子，形成一个新的宏观磁化量，即横向磁化矢量。此时的MR信号就可以应用成1/4 磁共振成像序列的机理研究

像。

新建立的横向磁化矢量的消失与原来的纵向磁化矢量的恢复过程称为“弛豫”。其中，纵向弛豫时间称为T1，横向弛豫时间称为T2。弛豫时间为一常数：T1=纵向磁化恢复到原来磁化量63%的时间；T2=横向磁化减少到初始的37%的时间。人体中不同成分的组织和结构的弛豫时间不同，正常组织与该组织中的病变组织之间的弛豫时间也不同，这是MRI用于临床诊断的最主要的物理基础。

MR信号与质子密度、T1、T2值、化学位移、相位、运动等因素有关，而这些因素对MR信号的影响收RF脉冲的调节、所用的梯度以及信号采集时刻的控制。因此，MRI成像技术中，有多个成像参数提供丰富的诊断信息，使MRI获得的图像十分清晰精细。且MRI对软组织有较好的分辨力，能够通过调节磁场自由选择所需剖面，对全身各系统疾病的诊断都有很大的价值。

二、磁共振成像的序列

磁共振成像序列可分为多种：

1、自旋回波（SE）序列；

2、快速自旋回波（FSE）序列；

3、反转恢复（IR）序列；

4、梯度回波（GRE）序列；

5、杂合序列。

（1）自旋回波（SE）序列：SE序列是目前MR成像中最基本、最常用的脉冲序列。SE序列包括单回波SE序列和多回波SE序列。单回波序列的过程是先发射一个90°脉冲，间隔一段时间后再发射一个180°脉冲，此后再经过一段时间间隔就出现了回波，即可测量回波信号的强度。其中，90°RF脉冲至测量回波信号之间的时间称为回波时间（TE）。在实际成像过程中，上述过程需要重复，相邻两个90°RF脉冲之间的时间间隔为重复时间（TR）。因此，SE序列组织的MR信号强度可用Bloch方程表示：

SSEf(H)g(V)(1eTR/T1)eTE/T2

从中可知，T1越长或T2越短，则信号越弱；T1越短、T2越长或质子密度越高，则信号越强。成像时通过对TR和TE时间的选择，可获得不同强度的T1、T2和质子密度加权像。

1、选用长TR（1500~2500ms）和短TE（10~25ms）可得到质子密度加权像；

2、选用长TR（1500~2500ms）和长TE（80~120ms）可得到T2加权像；

3、选用短TR（5000ms左右）和短TE（10~25ms）可得到T1加权像。若均选用中等长度的TE和TR，则无法突出对比，从而不适用于医学成像。

多回波序列是在施加90°RF脉冲后，每隔特定的时间连续施加多个180°RF脉冲，使磁化矢量产生多个回波。多回波SE序列可显著缩短成像时间，但因为弛豫的作用，相继

2/4 磁共振成像序列的机理研究

产生的回波信号幅度呈指数性衰减，使图像的信噪比降低。

SE序列具有组织对比良好、信噪比较高、伪影少、信号变化容易解释等特点。常用于颅脑、骨关节软组织、脊柱等的临床检测与治疗。

（2）快速自旋回波（FSE）序列：在SE序列中，T2加权像的产生所需要的扫描时间较长，FSE则解决了这个问题。FSE序列同多回波SE序列一样，是在施加90°RF脉冲后，连续施加多个180°RF脉冲，形成多个自旋回波。不同的则是FSE序列在每个TR时间内获得多个彼此独立的不同相位编码数据，因此可使用较少的脉冲激励及较少的TR周期形成图像，从而缩短扫描时间。

根据回波链长度（ETL），FSE序列可分为短回波链、中等长度回波链、长回波链三种。其特点有：快速成像、对磁场不均匀性不敏感、组织对比降低、图像模糊、脂肪组织信号强度增高、组织的T2值延长、能量沉积增加等。

（3）反转恢复（IR）序列：IR序列是较早应用的脉冲序列。其RF脉冲激励的顺序与SE序列相反。扫描中，先给一个180°RF脉冲，该脉冲使磁化矢量反转180°，之后磁化矢量依组织的纵向弛豫恢复，经过大约T1的时间后，磁化矢量恢复的量值直接与组织的T1有关，能够有效反应组织的T1差异。但是该信号还不能被测量，需再施加一个人90°RF脉冲，使其出现自由感应衰减信号（FID）。IR序列的信号强度由Bloch方程表示为：

SIRf(H)g(V)(12eTI/T1eTR/T1)eTE/T2

IR序列有两种信号处理方式：量值重建法和相位敏感重建法。所以，IR序列的信号不仅与所选择的TI、TE和TR有关，还与数据重建方式有关。IR序列可形成重T1加权像，在成像过程中完全排除T2的作用，能精细地显示解剖结构，因而在检测灰白质疾病方面有很大的优势。

近年来，以IR序列为基础发展起来的流动衰减反转恢复（FLAIR）序列得到重视。该方法采用长TI和长TE的IRSE序列脉冲，产生液体信号为0的T2加权像，是一种水抑制的成像方法。常用于脑的多发性硬化和脑梗塞等疾病的鉴别诊断，其在癫痫的研究中也越来越受到重视。

（4）梯度回波（GRE）序列：GRE序列又称为场回波（FE）序列，具有扫描时间少、磁敏感效应和三维成像的特点。其采用小于90°的射频脉冲激励和小的翻转角，并使用反转梯度取代180°复相脉冲。MR图像信号强度的大小主要由激励脉冲发射时纵向磁化矢量

3/4 磁共振成像序列的机理研究 的大小和纵向磁化矢量翻转到XY平面的横向磁化矢量的大小决定。GRE图像的对比主要依赖于激发脉冲的翻转角，TR和TE三个因素。在三个因素中，翻转角是主要的决定因素。

GRE序列虽采用小于90°的射频脉冲激励，但小角度脉冲的纵向磁化矢量变化较小，使发射前的纵向磁化矢量接近于完全恢复，能形成较大的稳态纵向细化矢量，故能产生较强的MR信号，明显缩短成像时间而又具有较高的图像信噪比。由于GRE序列不使用180°RF脉冲，可减少被检者体内的能量堆积，对被检者有利。目前，GRE已被广发应用在上中腹部脏器检查、血管检查、心脏成像、关节软骨成像、胆系成像中，是目前MR快速扫描序列中最为成熟的方法。

（5）杂合序列：

①梯度自旋回波（GSE）序列：GSE序列是由SE序列和GRE序列组合而成的快速成像序列，又被称为GRASE。该序列恢复了类似自旋回波的磁敏感性特点，又缩短了扫描时间。GRASE的一次激发中包含几个自旋回波，每个自旋回波中又包含了一系列梯度回波。一般情况下，GRASE中所有自旋回波包络叫做快速因子TF，将一个自旋回波包络所笼罩的梯度回波数叫做EPI因子EF。TF和EF都是GRASE的参数。

从广义上讲，TSE和EPI都属于GRASE序列。但在通常情况下，只有TF≠1和EF≠1的序列称为GRASE。当EF=1时，GRASE称为TSE序列；而当TF=1时，GRASE被称为EPI序列。因此，三种序列之间就可以相互转换，GRASE在序列的选择上具有很大的灵活性。

②TIR、TIRM序列：TIR、TIRM序列是在快速自旋回波序列前加一个180°准备脉冲组合成的新序列。该序列的工作原理与标注IR序列相似，并具有抑制脂肪信号的作用。如果在射频激励开始时液体纵向磁化的弛豫曲线正好经过零线，就可以抑制水信号。TIR、TIRM序列对观察脑室周围的病变有重大意义，通过对液体信号的压制，脑室周围的高密度病变以及周边的充水结构都能清楚显示。

③STEAM序列：STEAM序列是利用激发回波来取得信号的快速成像序列。STEAM序列采用3个RF脉冲：两个90°脉冲及一组紧随其后的小角度射频脉冲串。采样时，STEAM对每个回波信号分别进行相位编码。

STEAM序列能够克服磁场非均匀性的影响，且其图像不受运动伪影的干扰，还可以运用在扩散成像场合中。然而STEAM对脂肪或蛋白质等短T1组织的成像比较困难，最大信号幅度小，信噪比不高。

4/4 磁共振成像序列的机理研究

三、未来展望

科学家对生命的探究从未停息，人脑的思维方式一直是一个谜。借助MRI技术在脑功能成像方面的发展，有助于人类破译大脑之谜。利用脑功能成像技术研究脑的功能及发生机制是脑科学中最重要的课题。MRI血流成像技术、MRI波谱分析又帮助人类了解生命体的构造。因此，我们没有理由不相信：未来的MRI将成为思维阅读器，将在揭示生命的奥秘这一课题上将发挥更大的作用。

