医学影像系统源码（MRI、CT三维重建）

news2025/1/11 8:01:11

一、MRI概述

核磁共振成像（英语：Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），又称自旋成像（英语：spin imaging），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），台湾又称磁振造影，香港又称磁力共振扫描，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，简称NMR）原理，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。

二、成像原理

核磁共振成像是随着电子计算机、电子学、电路学、超导体等技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理，故常将这门技术称为“磁共振成像”。
核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体大约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。
当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，以改变氢原子的旋转排列方向，使之共振，然后分析它释放的电磁波，由于不同的组织会产生不同的电磁波讯号，经电脑处理，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。
原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”

三、MRI系统的组成

现代临床高场（3.0T）MRI扫描器

MRI是一台巨大的圆筒状机器，能在受检者的周围制造一个强烈磁场区的环境，借由无线电波的脉冲撞击身体细胞中的氢原子核，改变身体内氢原子的排列，当氢原子再次进入适当的位置排列时，会发出无线电讯号，此讯号借由电脑的接收并加以分析及转换处理，可将身体构造及器官中的氢原子活动，转换成2D影像，因MRI运用了生化、物理特性来区分组织，获得的影像会比电脑断层更加详细。

磁铁系统

静磁场：又称主磁场。当前临床所用超导磁铁，磁场强度有0.2T到7.0T（特斯拉），常见的为1.5T和3.0T；动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度。另有匀磁线圈（shim coil）协助达到磁场的高均匀度。
梯度场（gradient coils）：用来产生并控制磁场中的梯度，以实现NMR信号的空间编码。这个系统有三组线圈，产生x、y、z三个方向的梯度场，线圈组的磁场叠加起来，可得到任意方向的梯度场。

射频系统

射频（RF）发生器：产生短而强的射频场，以脉冲方式加到样品上，使样品中的氢核产生NMR现象。
射频（RF）接收器：接收NMR信号，放大后进入图像处理系统。

计算机图像重建系统

由射频接收器送来的信号经A/D转换器，把模拟信号转换成数字信号，根据与观察层面各体素的对应关系，经计算机处理，得出层面图像数据，再经D/A转换器，加到图像显示器上，按NMR的大小，用不同的灰度等级显示出欲观察层面的图像。