核磁共振技术的基本原理范例(3篇)
核磁共振技术的基本原理范文
心力衰竭(heartfailure,HF)是多种心血管疾病的终末期表现,左室重构(Ventricularremodeling,VR)是从多种心脏疾病发展为心衰的重要病理生理过程,贯穿其始末。因此,对于左室重构发生过程的研究已成为近年来心血管疾病病理生理研究的一个热点。近年来,医学影像技术在心肌重构的检测方面有了很大的进展,本文就近年来关于左室重构的检测在医学新技术做以综述。
1斑点追踪技术
斑点追踪显像技术是基于医学超声成像模式，通过对组织内部的大量散射粒子形成的斑点进行跟踪，从而实现对人体组织运动的跟踪。在获取高帧频二维灰阶超声图像的基础上，通过寻找序列图像中最优近似的散斑模式，跟踪每一帧图像的心肌回声斑点位置、运动轨迹及空间运动，以此显示心肌运动速度、位移、应变和应变率、旋转角度等参数［1,2］。斑点追踪显像技术具有组织多普勒时间分辨率较高的优点,由于它本身是非多普勒原理衍生而来的技术,所以它不同于多普勒技术，不受角度和心脏摆动的影响,既可以实现横向(垂直于超声束方向)的跟踪，也可以实现纵向（即沿超声束方向）跟踪，反映心脏纵向方向的变形运动［3］，反映环形方向及径向的变形运动。它排除了周围组织牵拉和心脏整体移动对心肌运动速度的影响,反映局部心肌的变形速率,准确评价心肌局部组织的舒张和收缩功能，而无角度依赖性，从机械做功角度来看，它真实的反映了心肌局部功能。国内外学者对经组织多普勒与斑点追踪显像技术的应变与应变率成像两者间进行了相关性研究，用两种方法测得同一受试者的应变值不同，但两者相关性良好。Modestokm等研究结果显示,斑点追踪显像的测值与组织多普勒测值之间高度一致(应变r=0.94;应变率r=0.96)［4］;另有研究显示斑点追踪显像研究结果与相关报道的核磁共振技术结果一致［5,6］。而核磁共振方法是是评价收缩期心肌形变的金标准。在临床上,斑点追踪显像技术对心肌形变能力的分析也是可行的,可作为心脏的常规检查［7］。
所以,从理论讲二维斑点追踪显像技术可以评价心室重构。Park等［8］研究了左室的纵向应变能否能预测左室的重构。他研究了50例急性前壁心肌梗死患者，用组织多普勒显像技术及斑点追踪显像技术测得冠脉再灌注治疗后前降支供应的左室各节段的峰值收缩速度及纵向应变。左室的重构被定义为随访超声左室舒张末期容量的增加≥15%。结果显示，组织多普勒显像技术（P=0.005）与斑点追踪显像技术（P=0.001）测得的纵向应变能预测左室的重构。结论是急性前壁心及梗死再灌注治疗后，即刻的左室纵向应变能很好地预测左室的重构。Edvardsen等［9］研究结果也证实了这一点。
随着应用斑点追踪显像技术的动物及临床研究日益增多,其可提供心脏空间运动的多维信息,无创、迅速、定量地评价局部及整体心功能,能够准确测量心室肌在心动周期中的扭转特征,帮助识别早期心功能变化,有望为临床冠心病的诊断与治疗提供更加客观准确的信息。
2电影磁共振成像(Cine-MRI)技术
核磁共振技术是软组织对比分辨率最高的影像学方法,特别是心脏核磁共振技术心肌灌注延迟显像的应用使得体外检测坏死心肌能够达到近乎“组织学”般准确［10］。核磁共振技术已被认为是测量心功能的最佳方法,它可全面显示左左室测量各处心室心肌收缩、舒张期内径,定量评价其病变程度,它直接测量体素数目，并可显示早期缺血心肌网格运动减弱的程度以及与正常心肌运动不同步的情况［11］。无需行左室形状的几何学假设,无放大率等问题。这些功能指标对判断左室功能、估计预后有着重要的意义,是目前诊断左室重构的主要诊断指标之一。