【参考文献】

1、杨正汉——MRI常用序列及其应用

2、万遂人——神奇的医学成像技术

3、百度百科——核磁共振成像

4、《电磁生物效应》北京邮电大学出版社，刘亚宁主编

5、《世界医疗器械》1999年4月

6、赵喜平、郑崇勋——快速磁共振成像序列及其应用

磁共振成像仪 篇3

【关键词】磁共振；前列腺增生

【中图分类号】R446.6【文献标识码】A【文章编号】1044-5511（2011）10-0302-01

前列腺增生症（Benign prostatic hyperplasia，BPH）是男性老年人的常见病。有尸检报道60岁以上发病率高达50%[1]。既往诊断主要依靠B超检查，随着医学影像的发展，磁共振成像（MRI）组织分辨率高，无创伤，无辐射，且可多方位成像，在泌尿系统疾病诊断中得到广泛的应用。本研究搜集34例因BHP于我院治疗的患者，所有患者术前均采用MRI检查前列腺及移行带的重量，术后病理检查与之相比较，得到较好的诊断效果。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2006年6月-2011年4月因BPH入我院治疗的34例患者，年龄58-81岁，平均年龄（67.1±10.3）岁，所有患者均有尿频、排尿困难、夜尿增多症状，部分患者伴有尿急、尿疼、血尿；直肠指诊前列腺增大，质中、中央沟消失13例，质韧16例，触及结节4例，质韧及结节1例。34例患者实验室检查前列腺特异性抗原（PSA）为0.87-4ng/mL，34例患者均行耻骨上前列腺切除术。

1.2 前列腺及异性带的大小测量

前列腺重量（g）=π/6×横径（cm）×前后径（cm）×上下径（cm） ×1.05[2]，计算整个前列腺及移行带的重量。

1.3 磁共振检测方法

采用安科公司生产的0.3T OPENMARK3000 MRI，扫描前清洁肠道并禁食12h。肛门内注气适量以充盈直肠、乙状结肠。留适量尿液充盈膀胱。病人取仰卧位，行T1W和T2W横断位常规扫描。自髂前上嵴至耻骨联合下缘，层厚10mm，间距20%扫描。T1WI TR 600/TE 30MS，T2WI TR1800/TE 90MS，分别采集轴位T1、T2和矢状位T1和冠状位T1像，冠状位T1像向前倾斜使扫描层面与前列腺纵轴平行。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件包，计量资料采用以均数±标准差（x-±s）表示，术前MRI测量结果与术后病理检查结果采用直线相关回归分析。

2 结果

2.1 术后病理检查结果显示前列腺中叶严重增生唇状突入膀胱14例，20例患者以两侧叶增生为主，部分中叶增生突入膀胱，其中前列腺包膜欠光滑合并炎症者18例。术前MRI提示包膜欠光滑者术中见均有不同程度的粘连，3例MRI怀疑前列腺癌患者，术后病理证实为BPH。

2.2 34例开放性手术患者术前MRI测量整个前列腺重量30.2-126.9g，平均（63.5±15.4）g；移行带重量20.1-102.5g,平均(42.8±11.2)g。手术切除标本重量16.7-126.9g，平均（46.3±12.6）g。运用直线相关分析两者之间的关系，术前测得前列腺重量、移行带重量与术后腺体的标本重量相关系数r分别为0.885 和0.889，两者均有正相关。

3 讨论

研究结果显示，本组手术切除后测量的前列腺及移行带的实际值与MRI测得的数值具有正相关，MRI更能反映前列腺的实际情况，可以更好的诊断，从而更好的指导临床治疗，值得临床推广应用。

前列腺增生主要是前列腺尿道周围移行带的腺体、结缔组织和平滑肌的增生，增生组织呈多发结节，并逐渐增大。前列腺轻度增生时，大小可不变或轻度增大，超过正常范围，在核磁共振上可显示为中央腺信号异常，若前列腺增生所引起的临床症状较重，则核磁共振可显示为出中央腺体积明显增大。前列腺结节在T1WI加权像上呈均匀稍低信号改变，在T2WI加权像上呈等信号或高、低相间的混杂信号，因外周带受挤压，从而引起组织变薄，故核磁共振上可见一环形低信号假包膜，在T2WI上呈高信号改变。核磁共振可对前列腺进行多平面成像，除准确测量前列腺前后径、上下径外，其矢状面与轴面上还可以明确前列腺中叶增生突入膀胱的情况，为临床大夫手术方式的选择提供参考依据。

前列腺正常情况下，因外周带多为腺体组织，且组织结构较规则，故外周帶在MRI上强化程度相对较低且较均匀。核磁共振增强扫描时，因含腺体、间质、平滑肌的比例不同，其强化常不均匀[3]。另外前列腺增生很少发生在外周带，临床患者较少，本组病例中仅有1例为外周带增生。前列腺增生结节的血供多于正常前列腺，特别是纤维血管型增生结节，多有较为明显不均匀强化，本组病例中增生结节多为轻中度强化，强化程度低于中央腺体，囊变坏死区仍无强化。另外本组病例中有4例患者T1WI上边缘较粗糙，精囊角增大、模糊，个别患者前列腺与直肠之间脂肪间隙较模糊，提示有前列腺周围炎症存在；再次，可根据T2WI扫描结果中根据薄膜是否完整，边缘是否整齐，双侧后角是否对称及静脉丛是否存在与前列腺癌相鉴别[4]。

从本文结果看，分析BPH的MRI信号特征可以初步判断前列腺及移行带的大小，有助于临床选择合理的治疗方案和估计预后，从而可以更好的诊断，为治疗提供依据，值得临床推而广之。

参考文献

[1]顾方六. 前列腺增生和前列腺癌在中国发病情况的初步探讨. 中华泌尿外科杂志, 1993, 10(15):5.

[2]吴阶平 主编. 泌尿外科. 第一版. 济南: 山东科技出版社, 1993. 938-948

[3]张兴伟, 周康荣, 陈祖望. 快速序列动态增强MRI对前列腺癌的诊断价值. 中华放射学杂志, 2000, 34:393.

磁共振成像仪 篇4

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)技术是一门融合了物理学、化学、数学、计算机科学、电子学等多学科的交叉科学,是20世纪80年代初期才发展起来的影像诊断技术,属于典型的高新技术。它摆脱了电离辐射对人体的损害,又有多参数、多方位、组织特异性成像及对软组织有高分辨力等特点,不仅能提供人体的解剖图像,还可反映人体的生理生化信息,因此,在临床上倍受青睐。近年来,我国磁共振成像系统装机量迅速增长,医学影像工作者利用先进的磁共振成像技术及功能强大的磁共振设备,不仅提升了医疗服务水平且为进行更深入、广泛的科学研究提供了条件。

目前,国内在磁共振成像设备的使用方面存在着临床应用和科学研究“两极分化”的现象,其中在临床应用方面基本上能与国际接轨,具有较高的应用水平,而在科学研究方面,我国与国外的差距是巨大的,造成上述现象的主要原因是,①国外在MRI的临床应用和科学研究上,配备有MRI的临床工程师,这些工程师是掌握了MRI理论和技术的专门人才,能够在临床应用和科学研究上协助临床医生进行深入研究,而到目前,国内在医院里尚未有临床工程师的编制;②在国外,即使那些专门应用MRI进行诊断的临床医生,出于科学研究的需要,也对MRI的理论和方法有深度的了解,这就使得他们能够与临床工程师进行“对话”,从而在MRI的临床应用和科学研究中不断创新,推动了MRI技术的发展。

近年来在MRI领域出现的DTI (diffusion-tensor imaging,弥散张量成像)、SWI (susceptibility-weighted imaging,磁敏感加权成像)等新技术就是这种医工结合的有力证明。由于我们的临床医生缺乏相应MRI的理论和知识,又没有临床工程师的支持,这就造成了目前我国在MRI的临床应用和科学研究方面落后的面貌,使得我们对MRI的利用率非常低下,而MRI的很多功能没有得到开发利用。要改变这种落后面貌,一方面,我们要大力培养MRI的临床工程师,另一方面,我们也应该对MRI的临床医生进行MRI的理论和方法的培训,从而为更有效地应用MRI奠定基础。

