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第一章 概述1

第一节 核磁共振的发现和利用1

第二节 磁共振成像的发展历程4

一、磁共振成像的发展4

二、磁共振成像的命名10

三、早期的临床应用成果10

第三节 我国磁共振成像的临床应用和开发研究12

第四节 磁共振成像的评价13

一、磁共振成像的特点13

二、磁共振成像的局限性16

三、磁共振成像与CT的比较17

参考文献19

第二章 核磁共振及其物理学20

第一节 进动、磁矩与电磁波20

一、转动和进动20

二、磁场和磁矩22

三、电磁场和电磁辐射23

第二节 原子核的自旋与磁矩26

一、原子核的一般特性26

三、核外电子的磁矩27

二、微观粒子的磁矩及其量子力学表达27

四、原子核的自旋与磁矩28

五、原子的磁矩31

第三节 静磁场中的自旋核31

一、自旋角动量的空间量子化32

二、核磁矩的空间量子化32

三、核磁矩在磁场中的能量和塞曼效应33

四、自旋核在静磁场中的进动35

一、概述38

二、NMR的经典力学原理38

第四节 核磁共振现象和共振条件38

三、NMR的量子力学描述41

四、NMR的经典力学和量子力学模型41

五、关于NMR条件的讨论42

第五节 核磁共振的宏观描述44

一、自旋核的能级分布--玻尔兹曼分布44

二、静磁化强度矢量46

三、磁化强度矢量M的激发和章动51

第六节 饱和现象53

一、化学位移的来源55

第七节 化学位移55

二、化学位移的表达56

三、标准物质的选择58

四、化学位移与磁共振成像的关系58

参考文献58

第三章 弛豫和共振信号的检测60

第一节 弛豫和弛豫时间60

一、弛豫的物理意义60

二、弛豫的分类60

三、弛豫时间61

第二节 磁化强度矢量M的弛豫过程63

第三节 关于弛豫和弛豫时间的讨论67

一、弛豫开始的时间问题67

二、T1，T2的场强依赖性或频率依赖性67

三、固体和液体的不同弛豫69

四、纵向弛豫率和横向弛豫率70

五、T2与T2的关系71

六、弛豫的温度依赖性72

第四节 弛豫的生物学意义72

一、人体组织中的水及其弛豫特性73

二、人体组织中其他成分的弛豫特性74

三、弛豫的生物学机制75

四、组织弛豫的决定因素78

第五节 布洛赫方程及其应用79

一、固定坐标系中的布各赫方程79

二、旋转坐标系中的布洛赫方程81

三、布洛赫方程的稳态解及其讨论83

四、布洛赫方程的应用举例87

第六节 自由感应衰减及其信号检测89

一、自由感应衰减信号90

二、动态磁化率93

三、自由感应衰减信号的检测95

第七节 磁性核的特性97

一、磁性核与非磁性核97

二、原子核的磁化和顺磁磁化率98

三、医用磁性核的有关特性98

四、NMR信号强度及其影响因素100

参考文献100

一、组织体素和像素102

第一节 磁共振图像的品质因素102

第四章 磁共振成像原理102

二、灰度和对比度103

三、信噪比105

四、空间分辨率108

五、图像的显示及窗口技术109

第二节 傅里叶变换及梯度场110

一、问题的提出110

二、傅里叶变换简介111

四、梯度场及其作用原理117

三、MRI系统的坐标系117

第三节 磁共振成像法122

一、成像法及其分类122

二、点成像法123

三、线成像法124

四、面成像法125

五、多层面及三维体积成像128

六、关于成像方法的讨论128

第四节 磁共振成像的空间定位129

一、层面选择129

二、平面内信号的定位133

三、梯度周期与成像时序138

四、图像重建139

第五节 梯度脉冲的相位效应140

一、梯度脉冲的相位效应140

二、射频脉冲和梯度场对相位的共同影响141

三、选层梯度与进动相位的关系142

四、读出梯度与进动相位的关系144

五、相位编码梯度与进动相位的关系145

参考文献147

一、磁学和磁铁148

二、基本磁现象148

第五章 磁性物理学基础148

第一节 基本磁现象148

三、磁场和电场的联系与区别150

第二节 磁介质和磁感应强度150

一、磁介质150

二、磁感应强度151

三、静磁场和均匀磁场152

四、磁化强度和磁化率153

五、铁磁质及其特性154

一、电流元157