电影磁共振成像技术与自旋回波门控技术相比较,90°脉冲后无180°脉冲,代之为磁场回波,因其产生快,勿须等待R波触发,而为连续扫描,故提高了时间分辨率。电影磁共振成像技术的时间分辨率一般为29～36ms,最多可采集心动周期的32个时相。电影磁共振成像技术与一般门控图像不同,由于其使用很短的TR(一般为30～100ms)、磁场回波和血流补偿,故大血管腔及心腔内流动的血流为高信号,相对静止的动脉壁、心壁为低信号。加之与心脏周围的肺野组织对比,心脏各腔室的内外边界清晰。因此电影磁共振成像技术具有良好的空间分辨力和时间分辨力,为观察室壁心肌运动及测量室壁心肌厚度、长度和左室腔容积提供了可靠的依据，为检测左室重构提供了较为准确的数据。Pflugfelder等［12］利用室壁增厚率将心肌节段的运动分为运动正常、运动减弱、运动消失和矛盾运动四种形式,运动减弱、运动消失和矛盾运动为异常运动,该项检查与血管造影和心电图结果有良好的相关性。另有学者Sechtem等［13］注意到仅以室壁增厚率小于18%为判定运动异常的标准是不够全面的,应加注室壁增厚幅度小于2mm,其研究结果证实当有舒张期室壁心肌变薄时,尽管收缩期增厚率大于18%,仍考虑存在异常运动。有研究表明［14］电影磁共振成像技术测定的左室缩末容积、舒末容积及左室射血分数与左室造影和超声心动图检查所得结果相关性良好,能真实反映左心室收缩功能受损情况。
3超声背向散射积分技术
核磁共振技术的基本原理范文篇2
时尚的针织帽、红色的中式坎肩，36岁的唐淳着满身“龙”字迎接着自己的本命年。这一身“潮男”装扮走在街上，任谁也想象不到，他是一位埋首生物学研究的科学家，而且是青年科学家中的佼佼者。2011年3月，他获得国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助，成为中国内地第三位获此殊荣者；2012年1月，他又荣获“霍华德?休斯首届国际青年科学家奖”。
“像在看她们跳舞”
生在苏州，学在杭州，唐淳从小生活在风景如画的人间天堂。不过，唐淳认为，让他受益最深的是当地崇文重教的文化传统。在这种氛围熏陶下，唐淳从小对学习和研究抱有浓厚的兴趣。1994年进入浙江大学时，唐淳学的是生物，但他对化学也非常感兴趣。1998年本科毕业后，他到美国马里兰大学攻读博士学位，选的就是生物化学专业。
提起“生化”，人们可能会想到“生化武器”，但唐淳的研究方向，其实是与治疗疾病相关的。博士在读期间，他重要的研究对象，就是人们“谈虎色变”的艾滋病毒（HIV）。如何去解析艾滋病蛋白质的溶液结构，探索艾滋病毒的生长成熟机制？此时，唐淳开始掌握一门重要的武器——核磁共振技术。“和一般研究方法不同的是，我们用核磁共振技术可以分析蛋白质在溶液里的动态结构，而不是静态结构。生命本身就是运动的，在溶液状态，我们能更接近蛋白质自然的生命状态。”唐淳说。
唐淳打开电脑，演示了几个蛋白质的跃动状态。而发现蛋白质的分子结构，定位其中各个原子的存在方位，判定运动轨迹，唐淳说：“像在看她们跳舞”。
正是通过溶液核磁共振技术，唐淳发现艾滋病毒为什么在不成熟状态下是球形，而成熟状态下是锥形，艾滋病毒从不成熟发展到成熟状态，与一种衣壳蛋白的结构变化密切相关。“顺藤摸瓜”似的，唐淳发现了一种能够抑制艾滋病毒成熟的小分子化合物，并在美国申请专利。利用这种小分子化合物，制药企业有望研发出治疗艾滋病的新药。
热衷于新方法研究
尽管在艾滋病毒研究方面取得了进展，但唐淳觉得：“我的兴趣在新方法研究，做一个制造工具的人”。2003至2007年在美国国立医学中心糖尿病、消化及肾脏疾病国家研究院从事博士后研究时，唐淳就将自己的研究重心转向了核磁共振新方法。他建立和发展了多种核磁共振新方法，特别是独辟蹊径，发展了用于研究蛋白质溶液动力学的新方法。“在核磁共振中一旦有顺磁物质，会导致研究对象的波谱信号变弱，所以一般的研究中要尽量避免顺磁的干扰。我却在蛋白质的特定点位上特意加入顺磁探针，根据波谱信号变弱的程度来计算大分子各个部位与探针之间的位置变化，从而了解蛋白质的结构的动态变化。”唐淳说。