磁共振成像设备硬件结构复杂,数据采集、重建以及图像处理过程都很深奥,需要很牢固的数学、数字信号处理、物理学、电子技术以及计算机技术等多方面的知识,而且还需要很强的空间想象和思维能力。医学影像学教材中关于核磁共振的讲述,罗列了大量公式以及抽象的理论知识,教师在讲解的时候尚且觉得费力,而对于初次接受磁共振成像的学生而言,想要完全理解就更加困难了。在学生建立完整的MRI概念和方法的教学过程中,实验是最活跃最具生命力的部分。实验具有生动、直观、新奇的特点,它能化抽象为具体,化枯燥为生动,把要研究的MRI的一些物理现象清楚地展示在学生面前,能引导学生观察,并进行思考,配合讲授使学生认识相关概念和规律,达到"事半功倍"的效果。

MRI的发明和发展具有很强的实验科学背景,而目前的人才培养是在这一背景的缺失下进行的。由于没有相应的实验设备和条件,影响了学生对MRI的理论和方法的学习和掌握。在此背景下,上海纽迈电子科技有限公司成功地开发了专门用于磁共振成像技术教学的NMR20台式磁共振成像仪。该仪器具有完备的实验教学功能、友好的用户操作界面,易于用户学习和使用,目前能够开设的实验项目有30余个。在磁共振成像技术的教学中,借助于NMR20台式磁共振成像,专业教师可以达到前所未有的教学效果,学生可以掌握仅靠理论学习难以掌握的一些抽象的概念。一年多的教学实践证明,NMR20台式磁共振成像仪不失为一款理想的磁共振成像教学仪器。

1 NMR20台式磁共振成像仪简介

I.1系统结构

NMR20台式磁共振成像仪虽然成像空间小,只能做试管样品,但具有临床医用磁共振成像系统的基本功能,硬件结构和软件系统与医用设备其本质都相同,是一台微型化的磁共振成像设备。作为一台专门的教学实验仪器,NMR20台式磁共振成像仪可为近代物理学专业以及医学影像专业开设磁共振成像技术原理实验,对于医学影像设备工程专业的学生还可以开设硬件结构方面的实验。整个系统从结构上可分为以下四个部分(见图1～3)。

1.1.1工控机部分

该部分包括一台工业控制机或具有足够PCI插槽的个人电脑,配置相应监视器和键盘、鼠标。工控机负责接收操作者的指令,并通过序列发生软件产生各种控制信号传递给谱仪系统的各个部件协调工作;工控机还要完成数据处理、存储和图像重建以及显示任务;一些一维和二维处理等功能也是由工控机完成的。

1.1.2谱仪系统部分

由安装在电脑机箱内部的直接数字频率合成源(DDS)、数模变换器(DAC)、和模数变换器(ADC)等板卡以及安装在工控机内部的序列产生软件组成。DDS板的功能主要是接受主机发送过来的参数负责产生射频所需的具有一定包络形状的射频频率信号,送到射频功放进行放大;DDS同时还需要产生磁共振信号在混频处理时所需要的参考频率基准信号;DDS板还需要产生诸如发射、接受等控制信号;即集成了图1中的I/O口板。DAC接受主机发送过来的三路梯度的数字型控制信号,将其进行数字到模拟信号的转换,转换成较低的梯度电流信号,发送到梯度功放进行功率放大后作为梯度电流;梯度的施加的时间序列是通过DDS板提供的信号进行控制的。ADC卡接受二级放大后的磁共振信号并对信号进行滤波采样,和高速数字化,形成计算机可以接受的数据,并送至计算机存储单元完成存储和重建任务。

1.1.3模拟部分

模拟部分包括射频发射单元、信号接收单元和梯度单元,具体包括波形调制、射频功放、前置放大、二级放大、射频开关和梯度功放等板卡。

1.1.4磁体系统

磁体系统包括一台永久磁体、一组梯度线圈(X、Y、Z),加热及恒温电路以及具有严格屏蔽的射频线圈组成。本系统将谱仪系统的DDS、ADC、DAC和1/O板卡设计成PCI插槽形式,可以直接安装在工控机或拥有足够PCI插槽的普通PC机内运行。

1.2 系统原理

NMR20台式核磁共振成像仪的工作原理可简单地描述如下,依据脉冲序列,在计算机的控制下,DDS发射产生满足共振条件的射频信号,其包络为一SINC函数,射频脉冲首先进入射频功率放大器进行放大,然后送进探头的发射线圈,产生射频场对质子进行激发,而在采集FID信号期间DDS将产生一等幅的射频信号用来作为参考信号,在SINC射频脉冲的作用后,质子将产生核磁共振现象,给出FID信号。期间DAC卡按照脉冲序列产生脉冲并经过梯度功放放大送至梯度线圈内,在空间产生的梯度磁场对样品作选层编码、相位编码、频率编码;在探头内的接收线圈将感应到此核磁共振信号(即FID信号),并将其送进接收机内进行放大,最后由ADC将FID信号采集到计算机内部,数字化以后的FID信号首先要进行FFT处理才能得到样品的2D图像。

1.3 系统功能

就实验教学的内容和形式等问题,我们与纽迈公司进行了深入研究。根据我们的调研,总结了一些在核磁共振学习中普遍遇到的问题,在上海纽迈电子科技有限公司的配合及大力支持下,最终编写了能够与实际需求相结合的配套实验指导教材《核磁共振成像技术实验指导书》。

目前已开发出:机械匀场和电子匀场实验、测量磁共振中心频率实验(拉莫尔频率)、旋转坐标系下的FID信号、自动增益实验、FID信号处理、硬脉冲回波确定硬脉冲射频角度、软脉冲FID实验、软脉冲回波确定软脉冲射频角度、反转恢复法和饱和恢复法测T1、硬脉冲CPMG序列测量T2、乙醇的化学位移测量、自旋回波序列质子密度像、自旋回波T1、T2权重像、一维梯度编码成像、单脉冲双相位编码成像、梯度回波成像、梯度回波三维容积成像、成像参数对图像线性度的影响、磁共振伪影、射频接收线圈的调谐与匹配、前置放大器及RF开关、射频功放与门控调制实验、数据处理过程(模拟部分)实验、梯度功率放大器、谱仪系统结构与控制信号分析、高频数字记忆示波器的使用、2D-FFT的图像重建、MR图像质量评价;、MR图像的三维重构、牙膏含氟量的检测、食品脂肪含量的测定、K空间原始数据处理等三十二个实验项目。

以上实验足以满足MRI实验教学的需要。根据教学的实际需要,可以选择其中的部分实验内容。整个系统拆装方便,通过系统的拆装,可以让学生比较容易地掌握MRI的系统结构和组成,为深入学习MRI的原理奠定基础。

2 NMR20台式磁共振成像仪在专业教学和人才培训中的应用

2006年9月,在纽迈公司的大力支持下,上海理工大学医学影像工程研究所建成了拥有4台NMR20台式磁共振成像仪的实验室。自从实验室建成以来,NMR20台式磁共振成像仪便成功地应用到我们的核磁共振成像相关教学和科研环节当中。

在专科学生中,我们主要结合核磁共振设备的临床应用特点,在让学生掌握核磁共振成像的基础上,了解核磁共振现象、设备结构、应用环境、操作常识、并加强对成像参数的了解。侧重对具体设备的操作和对成像过程、参数调节、注意事项等动手能力的培养上。为学生毕业后尽快适应医院工作环境打下良好的基础。

在本科教学中,把书本上的理论公式、现象描述,和具体的视觉体验以及实实在在的图形图像结果结合起来。另外,我们还结合毕业设计环节,在老师的指导下确定某一个成像序列、信号处理过程或特殊领域的应用等问题,让学生利用已有的知识储备,去独立完成分析、仿真设计、应用测量等方面的工作,使学生对核磁共振有了更深入的理解。在今年的毕业设计教学环节中,有不少人主动选择和核磁共振相关的课题,并且在实验室花费了大量的时间,在最后的毕业论文评比中有多人的论文被评为学校的优秀毕业论文。

对于研究生来说,我们不主张再进行课堂教学,而是主要以师生讨论的形式启发学生,以完成具体的研发项目为目标来激发学生,结合公司现场工程师的协助指导来帮助学生,使学生感觉到自己的工作具有实际价值,达到理论和实际更紧密的结合,这样更能激发学生的创造性和积极性,使学生能够在较短的学习时间内得到提高,并有效的完成论文。

