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为什么磁共振成像设备追求高的磁感应强度

315855338 2017-06-09 13:27:55 373  浏览
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  • 初晴花花 2017-06-10 00:00:00
    磁共振指的是自旋磁共振现象。其意义上较广,包含核磁共振、电子顺磁共振或称电子自旋共振。用于医学检查的主要是磁共振共像(MRI)。比如,电流通过一根导线,会在导线周围形成磁场,当电磁波频率与机体振动频率一致时,会产生共振。磁共振成像技术由于其无辐射、分辨率高等优点被广泛的应用于临床医学与医学研究。一些先进的设备制造商与研究人员一起,不断优化磁共振扫描仪的性能、开发新的组件。例如:德国西门子公司的1.5T超导磁共振扫描仪具有神经成像组件、血管成像组件、心脏成像组件、体部成像组件、肿瘤程序组件、骨关节及儿童成像组件等。其具有高分辨率、磁场均匀、扫描速度快、噪声相对较小、多方位成像等优点。不是只做头部的。

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为什么磁共振成像离不开弛豫?

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对于很多人而言,认识核磁共振是从磁共振成像开始的,加上之前我们对核磁共振原理的科普,大家对于核磁共振的原理、弛豫的原理和概念已经很明白,但是:当提到磁共振成像为什么离不开弛豫?估计有不少人有点晕,似懂非懂,模模糊糊。今天我们开始讲磁共振成像,并以这个问题作为我们开篇的引子。

除了这个问题之外,本文还详细的解释了质子密度像、T1加权像、T2加权像的原理和参数设置,并结合在生命科学领域的实际应用案例加以说明,期待您认真的阅读下去!


01 为什么磁共振成像离不开弛豫?

小鼠脑部T2W成像(脑中风模型)1.0T

磁共振成像之所以能称为图像,关键在于它能反映出不同组织、不同脏器之间的区别以及与人体解剖关系的对应(被测对象为岩石、食品等样品,道理也是一样的),那根据什么原理才能让不同的组织在磁共振图像中明暗不同呢?答案就是不同组织的弛豫时间(如下图所示)。

人体不同组织的T1弛豫时间(不同场强)和T2弛豫时间

正常组织彼此之间具有不同的弛豫时间,基于此可以做结构和定位成像。此外,基于正常组织和病变组织的弛豫时间不同(尤其是肿瘤),这是利用MRI进行疾病诊断的基础。

当然这只是简单分析,详细来看,磁共振图像的明暗受哪些参数影响呢?质子密度像、T1加权、T2加权又是怎么实现的呢?我们经常背的如下口诀到底是如何来的呢?

T1加权:短TR  短TE

T2加权:长TR  长TE

质子密度:长TR  短TE


02 三种成像:PDW、T1W、T2W

根据以上公式,T1和T2对信号有着非常大的影响。

除了T1和T2之外,信号强度S主要受三个因素的影响。

●N(H)为样品中H的质子密度,对于某个样品,这一项是定值;

●TE:回波时间,对于SE序列而言是,90°脉冲与采集回波ZG点之间的距离;

●TR:序列的重复时间。

SE序列简图

从以上公式中看出,T1加权就是增加T1对信号S的影响,减少因T2的不同对信号的影响;同理T2加权是增加T2弛豫对信号S的影响,减少因T1的不同而对信号的影响;质子密度像尽量使信号S主要由与样品中H质子的密度决定,减少T1弛豫、T2弛豫的影响。

从公式中看出,TR会影响T1的权重,TE会影响T2的权重;如果用图来解释,如下图所示:

T1加权成像

T1加权成像:图像的灰度(明暗程度)主要由组织的T1弛豫快慢决定。

因此就要尽量减少T2对信号S的影响,在exp(-TE/T2)中,只有当TE尽可能小,TE<<T2时,e(-TE/T2)接近于1;

同时在[1-exp(-TR/T1)]中,只有当TR也较小时,才能体现出T1不同而带来的图像差异。

用图的方式来解释,就是如下:

较短的TR下,不同的T1弛豫对应的信号差别较大

较短的TE下,不同的T2弛豫对应的信号差别相对较小

T1W成像:短TR  短TE(一般为仪器所允许的最小值)

T2加权成像

T2加权成像:图像的灰度(明暗程度)主要由组织的T2弛豫快慢决定。

因此就要尽量减少T1对信号S的影响,在[1-exp(-TR/T1)]中,只有当TR>>T1时候,该项趋近于1。实验表明,当TR=5T1时候,该项[1-exp(-5)]≈0.99。