二、直线电流的磁场157

第三节 电流的磁场157

三、环形电流的磁场159

四、直螺线管电流内部的磁场160

第四节 磁体及其分类162

一、磁体162

二、磁体的分类163

参考文献165

第一节 磁共振成像系统的组成166

第六章 磁共振成像设备166

第二节 磁体子系统167

一、磁体的性能指标168

二、成像用磁体的分类170

三、磁体系统的组成175

第三节 梯度子系统175

一、梯度磁场的性能176

二、梯度子系统的组成176

三、梯度线圈177

四、梯度控制器和数模转换器179

五、梯度放大器180

六、梯度冷却系统180

七、涡流的影响180

第四节 射频子系统181

一、射频脉冲182

二、射频线圈183

三、射频脉冲发射单元186

四、射频信号接收单元188

第五节 信号采集和图像重建子系统191

一、采样和采样保持192

二、量化和量化误差195

三、信号采集单元的组成195

四、数据处理和图像重建195

第六节 主计算机和图像显示子系统197

一、主计算机及其功能197

二、主计算机系统的组成198

三、主计算机系统中运行的软件203

四、图像显示205

一、可供利用的生理信号及其获取209

第七节 生理信号检测及控制子系统209

二、生理信号的应用211

三、生理信号检测与控制子系统213

参考文献215

第七章 磁共振成像的线圈技术216

第一节 射频线圈的功能和分类216

一、射频线圈的功能216

二、射频线圈与普通天线的比较216

三、射频线圈的分类217

一、射频线圈的主要指标221

第二节 射频线圈的指标和选用221

二、射频线圈的选用224

第三节 射频线圈的电路和电磁场基础226

一、串联电路的谐振226

二、串联谐振的特点227

三、线圈的等效电阻229

四、毕奥-萨伐尔定律230

五、趋肤效应230

六、集总参数和分布参数231

八、均匀传输线及其匹配232

七、谐振腔232

九、波导235

第四节 信号检测和射频线圈的基本要求236

一、NMR信号的检测236

二、射频线圈的基本要求237

第五节 亥姆霍兹线圈240

一、亥姆霍兹线圈的计算240

二、实用亥姆霍兹线圈举例242

一、螺线管线圈244

第六节 螺线管线圈和四线结构线圈244

二、四线结构线圈245

第七节 管状谐振器247

一、工作原理247

二、管状谐振器线圈的组成248

三、安尔德曼-格兰特线圈249

第八节 笼式线圈253

一、线圈结构与正弦电流分布253

二、笼式线圈的原理255

三、笼式线圈的电路结构255

四、笼式线圈的分析256

五、笼式线圈举例257

第九节 表面线圈259

一、表面线圈的原理259

二、表面线圈的大小和成像深度的关系260

三、表面线圈的改进和发展261

四、表面线圈举例261

第十节 射频线圈的接口263

一、发射器-线圈接口264

二、前置放大器-线圈-RF功放接口266

三、前置放大器的保护和匹配267

参考文献268

第八章 磁共振对比度增强剂270

第一节 概述270

一、图像对比度及其增强270

二、对比度增强剂的定义270

三、对比度增强剂的产生271

四、物质的磁性272

一、弛豫、弛豫率和浓度弛豫率273

第二节 对比度增强剂的信号增强机制273

五、对比度增强剂的构成要素273

二、顺磁性环境中的弛豫率274

三、信号增强机制275

四、金属离子的作用277

五、弛豫的定量描述277

第三节 对比度增强剂的配方278

第四节 对比度增强剂的生物学特性283

一、体内分布283

三、毒性284

二、清除和排泄284

四、渗透性287

第五节 常见对比度增强剂的药剂学288

一、金属盐对比度增强剂288

二、金属赘合物对比度增强剂289

三、生物大分子对比度增强剂290

四、微粒型对比度增强剂291

第六节 对比度增强剂的发展趋势293

参考文献295

二、FID信号及其运动规律296

一、问题的提出296

第一节 脉冲序列的构成、表达和分类296

第九章 磁共振成像术--脉冲序列概述296

三、脉冲序列及其构成298

四、脉冲序列的表达299

五、脉冲序列的分类300

第二节 脉冲序列参数的定义301

一、时间参数302

二、分辨率参数302