现有综合性大学及研究机构培养核磁共振物理师的专业少、人才培养的速度比较慢,无法满足医院的发展需求。结合台式核磁共振成像仪具有的功能,对核磁共振成像原理作详细的演示和讲解,由学员自己完成专门设计的三十余个实验,这样就可以形象和具体理解扫描参数对成像质量的影响,不同脉冲序列的不同作用,掌握了原理后可以举一反三应用到医用核磁共振成像仪上。通过训练,学生可以达到较高的核磁共振专业水平,对推动医院用好核磁共振成像仪起到很好的作用。

3 讨论

国内专业且合格的核磁共振物理师很少,尤其在医院放射科,技术人员只能按照公司设定或医生指定的序列完成扫描,无法针对特定的问题做出应变,更不要说设计序列和参数了。国内具备核磁共振专业水平的高等院校很少,具有条件集中和专门训练物理师的高校更是凤毛麟角。只有改变这种人才培养的局面,才能使我国能够跟上核磁共振技术的发展步伐。

磁共振成像正在全国快速的普及,紧密结合医院对影像技术专业的需求,开展专业的核磁共振成像技术的培训或继续教育,培养核磁共振物理师,以满足医生对序列设置、扫描技术开发的更高要求。全国有三千家医院有核磁共振,对培训操作人员及部分医师手把手的完成核磁共振成像技术三十几个实验的训练,使他们能够正真理解核磁共振成像技术,提高开发核磁共振成像技术的水平。

NMR20台式核磁共振成像仪对专业教学具有不可替代的重要价值,为培养高质量的专业人才值得推广应用。

摘要：针对目前磁共振成像技术教学中存在的问题，纽迈公司成功地开发了专门用于磁共振成像技术教学的NMR20台式磁共振教学成像仪。本文对该仪器的结构、原理、功能，及在专业教学和人才培训中的应用做了较详细的阐述。一年多的教学实践证明，NMR20台式磁共振成像仪不失为一款理想的磁共振成像教学仪器。

关键词：磁共振成像仪,磁共振成像技术,MRI实验,磁共振成像教学

参考文献

[1]包尚联．现代医学影像物理学[M]．北京：北京大学医学出版社，2004．

[2]张泽宝．医学影像物理学[M]．北京：人民卫生出版社，2005．

[3]邱建峰，等．核磁共振实验设计探讨[J]．中国医学装备，2005(12)：30-33．

[4]岳慧，等．开设核磁共振实验的探讨[J]．物理实验．2000 (1)：6-10．

磁共振成像仪 篇5

为了提高低场磁共振成像系统的信噪比,提出了具有失谐电路的`Bi2223带高温超导射频接收线圈.该线圈采用了电耦合方式传输超导谐振回路的磁共振信号,这种方式有利于进一步制成正交结构或相阵结构的超导接收线圈.为了防止趋肤效应降低超导接收线圈的性能,采用化学腐蚀的方法先将超导带的包套去掉,然后再制成超导主谐振电感.采用一种双探测线圈法对高温超导接收线圈和相同结构的常规铜线圈的Q值进行了测量,结果表明超导接收线圈比常规铜线圈的Q值约高一倍.

作 者：何砚发 王轶楠 吴春俐 孙晶 白质明 王金星  作者单位：东北大学理学院物理系,沈阳,110004 刊 名：低温物理学报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS 年，卷(期)： 29(4) 分类号：O51 关键词：高温超导体   磁共振成像   射频接收线圈  

磁共振成像仪 篇6

【关键词】脑静脉窦血栓；磁共振成像；磁共振血管造影术

脑静脉窦血栓形成是缺血性脑血管病的一种类型，临床并不常见，但其病死率极高，高达20-70%【1】。由于本病临床表现复杂多样，缺乏特异性，再加上影像医生对此病认识不足，常发生漏诊、误诊现象，并由此导致延误治疗。MRI和MRV都属于是无创且能较快得到血管影像的新技术，为脑静脉窦血栓形成提供了理想的影像检查手段。本文总结了我院2010年10月-2012年10月收治的60例脑静脉窦血栓形成MRI、MRV表现，探讨其诊断价值。

1 资料与方法

1.1一般资料

本组60例患者均为我院2010年10月-2012年10月经MRI、MRV确诊的脑静脉窦血栓形成患者，男32例，女28例；年龄19-60岁，平均（35.6±10.2）岁；病程8h-4个月；临床症状：48例伴头痛，10例伴恶心、呕吐，9例伴意识障碍，8例伴偏侧肢体无力，4例伴抽搐。诱发因素：10例为产褥期，10例为妊娠期，15例在感冒后发生，下肢静脉血栓8例，肾病综合征5例，原因不明12例。

1.2 方法

使用PHILPS NT-5型0.5T磁共振扫描仪，正交头线圈。采用横轴位和矢状位SE序列Tl加权相，横轴位TSE序列T2加权像.横轴位FLAIR序列。其中31例行颅脑增强扫描，造影剂为钆喷酸葡胺，剂量为0.2 mmol/kg。MRV采用2D PC法.venc=20cm/s，TR86 ms，TE6ms，翻转角20，矩阵192×256，FOV200mm×200 mm。DSA设备为GE公司数字减影血管造影机，均从股动脉插管。

2结果

2.1脑静脉窦血栓形成受累的静脉窦

60例患者常规MRI检测出上矢状窦受累22例，下矢状窦受累11例，直窦7例，横窦3例，乙状窦受累9例。MRV检测出上矢状窦受累26例，下矢状窦受累12例，直窦7例，横窦4例，乙状窦受累10例，窦汇1例。MRV检查均能显示静脉窦血栓，常规MRI检查只有52例显示，其余8例均未能显示或可疑显示。

2.2检测病变成像情况

常规MRI征象依患者发病时间长短及静脉窦累及程度而略有不同，发病1周内检查6例，T1加权像为等信号，T2加权像为低信号；发病l周-2周检查30例，T1加权像、T2加权像均为高信号；发病2周至3个月检查24例，其中T1加权像为等信号，T2加权像为高信号11例，T1加权像、T2加权像均为等信号13例；31例增强扫描显示例静脉窦内出现充盈缺损及静脉窦壁强化表現。MRV成像见受累静脉窦部分或广泛高血流信号缺失、狭窄，21例可见阻塞周边的引流静脉。

2.3与DSA检测符合率

60例患者中，MRI联合MRV检查静脉窦血栓的阳性结果与DSA一致，符合率为100%。

3 讨论

脑静脉窦血栓形成是一种特殊类型的脑血管病，临床并不多见，据报道该病的年发病率是3-4例/100万人，且具有位置较隐蔽，临床表现缺乏特异性的特点，这是因为脑静脉窦缺乏瓣膜结构，但侧枝循环丰富， 这使得脑静脉系统较动脉系统具有较强的代偿能力，病变也容易蔓延。一旦发生则进展较快，病死率高，所以早期诊断对该病的预后有意义重大。脑静脉窦血栓形成发生率以上矢状窦和横窦最高，其次是直窦和皮质静脉，本文的研究中，60例患者上矢状窦受累26例，下矢状窦受累12例，直窦7例，横窦4例，乙状窦受累10例，窦汇1例，与文献报道较为一致。

MRI能较好地反映脑静脉窦血栓形成的病理生理演变过程，其高敏感性在于MRI具有高分辨力和精确的定位性能，既能直接显示静脉窦血流和血栓，也能显示血栓后继发性病变【2】。本组60例患者MRI信号变化较为多样，发病1周内T1加权像为等信号，T2加权像为低信号；发病l周-2周检查T1、T2加权像均为高信号；发病2周至3个月T1加权像为等信号，T2加权像为高信号以及T1、T2加权像均为等信号都有；考虑是不同时期的病理演化和不同程度再通的结果。增强扫描是MRI诊断静脉窦血栓的重要补充手段，本组31例增强扫描均显示例静脉窦内出现充盈缺损及静脉窦壁强化表现，但MRI对大脑大静脉和大脑内静脉血栓形成不敏感，有部分患者未见明显异常信号。MRV是一种无创的脑静脉成像技术，是利用流动的血液和其周围非流动性组织在纵向磁化程度上的差异来成像，对脑静脉和静脉窦都清晰显示，目前有3D PC法和2D PC法两种，尽管3D PC法的空间分辨率较高，但2D PC法成像时间短，对慢血流较敏感，非常适合用于脑静脉窦病变尤其是不能耐受长时间检查患者的诊断中【3】，因此本文选择2D PC法。MRV主要表象为受累静脉窦部分或广泛高血流信号缺失、狭窄，其显著改善了静脉系的显示，也提高了对海绵窦和岩上、下窦的显示，而且不受血栓形成时间、血流状况的影响，弥补了MRI某些不足【4】。DSA对于血管栓塞的范围等细节显示优于MRV，一直是静脉窦血栓形成诊断的“金标准”，但由于其属于有创性检查，且患者要承受X光辐射和含碘对比剂过敏的风险，还有费用高、检查时间长的弊端，一定程度上影响了其临床使用，故仅在必要时选用【5】。本文的资料显示，MRI联合MRV检查静脉窦血栓的阳性结果与DSA一致，符合率为100%，提示MRI联合MRV可达到DSA的诊断水平。

总之，MRI联合MRV可互相补充，且具有无创、简便易操作等优势，完全可以替代有创的DSA，成为静脉窦血栓形成早期诊断、疗效观察的最佳方法。

参考文献

[1] 亓进友，解春丽，杨金永，等.常规MRI与MRV对脑静脉窦血栓诊断价值的探讨[J].中国医师杂志，2012，14，（5）：669-670.