而对于exp(-TE/T2),当TE较大时候,才能体现出T2不同而带来的图像差异。

用图的方式来解释,就是如下:

较长的TR下,不同的T1弛豫对应的信号几乎无差别

较长的TE下,不同的T2弛豫对应的信号差别较大

T2W成像:长TR(一般为5T1)  长TE

质子密度成像

质子密度成像:图像的灰度(明暗程度)主要由组织的质子密度决定。

因此公式中第二项和第三项都要接近于1,此时S=N(H)

要使exp(-TR/T1)→0,TR>>T1

要使exp(-TE/T2)→1, TE<<T2

用图的方式来解释,就是如下:

较长的TR下,此时T1弛豫基本恢复完全,不同T1之间的信号差别主要由其各自的质子密度决定

较短的TE下,不同的组织基本还未经历T2弛豫

PDW成像:长TR  短TE

举几个典型的例子,分别用T1W、T2W、PDW对同一样品(鸡蛋)成像,结果如下:

T1加权(使用纽迈分析0.5T核磁仪器)

T2加权(使用纽迈分析0.5T核磁仪器)

质子密度成像(使用纽迈分析0.5T核磁仪器)


03 加权成像在临床前科研中的应用举例

1.0TMRI 正常小鼠的T1加权、T2加权成像

T1加权成像(使用1.0T磁共振成像设备)

T2加权成像(使用1.0T磁共振成像设备)

T1加权像:有利于看解剖结构,以及T1造影剂的代谢研究。

T2加权像:有利于鉴别病变的组织(癌变),以及T2造影剂的代谢研究


应用案例 T2加权像跟踪小鼠头部肿瘤生长情况(1.0TMRI)

通过1.0T核磁共振成像,观察种植肿瘤(A)15,(B)17,和(C) 20天的生长发育状况。通过对其尺寸的测量(仪器自带功能),可对肿瘤生长进行量化监测。


应用案例 T1加权成像研究小鼠心肌活性(1.0TMRI)



钆造影剂通过坏死心肌的速度要比通过正常心肌的速度慢很多,又因为坏死心肌的细胞外空间较大,可以容纳的造影剂较多,因而心肌坏死区域钆造影剂的浓度较高。


04 纽迈重磅推荐仪器——1.0T小动物磁共振成像仪

1.0T永磁体

只需3平米安装面积;

超低运行成本;

无需屏蔽房;

操作简单;

一键开启,随时可用,无需预热等待。

主要功能一览表

篇幅所限,关于1.0T小动物成像的更多功能和应用案例,请联系工程师获取

(微信号:18616298890)




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脉冲磁共振成像

脉冲磁共振成像

脉冲磁共振成像实验仪利用物理学方法将抽象的理论运用多媒体进行展示,使人们能够直观地了解到其成像效果,进而可以使我们迅速了解磁共振的成像原理。

脉冲磁共振成像原理

脉冲磁共振成像实验仪由多个部分组成,主要包括了磁铁、探头、开关放大器以及相位检波器等。探头内部主要包括了梯度线圈与射频线圈,其中,探头内部的梯度线圈能够实现空间相位编码和频率编码,而探头内部的射频线圈主要是将样品放入到射频线圈中,这样一方面能够达到旋转磁场的目的,另一方面还能够观察自由旋进信号的发射线圈和接收线圈。在观察自由旋进信号的时候,可以采用开关放大器将探头内的射频线圈与相位检波器进行连接,接下来,可以利用振荡器与射频脉冲发生器,从而获得相应的相位检波器与射频脉冲的射频基准。但是如果在采集上存在困难,那么可以利用相位检波器获得比较容易采集的低频信号。蕞终可以得到脉冲核磁共振成像所需要的相位精度。

脉冲核磁共振成像实验仪的磁体主要是采用微米精度加工技术而实现的,因此,通常情况下它的磁场均匀度相对比较高。同时,脉冲核磁共振成像实验仪利用恒温控制器对磁铁进行控制,因此,其稳定性比较高。此外,在DDS技术的支持下,射频电路的工作频率不仅具有较高的稳定度,同时还能够进行较大范围且高分辨率调节。

脉冲核磁共振的整个过程中,如果进行加载脉冲的操作,那么实际上就是脉冲的受激吸收过程。与此同时,可以发现,脉冲自由衰减的时候属于自发式辐射,同时还会出现受激辐射的现象。