三、其他参数303

四、快速成像序列的参数304

第三节 图像对比度与加权305

一、T1值和T1图像对比度305

二、T2值与T2图像对比度306

三、质子密度值与质子密度图像对比度308

四、图像的加权309

参考文献310

第十章 磁共振成像术--常规脉冲序列312

第一节 部分饱和脉冲序列312

一、部分饱和序列的检测原理312

二、部分饱和序列的特点313

第二节 反转恢复脉冲序列314

一、反转恢复序列的时序314

二、激发过程和信号检测原理315

三、反转恢复序列的信号特点316

四、反转恢复序列的改进序列317

第三节 自旋回波脉冲序列320

一、自旋回波及其产生320

二、自旋回波序列的时序及信号强度322

三、自旋回波信号的波形及其影响因素323

四、自旋回波信号的应用324

五、自旋回波序列的图像特征325

六、自旋回波序列族326

第四节 梯度回波脉冲序列329

一、梯度回波及其产生329

二、小角度激励及其应用332

三、梯度回波序列的时序333

四、扰相梯度和相位重聚梯度334

五、梯度回波序列族336

六、梯度回波序列的图像特点和应用337

一、三维成像的概念338

七、梯度回波序列的评价338

第五节 三维成像及其脉冲序列338

二、三维成像的激发特点和扫描带选取339

三、三维成像的序列及其讨论341

四、SNR与三维成像343

参考文献344

第十一章 磁共振成像术--快速成像序列346

第一节 加快扫描速度的常用策略346

一、K空间及其对称性346

二、减少傅里叶行的采样策略348

三、半傅里叶成像策略349

四、长方形FOV或长方形扫描矩阵策略350

五、钥孔成像策略351

六、螺旋扫描策略351

七、辐射扫描策略352

八、减少翻转角的快速成像策略353

第二节 快速自旋回波序列353

一、传统SE序列的数据获取与K空间的对应关系354

二、快速SE序列355

三、多层面快速SE序列357

四、快速SE序列的参数以及对图像的影响358

五、快速SE序列的K空间重组361

六、快速SE序列的图像特征和应用362

七、快速SE序列族362

第三节 快速梯度回波序列363

一、概述363

二、基本GRE序列364

三、去除剩余磁化的GRE(FLASH类)序列364

四、利用剩余磁化的GRE(FISP类)序列365

五、TrueFISP类GRE序列366

六、PSIF类GRE序列367

七、TurboFLASH类GRE序列368

八、快速GRE序列小结373

第四节 回波平面成像序列375

一、概述375

二、EPI序列及其分类376

三、振荡梯度和非振荡梯度377

四、单激发的EPI和多激发的EPI378

五、MS-EPI序列与FSE序列的比较379

六、EPI序列的图像特征及其评价380

第五节 其他快速成像序列381

七、EPI序列小结381

一、GRASE序列382

二、TIR和TIRM序列382

三、STEAM序列383

第六节 快速成像序列的应用384

一、功能成像384

二、扩散成像384

三、灌注成像385

四、心脏成像及实时电影386

五、血管造影387

六、出血的表现387

七、腹部成像388

八、头颅成像388

九、脊柱成像388

十、肌肉骨胳系统成像389

参考文献389

第十二章 磁共振成像术--序列参数的优化391

第一节 参数优化的意义391

一、对比度的影响参数及其优化392

第二节 参数优化的内容392

二、空间分辨率的影响参数及其优化396

三、信噪比的影响参数及其优化398

四、成像区间的影响参数及其优化402

五、参数选择与图像质量的关系402

第三节 扫描方案的制定404

一、扫描时间和扫描效率404

二、脉冲序列的选用404

三、图像质量与扫描时间的关系405

五、扫描方案的优选及其举例406

四、面向目标的扫描406

参考文献407

第十三章 磁共振脑功能成像及其应用408

第一节 脑功能成像的概念408

一、脑功能成像及其特点408

二、磁共振脑功能成像的对比度产生机制409

三、磁共振脑功能成像的方法及其评价409

四、磁共振脑功能成像的发展历程411

第二节 扩散和灌注413

一、扩散413

二、扩散与梯度场的关系及其测量415