磁共振成像仪 篇7

关键词：磁共振成像仪,医疗设备维修,自举故障

西门子磁共振成像仪IMPACT的操作系统是UNIX的操作系统,它与应用软件NUMARIS(Nuclear magnetic resonance imaging software)均存储在系统的硬盘(Hard disc)上,通电后,系统首先要测试硬件设备,随后从硬盘下载程序编码到处理器的内存,使处理器处于确定的初始状态,并且启动程序的执行。操作系统在自举的过程,某些不同的因素会导致中断,从而无法启动应用软件,导致不能扫描病人,我院曾出现多例。

故障案例1

故障现象通电后,操作系统自举失败,应用软件不能启动,屏幕显示:

SIEMENS Medical Imaging System Self Started

Test 64 megs of memory still to go 64

故障分析与处理检查硬盘所在的单元TRIMM container E34C K2105,发现“front console”的工作指示灯亮;断电后检查E34C的输入电源,发现其保险丝(220V,2.5AT)完好;打开E34C,检查硬盘,经测量发现硬盘的直流电源(共4块power supply,220VAC-12V/5VDC)有一块烧坏,将其中的备用电源代替后,3块电源就可以支持硬盘的工作,通电后,操作系统能够自举,故障消除。

故障案例2

故障现象通电后,系统自检失败,操作系统不自举,进入监控模式“>b(boot),c(continue),n(new mode)”

故障分析与处理在监控模式下键入“n”,进入:“new mode”,利用“print environment”检查系统环境参数的设置,发现参数的设置正确;检查与SCSI接口相连的各种设备,看是否出现连接故障,键入“ok probe-scsi”,屏幕显示:

正常应为:

说明系统自检失败是没有找到系统盘,即系统盘“丢失”了。断电后,检查E34C,发现其电源的保险丝(2.5AT)烧断,更换后又烧断,打开E34C,检查硬盘,发现其直流电源有2块烧坏,更换后,开机后,操作系统能够自举,故障消除。

故障案例3

故障现象在扫描的过程,检查中断,射频不调谐,重新启动后,屏幕显示:

故障分析与处理首先查看E34C,发现其“front console”的指示灯亮,电源的保险丝完好,断电后,打开E34C,检查硬盘,发现其直流电源正常,没有发现硬件故障;根椐上述故障提示即系统与SMI-5 (Siemens medical imaging system-5th generation)的连接故障从而导致操作系统自举中断,初步判断是系统的文件系统受损需要修复,在单用户模式下运行FSCK (File system consistency check)来修复受损文件[1],但FSCK不能完全修复受损文件,因此必须重新安装系统文件:首先存储系统的动态数据,随后安装系统盘VB33A,再升级到VB33D,VB33G最后再存储动态数据,断电后再重新启动,操作系统能够自举,故障消除。

西门子磁共振成像仪IMPACT的操作系统在自举的过程,先要进行日常诊断,诊断程序储存在主机的PROMS中,自检通过后[2][3],操作系统开始启动,现将其核心VMUNIX下载到主机的内存[1],随后下载SMI-5的自举文件,即固件服务器,然后是数据库的启动并检查,上述步骤完成后,用户才可注册进入应用软件NUMARIS,进行病人的检查。在UNIX操作系统自举的过程,有不同因素会影响到其不同的阶段,从而导致自举中断,如上所述3例,或硬件故障,或软件故障,从而导致操作系统的自举不能完成,无法扫描病人,因此处理故障需要具体分析。

参考文献

[1]孙玉方，董士海编译．UNIX操作系统[M]．北京：电子工业部出版社。1991．

[2]谢国强，李柏青，于荣华编译．UNIX工作站操作系统和网络的维护及应用指导[M]．北京：北京航空航天大学出版社．1991．

[3]万金，陈乐，等编著．电脑故障急救与数据恢复[M]．北京：清华大学出版社，2006．

磁共振成像仪 篇8

1 资料与方法

1.1 研究对象

采用前瞻性研究,连续收集2014年5月—2015年5月行乳腺MR扫描的160例女性患者,其中16例为术后MRI复查患者,主病变已缺如;1例行MRI检查前进行过内分泌、激素类药物治疗;23例因病变长径<3 mm,难以在DWI上清楚显示;3例因对比剂过敏或幽闭恐惧症中途终止MRI扫描;9例因DWI严重的磁敏感伪影和运动伪影无法观察相应的图像;2例为手术治疗或放化疗后重复扫描;3例乳腺MR检查阴性(BI-RADS 1类);4例未进行动态增强扫描,无法客观评估病变形态、边缘、大小。排除上述不符合入组的患者后,纳入99例患者共109个病变,其中4例单侧双发病变,4例双侧单发病变,1例双侧共计三发病变,其余为单发病变。19例患者因临床触及包块需进一步行乳腺MRI检查,4例因乳头溢液行乳腺MRI检查,72例因X线筛查和超声检查发现病变需进一步行乳腺MRI检查,4例主动要求行乳腺MRI检查。54例恶性患者中,TisN0M0期5例,T1N0M0期16例,T1N1M0期3例,T2N0M0期15例,T2N1M0期6例,T2N2M0期1例,T2N1M1期1例,T3N1M0期1例,T3N1M1期1例,T3N2M0期2例,T3N3M0期1例,T4N1M0期2例。良性组与恶性组患者年龄、病变大小(以动态增强扫描序列为准,分别测量病变的长径、短径)、经期情况、确诊方式、手术方式、MRI检查至手术确诊间隔、疾病谱等见表1、2。本研究经唐都医院伦理委员会批准,所有纳入患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

乳腺MRI扫描时间选择在月经周期的第7~14天进行。采用GE Discovery MR750 3.0TTMR仪。患者取俯卧位,双乳自然下垂,采用乳腺专用线圈(HD 8CH Vibrant Breast Array,GE Healthcare Coils,USA),扫描范围包括双侧乳腺及腋窝区。增强扫描对比剂采用钆双胺,剂量0.2 mmol/kg,采用高压注射器经手背静脉注入,流速2.0 ml/s,然后以相同流速注入15 ml生理盐水冲管。成像序列采用GE乳腺动态增强扫描专用序列VIBRANT(volume image breast assessment)、ASSET(array spatial sensitivity encoding technique)并行采集技术,TR 3.9 ms,TE最小值,视野36 cm×36 cm,重建矩阵320×320,层厚1.4 mm,层间距0。连续扫描5次,然后间隔60 s,继续扫描2次,完成轴位扫描后再进行一次矢状位VIBRANT扫描。

传统DWI采用轴位自旋平面回波序列,对比剂注射前进行扫描,b=0、1000 s/mm2,TR 3600 ms,TE最小值,视野32 cm×32 cm,重建矩阵128×128,层厚4 mm,层间距1 mm,b=0时,激励次数2;b=1000 s/mm2时,激励次数6。

1.3 图像后处理

病理学分析由乳腺病理学医师采用盲法依据最新的指南进行确诊。DWI后处理得到的ADC值经1名放射科医师测量并录入,3个月后进行重复测量以观察同一观察者的复测信度,同时另1名放射科医师重复测量ADC值以评估观察者间的复测信度,放射科医师进行图像后处理及参数测量时均采用盲法。

感兴趣区(ROI)的选择参照病变动态增强图像,在对应层面的DWI b=1000 s/mm2相上,选取病变的最大径层面,避开囊变、坏死区域,人工勾画病变的边缘。另外,为了使ROI尽量减少呼吸运动和心脏搏动的影响,选取同侧乳腺乳头层面的正常腺体画取ROI进行对照,并且对照的ROI应距离病变至少2 cm,如果同侧无法按照上述标准选取对照,则选取对侧乳头层面正常腺体进行对照。典型的ROI选取如图2A。良性组与恶性组病变的ROI面积、相应体素、对照类型见表2。