利用这一新方法，他得到了一系列重要发现，包括发现了艾滋病毒蛋白酶前体激活的物理机制等等。2006年、2007年、2008年，他的研究结果连续发表于Nature等重要学术杂志上。
2008年，唐淳从60多位来自世界各地的核磁共振专家中脱颖而出，应聘成为美国密苏里大学生物化学系终身制（Tenure-Track）助理教授，开始了独立研究之旅。此后，唐淳进一步发展了顺磁弛豫增强（PRE）技术，提出了差比顺磁核磁（DISPRE）技术，这一新方法利用两种不同的顺磁探针提供的PRE观察量的比例关系，来同时得到生物大分子动力学变化的空间和时间尺度。目前，他所发展的顺磁核磁共振方法已经被学术界广泛采用，成为国内外相关核磁共振学习班的必修内容之一。
那才是创新的源头
在美国学习、研究10余年，获得了终身制的教职，买了房，定了居，唐淳实现了所谓的“美国梦”。但一次机缘让他改变了自己的“运动轨迹”，把他“牵”回了祖国。2009年底，唐淳通过中国科学院“引进海外杰出学者（百人计划）”全职应聘至中科院武汉物理与数学研究所工作。“房子低价卖了，现在我连美国绿卡都打算放弃。”唐淳笑着说。
“武汉有波谱与原子分子物理国家重点实验室，有国内最好的核磁共振设备。另外，在物数所，我随时可以同物理学家讨论，做原创性的方法研究。”唐淳说。由于唐淳的研究领域在国内国际都属于前沿学科，回到中国，唐淳的研究更没有任何条条框框，整个科研团队，都是由唐淳一手建立。“我喜欢自由探索，我认为，那才是创新的源头。”
2011年3月，唐淳获得了国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助，成为中国内地第三位获此殊荣者。
之后，唐淳又申请了霍华德?休斯医学研究所（HHMI）国际青年科学家，竞争十分激烈。760名申请者，只有55人有资格参加答辩，全球只有28人最终入选，中国只有7人入选。入选者可以得到“国际青年科学家”的称号和资助，自由做自己感兴趣的课题，知识产权归原单位和国家。唐淳获得了65万美元的研究资助。
“虽然申请这个基金也要报项目，但他们对项目研究本身没有非常硬性的要求，主要看研究者的‘潜力’，决定是否给予资助，最后看研究者的发展情况，决定是否继续资助。”唐淳说。这和喜欢“自由探索”的唐淳非常对脾气。
“参加答辩时，评委有3个是诺贝尔奖得主，一点都不能马虎。”唐淳说。他点开自己和一位科学家的合影，“瞧！这是其中之一，2003年诺贝尔化学奖得主RoderickMackinnon（罗德里克?麦金农），今年才55岁，是我的偶像。成为HHMI研究员后，我会有很多机会和这些大科学家学习交流！”唐淳充满期待地说。
在科学海洋里自由遨游的唐淳，正向着自己的“偶像”迈进。（来源：科学网照片由唐淳本人提供）
档案
核磁共振技术的基本原理范文
关键词：核磁共振；膝关节；西门子1.5T
【中图分类号】R445.2【文献标识码】A【文章编号】1674-7526（2012）08-0391-02
作者简介：许哲春（1983.8-），男，安徽淮南人，2007年毕业于皖南医学院医学影像系，学士学位，现供职于安徽理工大学附属东方医院集团总院磁共振室，研究方向：磁共振在关节及神经系统中的的应用。陈国智，初级职称。1核磁共振仪
1.1核磁共振仪成像原理：核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。在医学上又常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理后而成像的。
1.2核磁共振仪的优缺点：与普通X射线和计算机层析成像（computerizedtomography？，CT）相比，核磁共振成像是一种对人体没有任何伤害，且快速、准确的临床诊断方法。对其优点具体说来有以下几点[2]：