脉冲磁共振成像技术已经广泛地应用于生物、医学以及物理学中,脉冲核磁共振实验仪不仅使人们了解到共振现象及各种脉冲序列的相关原理,同时也使人们充分认识到磁共振成像、成像原理及图像重建的数学处理方法。从而使人们对磁共振成像技术有一个更深入的认识。


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动物型磁共振成像

动物型磁共振成像

实验动物磁共振成像(MRI)是一种非侵入性的成像技术,可以提供高质量的二维和三维解剖学图像。这种技术已成为生物医学研究中吥可或缺的工具之一,尤其是在病理学和药理学领域。

1.0T永磁实验动物磁共振成像系统

实验动物磁共振成像是在同种动物模型的情况下研究某些疾病的生物学和生理学特征的理想方法。实验动物磁共振成像还可以用于研究器官、肿瘤、血管和组织的结构和功能。

实验动物磁共振成像技术可以产生高清晰度、高对比度的图像,并且不需要使用任何放射性物质或有害的化学物质,因此对于动物实验非常有用。此外,由于MRI技术可以接受图像精细度和细节的任何类别,因此对于基础生物学和药理学的研究中也有着广泛的应用。

然而,实验动物磁共振成像也存在一些挑战和限制。其中一大挑战是成像的时间。实验动物磁共振成像的过程通常需要5-20分钟,也可能需要多个扫描来获得更多信息。此外,数据处理与分析也是非常重要的问题,因为大量的图像数据需要处理,记录和处理存在一定难度。此外,MRI设备本身的成本较高,操作难度较大,也是实验动物MRI技术应用的限制因素之一。

实验动物磁共振成像技术具有以下优势:

高空间分辨率:实验动物MRI技术可以提供高质量的二维及三维组织结构图像,对生物医学研究有很大帮助。

安全性:实验动物MRI成像不需要放射性物质或有害的化学物质,不会对动物实验造成潜在的伤害,且对生物医学研究不会产生任何负面影响。

重复性:实验动物MRI成像可以重复多次,可以得到高质量、一致性的图像,保证结果的可靠性。

广泛应用:实验动物MRI成像广泛应用于心血管学、肿瘤学和组织工程学等领域,提供了充足的信息和数据,有利于细致深入地研究生命科学问题。

总的来说,实验动物磁共振成像技术是现代生物医学研究中吥可或缺的技术之一,它可以用于研究大量的生物学和生理学特性,且不是侵入性的。

2023-04-05 13:49:00 93 0
脉冲磁共振序列成像

脉冲磁共振序列成像

脉冲磁共振成像实验仪利用物理学方法将抽象的理论运用多媒体进行展示,使人们能够直观地了解到其成像效果,进而可以使我们迅速了解磁共振的成像原理。

脉冲磁共振序列成像原理

脉冲磁共振成像实验仪由多个部分组成,主要包括了磁铁、探头、开关放大器以及相位检波器等。探头内部主要包括了梯度线圈与射频线圈,其中,探头内部的梯度线圈能够实现空间相位编码和频率编码,而探头内部的射频线圈主要是将样品放入到射频线圈中,这样一方面能够达到旋转磁场的目的,另一方面还能够观察自由旋进信号的发射线圈和接收线圈。在观察自由旋进信号的时候,可以采用开关放大器将探头内的射频线圈与相位检波器进行连接,接下来,可以利用振荡器与射频脉冲发生器,从而获得相应的相位检波器与射频脉冲的射频基准。但是如果在采集上存在困难,那么可以利用相位检波器获得比较容易采集的低频信号。蕞终可以得到脉冲核磁共振成像所需要的相位精度。

脉冲核磁共振成像实验仪的磁体主要是采用微米精度加工技术而实现的,因此,通常情况下它的磁场均匀度相对比较高。同时,脉冲核磁共振成像实验仪利用恒温控制器对磁铁进行控制,因此,其稳定性比较高。此外,在DDS技术的支持下,射频电路的工作频率不仅具有较高的稳定度,同时还能够进行较大范围且高分辨率调节。

脉冲核磁共振的整个过程中,如果进行加载脉冲的操作,那么实际上就是脉冲的受激吸收过程。与此同时,可以发现,脉冲自由衰减的时候属于自发式辐射,同时还会出现受激辐射的现象。

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2022-07-22 15:19:39 138 0

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