ADC值的计算采用单指数模型,根据公式(1)[4]计算。ADC值由Functool工作站(GE Advantage Windows 4.6workstation,Functool 9.4.05 package,ADC、MADC App)测量。

注:*良性组与恶性组比较,P<0.05;病变大小、ROI和MR检查至手术确诊间隔采用Mann-Whitney U检验比较。DCE-TIC:动态增强曲线

其中,e为自然常数,b为扩散敏感因子,本试验中为1000 s/mm2,S(b)和S(0)分别为施加扩散敏感因子为1000 s/mm2和0 s/mm2后同一ROI组织信号的强度,ADC值即为所需求得的参数值。

1.4 联合诊断及机器学习分析

联合指标诊断,分别采用串联诊断实验、并联诊断实验、机器学习进行分析。串联方法A与B敏感度=实验敏感度A×实验敏感度B;串联方法A与B特异度=实验A特异度+(1-实验A特异度)×实验B特异度;并联方法A与B敏感度=实验A敏感度+(1-实验A敏感度)×实验B敏感度;并联方法A与B特异度=实验A特异度×实验B特异度。机器学习分别采用K最近邻(k-nearest neighbor,KNN)分类算法、支持向量模型(support vector machine,SVM)对入组的病变进行分类。使用Matlab 2012b软件分析。

1.5 统计学方法

采用SPSS 19.0软件,方差齐性、正态分布分析分别采用单因素方差分析、Kolmogorov-Smirnov检验,采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)评估观察者内和观察者间的测量偏倚。病变组与对照组参数比较采用配对t检验,符合正态分布的良性组和恶性组参数比较采用成组t检验。如果数据不满足正态分布,则组间均数比较采用Mann-Whitney U检验。采用受试者操作特征(ROC)曲线评估参数区别良恶性病变的诊断效能。最佳诊断阈值采用最大Youden指数所对应的参数值;计量资料比较采用χ2检验,相对危险度经χ2检验或者二元Logistic回归得出,P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 良恶性病灶影像学征象及临床流行病学资料比较

良性组与恶性组患者的年龄、发病部位、病变形态、大小、边缘、动态增强曲线(dynamic contrast enhancement-time intensity curve,DCE-TIC)类型比较,差异有统计学意义(P<0.05),见表2。根据不同暴露因素的相对危险度,不规则形态、边缘模糊、较大的长径(长径≥1.5 cm)、DCE-TIC呈Kuhl Type II型(平台型)及III型(廓清型)更可能被诊断为恶性病变。

2.2 观察者内及观察者间测量偏倚

ADC值的测量在同一观察者内的ICC为0.950(95%CI 0.928~0.965),不同观察者间的ICC为0.937(95%CI 0.909~0.956),观察者内和观察者间ICC均>0.85,表明ADC值测量可重复性较高。

2.3 良恶性病灶ADC值比较及ADC值区别良恶性病灶的诊断效能

同一观察者间隔3个月2次测量和不同观察者分别测量的良恶性病变ADC值见表3。3次ADC值测量中,良性病变与对照腺体、恶性病变与对照腺体、良性病变与恶性病变间ADC值差异均有统计学意义(P<0.05)。恶性病变的ADC值小于良性病变,良、恶性病变的ADC值均小于正常对照腺体。典型的良、恶性病变图像、DCE-TIC曲线、ADC值参数见图1、2。3次测量ADC值的诊断最佳敏感度、特异度、ROC曲线下面积及诊断阈值见表3。3次测量的ROC曲线见图3。

2.4 联合多参数诊断效能

每个MR特征的诊断效能及串联实验、并联实验联合诊断效能、机器学习(机器学习联合了病变形态、边缘、DCE-TIC类型、长径、ADC值5项指标)各模型得到的区别乳腺良、恶性疾病的敏感度及特异度见表4、5。并联实验ADC值分别与传统MR特征(形态、边界、大小、曲线类型)联合的敏感度较高,但特异度均低于50%,串联实验ADC值与形态、边界的敏感度略低于单一使用ADC值(72.2%比77.6%,73.6%比77.6%),但特异度明显高于单一使用ADC值(81.5%比68.6%,86.5%比68.6%)。机器学习联合了形态、边缘、DCE-TIC类型、长径、ADC值5个特征,KNN模型,最近邻个数K=15时,所得敏感度、特异度最高,分别为87.9%、86.3%,平均敏感度、特异度分别为82.5%、84.3%;SVM模型中,随机选取80%的样本组成训练集,作为SVM模型的训练样本,共进行了500次实验,得到最佳敏感度与特异度为89.6%、92.1%,平均敏感度、特异度分别为87.8%、86.3%;机器学习分析结果显示,联合使用5项指标鉴别乳腺良恶性疾病的效能明显高于单一ADC值。

注:*与正常腺体(恶性)比较,P<0.05;§与正常腺体(良性)比较,P<0.05;☆与良性组比较,P<0.05

图1女,42岁,乳腺纤维腺瘤(箭头)。MRI示左乳内上类圆形异常强化影,边界清楚,长径约2.7 cm,短径约2.4 cm(A);DCE-TIC呈Kuhl Type I型(流入型)(箭,B);DWI b=1000 s/mm2时见类圆形扩散高信号影(箭头,C);ADC伪彩色图上计算得ADC值约为1.48×10-3mm2/s(箭头,D)

图3同一名观察者间隔3个月2次测量ADC值及另1名观察者测量ADC值的ROC曲线。曲线下面积分别为0.823、0.823、0.828,表明ADC值作为诊断参考值能够较好地区别乳腺良恶性病变

图2女,35岁,浸润性导管癌(箭头)。MRI示左乳外侧不规则形异常强化影,边界模糊,其内见欠强化囊变坏死区,病变长径约2.1 cm,短径约1.3 cm(A);DCE-TIC呈Kuhl Type III型(廓清型)(箭,B);DWI b=1000 s/mm2时见不规则形扩散高信号影(箭头,C);ADC伪彩色图上计算得ADC值约为1.17×10-3mm2/s(箭头,D)

3 讨论

本研究对乳腺病变传统MRI特征参数进行分析,发现病变形态、边界、大小及增强曲线类型均具有较高的敏感度,其中形态和边界的敏感度达90%以上,与Kuhl[4]的研究结果一致,其原因与良恶性病变的生物学行为不同有关,恶性肿瘤细胞多呈浸润性生长,边界较模糊。恶性肿瘤细胞可分泌多种血管生成因子或血管生成拟态,而且其新生血管的成熟度差,血管通透性高,因此恶性病变较良性病变具有更丰富的血供,造影剂会较快流出[5]。然而,上述传统MRI单一指标的特异度均不理想,因此,需进一步寻找新的MRI特征参数,并探索多参数联合诊断的模式,以更大程度地发挥MRI影像学特征的优势,提高诊断效能。

本研究中,恶性病变的ADC值低于良性病变,与既往研究[6,7,8]结果一致,这可能是因为乳腺良恶性肿瘤的增殖活性不同,其肿瘤微环境亦有所不同。恶性肿瘤的细胞增殖活跃,排列紧密,细胞外间质减少,细胞膜通透性减低,导致恶性肿瘤内的水分子扩散运动受限。本研究中,良恶性病变的ADC值分布、诊断阈值均低于其他研究[7,9],可能与3.0T的成像设备以及DWI中选择相对高b值1000 s/mm2有关。但参数值在病变与正常对照腺体的分布趋势一致,即恶性病变、良性病变、正常对照腺体ADC值依次减小。ADC值的测量在同一观察者和不同观察者间一致性较好(ICC>0.85),表明ADC值具有较高的可重复性和可靠性,与既往研究[10,11]报道一致,提示ADC值具有在临床应用的可能。3次测量ADC值的最大敏感度、特异度分别为82.4%、74.1%,80.4%、79.3%,80.4%、81.0%,表明ADC值具有一定的临床价值。本研究中ADC值的敏感度、特异度略低于张东坡等[9]和Cakir等[10]的研究结果,可能是因为本研究入组的疾病谱较广,导致良恶性病变的ADC值分布重叠较多,且本实验中15%的病变呈现非肿块样强化,在功能MRI测量中更容易受到部分容积效应、运动伪影及磁敏感效应的影响,这些因素可能是影响ADC值诊断效能的原因之一,提示对于非肿块样强化病变尚需要单独进一步深入研究。