（1）在分辨软组织方面有极大的优势。对膀胱、子宫、直肠、骨、关节等部位的检查优于CT；
（2）各种参数都可以用来成像，多个成像参数能提供丰富的诊断信息，这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效；
（3）副作用极小，对人体没有电离辐射损伤；
1.3西门子1.5T：西门子1.5T核磁共振仪是一款高场强（1.5T）超高档磁共振仪，它对颅脑、脊柱、肝脏、乳腺、盆腔以及四肢关节病变敏感，对胰、胆管、血管病变的显示也十分清晰，有利于早期发现人体内异常或病变；而且功能齐全，具有MRCP（磁共振管造影）、MRA（磁共振血管造影）以及磁共振功能成像、频谱分析等，诊断价值高，无创伤、痛苦，是理想的诊断方法。现在已经得到了多家医院已经得到了临床应用。在硬件技术方面占有绝对优势的西门子1.5T磁共振仪有着最具先进的成像系统，该设备强大、全面的软件处理技术，其扫描速度、高信噪比和高分辨率有了质的提高，可以实现颅脑解剖结构、脑功能、颅内血管等的高质量成像，还能够完成心脏、血管、肝脏、胰腺、骨关节及软组织等诸多脏器成像。基于前面多提到的共振仪的特点，西门子1.5TMRI有着更多的优点，如颅底不存在骨伪影，可直接显示心肌和心腔各房室的情况等。如图1所示为西门子1.5T。
图1西门子1.5T2核磁共振在膝关节损伤诊断的应用
本节将结合德国西门子1.5T磁共振仪在医学上的应用做个简单了解，然后在膝关节损伤诊断的应用方面做出的具体分析。
在现今医学上，有着先进技术的1.5T核磁共振仪主要用于中枢神经系统疾病的检查，如：脑血管病变；感染与炎症；颅脑肿瘤；脑白质病变；脑外伤性病变[3]；脑其他病变；脊髓椎管病变。骨、关节肌肉系统疾患，循环系统（心脏大血管）疾患，消化系统（肝胆胰脾）及胆道系统疾患，感官系统疾患。
1.5T磁共振仪在膝关节检查可视为无创检查，可有效显示膝关节组织及病理变化，可准确判断病变程度。以下是该类共振仪在对膝关节韧带、半月板及关节腔积液等部位诊断做出的分析。
首先，膝关节韧带损伤MRI诊断：膝关节韧带主要包括前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带、外侧副韧带、髌韧带等，多为弹性纤维组织，未受损伤时在MRI序列上表现为低信号。交叉韧带损伤根据损伤程度，可分为韧带部分撕裂及完全撕裂。部分撕裂表现为韧带内信号增高。完全撕裂表现为见断端间隙充满高信号，伴随韧带断裂、肿胀，走向改变及扭曲，外形异常增粗。基于上述分析，MRI可明确韧带损伤部位、形态，并可对损伤的韧带进行分级，给手术治疗提供可靠、直观的依据。如图2（a）和图2（b）分别是髌韧带损伤和髌韧带断裂的MRI图像。
其次是半月板及关节腔积液MRI诊断：半月板损伤MRI常表现为低信号的半月板区见线状或不规则高信号灶。进一步将半月板损伤分型为5度，半月板内有球状或不规则高信号，未及关节面为Ⅰ度；半月板出现水平或线性高信号，达半月板关节囊缘为Ⅱ度；半月板内高信号达关节面缘为Ⅲ度。关节腔积液MRI常表现为T1WI低信号，T2WI高信号，部分病例可见液体分层现象。如图3（a）、图3（b）、图3（c）所示分别是半月板水平撕裂，斜行撕裂和桶柄状撕裂的MRI图像。
3总结
综上所述，西门子1.5T核磁共振仪具有先进的技术，在膝关节损伤诊断及其他医学检查方面都可视为无创检查，显示着无可比拟的优势。尤其在膝关节损伤诊断方面，其可有效显示膝关节组织及病理变化，可准确判断病变程度，可广泛应用与膝关节半月板、韧带及关节腔积液等X线片、CT不易观察的骨挫伤、骨髓水肿等。诊断结果与手术符合率高，值得临床推广应用。
参考文献