注:ROC曲线评估的ADC值的诊断效能和此处计算出的诊断效能因得出方式略有不同

注:机器学习联合形态、边缘、DCE-TIC类型、长径、ADC值5个诊断指标,本次结果基于纳入的109个病变的数据库,新判定的患者需与该数据库进行特征比较继而判定良恶性

MRI检查提供了更为丰富的多参数信息,如何充分利用这些信息,以更有效地指导临床一直是研究热点。然而探讨联合诊断的报道相对较少,Liu等[11]研究了联合多b值DWI参数的串联诊断实验,得出联合使用灌注分数和真扩散系数可以使区别乳腺良恶性疾病的敏感度达到98.75%,然而该研究并未明确指出串联诊断实验的特异度。本研究首先采用串、并联实验,将ADC值分别与传统MRI的参数两两联合,发现串联使用ADC值和形态或边界进行联合诊断可以得到较高的特异度,可以为临床确诊乳腺病变提供支持,但是其敏感度较低。并联实验所得敏感度均高于90%,但特异度均低于50%,提示这种高敏感度的诊断方式有望应用于疾病筛查,以降低漏诊率,但在病变进一步定性诊断中并无意义。以上串、并联实验仅仅是两两简单联合,为了将更多的参数进行有机联合,本研究运用机器学习的方法,联合了形态、边缘、DCE-TIC类型、长径、ADC值共5个参数,采用两种计算模型进行运算,发现两个模型的平均敏感度、特异度均在80%以上,这可能是因为机器学习有机融合了更多特征,在计算中考虑了各个特征的相互关系,可以更全面高效地运用疾病的特征信息,因而获得了更高的诊断效能。Fehr等[12]通过机器学习的方法联合多个MRI参数评估前列腺癌的分期,并取得了良好的效果。运用机器学习的方法进行多参数联合分析疾病可能发挥越来越重要的作用。本研究的结果是基于本次试验的样本所建立的模型,尚需多中心大样本研究进行论证。

磁共振成像仪 篇9

1 资料与方法

1.1 临床资料:

收集昆山市第一人民医院2012年1月至2013年12月临床确诊的脑梗死的患者36例,所有患者先经CT排除急性脑出血,后行常规MRI检查及DWI和MRA检查。36例中男性26例,女性10例,年龄40～94岁,平均67岁。临床表现为偏瘫、肌力下降、失语、意识障碍等。既往有高血压病史23例,糖尿病史10例。

1.2 检查方法:

使用Philips Achieva 1.5T MR扫描仪,Philips Viewforum后处理工作站。SE序列T1WI和T2WI、FLAIR横断位平扫,DWI横断位采用单次激发平面回波序列,取2个弥散梯度因子b值(0 s/mm,1 000 s/mm),并重建表观弥散系数(ADC)图。TR/TE=2 801/104 ms,激励次数1,矩阵:152×113,层数18,层厚5.5 mm,层间距0,视野(FOV)23 cm,扫描时间34 s。MRA采用三维时间飞跃(3D-TOF)法,TR/TE=25/6.9 ms,激励次数4,矩阵396×226,层数140,层厚20 mm,层间距10 mm,视野(FOV)20 cm,扫描时间285 s。

1.3 图像分析:

由2位高年资医师单独分析、评估常规MRI及DWI对急性脑梗死病灶的显示,分析MRA图像对血管的显示程度,意见分歧时通过相互讨论达成一致意见。MRA评价标准:MRA表现异常分为3种类型:①动脉闭塞,表现为动脉血流中断,远端血管无显示。②动脉狭窄,表现为动脉腔节段性变细,其远端动脉显影差或分支减少、稀疏。③动脉硬化,表现为动脉管壁毛糙,管径粗细不均,走行僵硬。

2 结果

2.1 DWI表现:

36例患者中,19例先行CT平扫均未见异常,7例见稍低密度影,3例见局部脑沟变窄。其中起病在6 h以内的5例怀疑超急性期脑梗死患者在CT、常规MRI T1WI,T2WI及FLAIR上均未见明显异常信号,其余病例T2WI及FLAIR图像上表现为略高信号,T1WI略低信号,而DWI扫描均出现大小不等异常高亮信号,ADC图呈低信号,DWI检出率为100%。其中大脑中动脉供血区大面积急性脑梗死7例,额顶叶、枕叶多发急性脑梗死10例,基底节区9例,小脑2例,丘脑、桥脑6例,延髓2例。

2.2 MRA表现:

36例患者的MRA有6例显示大脑中动脉主干局限性血流信号丢失和远端分支血管不显影,2例显示颈内动脉闭塞,远端血管不显影,22例显示大脑中动脉走行僵硬,管壁毛糙,局部狭窄,远端分支血管稀疏,6例显示后循环血管管径变细,局部狭窄,分支血管不显影(图1～6)。

3 讨论

目前,头颅MRI在缺血性脑卒中诊疗和研究中正发挥日益重要的作用,对于急性期或超急性期脑梗死患者,由于头颅CT扫描结果多阴性,临床参考价值低,特别是桥脑、延髓梗死灶,在CT扫描图像上骨伪影重,更加无诊断价值。常规的FLAIR、T1WI和T2WI成像在急性脑梗死病灶确定位置、损伤程度等方面敏感性、准确性也较差,特别在鉴别急性和非急性脑梗死方面价值非常有限。而MRI检查中的DWI和MRA具有独特的优越性,在发现超急性期脑梗死和小梗死灶、桥脑甚至延髓梗死灶,判断病变范围、损伤程度等方面具有重要价值[2-3],本组病例DWI病灶检出率100%,MRA均显示脑动脉不同程度硬化甚至狭窄、闭塞。

既往研究表明,脑缺血数分钟后即可引起脑神经细胞能量代谢异常,致细胞Na+-K+-ATP酶功能丧失,大量的钠和水移向细胞内,致细胞内水分子增多,细胞肿胀,而细胞外间隙变小,导致细胞毒性水肿,而水分子在细胞内的弥散速度比细胞外慢[3,4,5]。DWI是目前唯一能反映分子弥散特性的成像方法,对水分子弥散运动的敏感性达88%～100%,特异性达86%～100%,尤其是在超急性期脑梗死中,可以发现梗死灶中常规MRI不能发现的缺血半暗带[4],本组病例中,T2WI和FLAIR诊断阳性率仅为69%(25/36),而DWI诊断阳性率达100%,表明DWI在急性脑梗死的诊断中具有重要临床应用价值。

脑血管成像技术主要有时间飞跃法(time of flight,TOF),相位对比法(phase contrast,PC)和增强MRA(CE-MRA)法。TOF血管成像应用最广,无需引入任何对比剂,就可获得较高质量的MRA影像,而且操作简便易行,对患者无任何创伤性,分为二维时间飞跃(2D-TOF)法和3D-TOF法2种[6]。本研究均采用3D-TOF法,这是由于与相位对比(PC)法相比,3D-TOF法分辨率较高,对较大和较小血管分支的阻塞均能清晰显示。本组大面积脑梗死主要以动脉闭塞为主,MRA直接显示动脉闭塞8例,小面积梗死显示动脉狭窄为主共22例,6例显示血管壁毛糙,局部纤细或分支稀疏。本组患者以大动脉病变为主,均清晰显示了病变与大血管之间的关系,为临床溶栓治疗提供了有力依据,但对深部小梗死灶的小血管显示方面尚有一定局限性。有资料显示,MRA检查时当动脉狭窄严重度达75%时,有过高评价倾向[6]。因此,在临床研究时不可过分依赖某一种检查方法,要综合其他相关材料全面分析。

总之,对于临床怀疑急性脑梗死患者要及早CT排除急性脑出血,尽快行磁共振检查,DWI有助于明确早期脑梗死病变的范围、损伤程度,判断有无溶栓治疗时间窗,MRA能直接显示病变供血动脉闭塞或狭窄情况,2种方法联合使用对急性期脑梗死的诊断及预后判断都具有重要临床应用价值,为临床溶栓治疗提供有力依据,也有利于早期治疗方案的制定,对疗效判断也具有一定帮助[5,6]。联合应用DWI和MRA能提高急性脑梗死的检出率,并能提供更多支配动脉病变信息。

参考文献

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[5]张丽雅,周旭峰,高志翔,等.MRA对脑梗塞患者颅内动脉硬化程度评估探讨[J].中国CT和MRI杂志,2009,7(5):5-7.

磁共振成像仪 篇10

关键词：脑梗死,磁共振成像,弥散磁共振成像

脑血管病是临床工作中的常见病,有较高的致残率及死亡率。可分为缺血性与出血性,文献报道约70%的脑血管病为缺血性[1]。脑缺血性脑病早期的确诊、及时的溶栓治疗,特别是6 h内的溶栓治疗对超急性脑梗死的预后起关键性作用,可提高抢救成功率,降低致残率及病死率,提高病愈后的生活质量[2],而CT检查在脑梗死的超急性期及发病24 h内绝大数为阴性,磁共振的磁共振扩散加权成像(DWI)及磁共振血管成像(MRA)技术对脑梗死的早期诊断并及时治疗提供可行性。

1 资料和方法

1.1 临床资料:

收集40例我院2012年3月至2015年12月临床和影像诊断的超急性脑梗死患者,男性24例,女性16例,年龄39~74岁,平均(61.0±1.3)岁,所选患者均做急诊CT检查排除脑出血且做磁共振成像(MRI)检查(包括DWI)加MRA检查。所选条件:(1)患者2~6 h内检查MRI。(2)DWI的高信号病灶截面径>3 cm且与临床检查体征相符。

1.2 设备检查方法:

利用西门子公司Avanto1.5T型的磁共振,头颅正交线圈,行轴位扫描。常用序列为:(1)FEST2WI,TR:4 000 ms,TE:94 ms,矩阵384×256,视野(FOV):24 cm×18cm,ELT:13。(2)FLAIR TR/TE:8 400/78 ms,TI:2 500 ms。(3)DWI采用(FES-EPI):TR/TE:3 000/102 ms。矩阵130×128,FOV:24cm×24 cm。选用2个扩散梯度场(b1=0和b2=1000),扩散梯度时取X,Y及Z 3个方向,以上所有扫描序列层厚、层距分别为6 mm及1 mm。扫描19层。(4)MRA:用3D-TOF法,TR/TE:39/7 ms层厚0.8mm,扫描完毕至工作站进行最大密度投影(MIP)后处理得三维脑血管图像。

1.3 病灶部位及分型:

以前循环(颈内动脉、大脑前动脉和大脑中动脉)及后循环(椎-基动脉、大脑后动脉和小脑动脉三支)来区分DWI上高信号病灶。MRA血管以(1)颅颈动脉管径最窄处小于邻近正常管径一半为动脉血管狭窄;(2)颅颈动脉管腔全程不显示为动脉血管闭塞;(3)颅内动脉管壁的迂曲不整,粗细不均为动脉硬化。

2 结果

2.1 MRI图像显示:

常规T2WI结合FLAIR显示高信号或稍高信号者7例,约为17.5%。且就病灶面积、数目都小于DWI的病灶显示。

2.2 DWI图像分布:

DWI上与临床相符的高信号灶,额叶3例,额颞叶4例,额顶叶7例,颞叶4例,枕叶3例,胼胝体2例,半卵圆中心4例,桥脑8例,脑干3例,小脑半球4例,单发38例,多发2例。前循环区有27个病灶,后循环区有15病灶。

2.3 MRA图像分布:

MRA显示血管狭窄或闭塞的有38例,颈内动脉动病变3例,大脑前动脉病变6例,大脑中动脉病变17例,椎-基底动脉病变9例,大脑后动脉病变6例,单发35例,多发3例。

2.4 DWI及MRA图像分析:

DWI上高信号病灶于前循环的27例,其MRA示颈内动脉狭窄伴大脑中动脉闭塞3例,大脑中动脉闭塞17例,狭窄3例,大脑前动脉闭塞4,狭窄3例。DWI上高信号病灶于后循环上15例,其MRA示椎-基动脉闭塞8例,狭窄1例,大脑后动脉闭塞4例,椎-基动脉狭窄合并大脑后动脉闭塞2例。其中2例DWI高信号,虽未显示明显狭窄或闭塞,但前循环脑动脉硬化明显。1例并有左侧大脑前动脉闭塞,但DWI上未见明显高信号,可能与侧支循环形成有关。通过本组病例可见DWI病灶的责任血管与MRA的血管异常有良好的对应关糸,为临床早期治疗提供切实可行的影像学资料(图1)。

图1患者,男,63岁,左侧肢体瘫痪、失语3 h(a:头颅CT未见明显异常;b:T2WI亦未见明显异常;c:抑水T2FLAIR未见明显异常;d:DWI上见右额颞叶大片状新鲜梗死灶;e:右侧大脑中动脉水平段闭塞)

3 讨论

DWI是观察微观的水分子流动扩散现象,在实际应用中,常用表观弥散系数(ADC)来描述水分子的运动受限的程度。在弥散加权成像中,b值选得越大,不同弥散状况造成的信号差别就越大[3],常分别选择b=0 s/mm和1 000 s/mm。脑缺血的短时期内、尤其6h内,DWI高信号对检测变化中的脑局部缺血的征象很敏感。目前文献[4]认为,在脑梗死超急性期和急性期,脑缺血后细胞膜钠-钾ATP酶功能失调,水分进入细胞内,细胞内液含量增多,细胞内线粒体肿胀,内质网、高尔基体扩张,核固缩,细胞内外水分子含量发生变化,细胞肿胀、体积增大,水分子扩散运动受限,弥散受限,即所谓的“细胞毒性水肿”。DWI能够显示细胞毒性水肿,DWI对急性期脑梗死的敏感度较高,早期即可判定梗死的范围、部位。超早期脑缺血水分子弥散加权成像表现为与神经体征相对应区域的高信号影,即“灯泡征”[5]。在脑缺血后3~6 h内缺血的脑细胞尚未坏死,在6 h内行溶栓治疗可完全或部分恢复缺血的脑细胞功能。本组所选病例发病均在6 h内,DWI高信号灶远高于T2WI结合FLAIR高信号灶的检出率,发现病灶的数量也高于后者,并能区分出病灶的陈旧性与急性,DWI已成为超急性脑梗塞必不可少的检查方法。

三维时间飞跃法磁共振血管成像是将靶血管部位施加饱和脉冲,使扫描区内所有组织均处于饱和的状态,无磁共振信号产生,血管内的血液在流动,流入未饱和的血液,则有磁共振高信号产生,周围不流动的组织无信号或信号很低[6],所以经后处理3D TOF-MRA能清晰显示血管形态。由于管腔内流动血液产生高信号似增强效应,能显示颅内1.0 mm左右的血管的形态,亦能显示清晰颅内稍大动脉或动脉干血管狭窄和闭塞。

3 D TOF MRA着重分析颈内动脉(ICA)颅内段、大脑前动脉(ACA)A1段、大脑中动脉(MCA)M1和M2段、大脑后动脉(PCA)P1和P2段,椎动脉(VA)颅内段及基底动脉(BA)相对较大血管[7]。本组病例中40例均能良好显示血管的主干及分支,MRA能快速、无创检查,重建血管后可类似数字减影血管造影(DSA)多角度旋转观察血管的异常情况。

在急性期脑缺血患者中,DWI检查有较高的敏感度,及时行DWI及MRA检查,不仅可以观察梗死面积的大小、部位,还可以根据具体的梗死区域指导临床判定梗死的可能血管分支,并根据梗死的特征大致判定梗死的可能病因,指导临床选择动脉或静脉来溶栓治疗,行动脉溶栓与行静脉溶栓比较[8],动脉溶栓剂量小、超选择性溶栓局部药物浓度高,有较高的血管再通率及全身不良反应少。因此结合临床表现早期行DWI及MRA的检查,可以大致明确具体病变血管分支,为动静脉溶栓的入选提供了影像学资料,从而指导急性期的治疗动静脉溶栓的选择。

脑动脉梗死范围与脑血管狭窄和闭塞关系。日常工作中注意到脑梗死横截面直径<3.0 cm,大部分MRA显示异常血管欠佳,而提示脑梗死为细小动脉闭塞所致。因为细小动脉的闭塞不仅在MRA上,即使在空间分辨率更高的脑血管DSA图像中,也难以识别。在梗死截面径>3.0 cm病例中,绝大部分MRA可清晰显示动脉干狭窄与闭塞,表明脑较大面积梗死的原因是动脉干的闭塞或狭窄,也说明脑组织梗死的部位和面积与血管病变有较好的对应关系。

总之,DWI与MRA对急性脑梗死的早期诊断十分敏感,联合检查可同时显示脑实质灶和脑血管病变情况,能快速发现6 h内的缺血性脑组织的部位与范围且可评估脑动脉血管狭窄或闭塞的临床程度,提供可靠早期溶栓治疗明确诊断信息与丰富可行的影像学资料,可明显提高急性缺血性脑血管病的诊断和治疗效率,明显改善患者愈后,提高患者的生活质量。

参考文献

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