三、受限扩散和各向异性扩散417

四、组织的扩散系数及其影响因素418

五、灌注及其测量419

第三节 脑功能成像的生理学和解剖学基础421

一、组织与血液的物质交换422

三、血脑屏障和脑的血液循环422

三、脑的血液动力学423

四、脑血流的调节和神经控制424

五、脑的神经解剖学426

一、指示剂稀释法和造影剂的应用428

第四节 造影剂团块注射法脑功能成像原理428

二、造影剂的检测430

三、NMR信号强度与造影剂浓度的关系433

四、造影剂团块注射法脑功能成像434

第五节 血氧合水平法脑功能成像原理435

一、血红蛋白及其生理学435

二、血红蛋白的磁特性436

三、氧合水平的定义437

四、氧合水平法脑功能成像原理437

六、BOLD加权信号的场强依赖性439

五、氧合水平与NMR信号的关系439

七、信号的时程440

八、氧合水平的图像表现442

九、用BOLD法取得的部分实验结果442

第六节 磁共振脑功能成像的方法444

一、脑功能成像的基本过程444

二、脑功能成像对设备的要求445

三、脉冲序列的选择446

四、序列的血液相关特性447

五、序列的参数选择449

六、新序列的设计452

七、数据处理454

第七节 磁共振脑功能成像的应用456

一、视觉研究456

二、运动研究457

三、听觉研究459

四、语言研究459

五、其他感觉研究461

六、认识研究461

九、癫？评价462

七、手术前定位462

八、化学刺激研究462

第八节 磁共振脑功能成像所面临的挑战463

一、成像场强的挑战463

二、EPI序列的挑战463

三、图像获取方面的挑战464

四、其他挑战464

第九节 脑功能成像术及其发展464

参考文献465

第一节 超导电性的概念469

第十四章 超导电性及其应用469

第二节 超导体的基本性质470

一、完全导电性470

二、完全抗磁性471

第三节 超导材料的主要指标471

一、临界温度471

二、临界磁场472

三、临界电流472

一、超导体的分类473

二、Ⅰ类超导体及其磁特性473

第四节 超导体的分类473

三、Ⅱ类超导体及其磁特性474

四、实用超导体474

第五节 超导电性应用举例474

一、超导磁体475

二、磁悬浮475

三、磁分离475

四、高能物理实验476

五、受控热核反应476

六、核磁共振476

第六节 高温超导体及其进展477

一、超导材料的“温度壁垒”477

七、磁共振成像477

八、超导电子器件477

二、高温超导体的历史回顾478

三、高温超导体研究的重大突破478

四、高温超导体展望479

参考文献480

第十五章 低温物理学和低温流体481

第一节 概述481

一、状态参量482

第二节 低温物理中的基本物理量482

三、理想气体、真实气体和等温线484

二、理想气体的状态方程484

四、气体的临界恒量485

五、物质的相和相变487

第三节 工程热力学基础487

一、热力学系统487

二、制冷介质和制冷系统487

三、热量487

五、热力学函数489

四、热力学基本定律489

六、热力过程490

七、热力循环491

第四节 纯物质的一阶相变492

一、一阶相变的基本特征492

二、纯物质的相图494

三、纯物质的pVT图494

第五节 氦及其性质495

二、氦的用途496

一、氦的来源496

三、氦的两种同位素497

四、氦的气液相变498

五、He4的相图和λ相变498

六、HeⅡ的超导热性和超流动性500

七、小结502

第六节 液氮502

第七节 氦制冷503

一、制冷的一般原理503

二、氦制冷505

三、氦压缩制冷机与磁体冷头的关系507

四、氦的液化508

第八节 低温技术的回顾和展望511

参考文献512

第十六章 低温操作技术513

第一节 液氮、液氦的管理和贮存513

一、液氮和液氦的管理513

二、液氮和液氦的贮存514

第二节 液氦消耗机理518

一、输液率519

第三节 液氦灌装技术519

二、输液管520

三、液氦注入口的封闭521

四、输液的原理523

五、输液的准备523

六、输液注意事项524

七、输液步骤525

第四节 低温真空技术526

二、描述真空状态的物理量527

三、真空度的划分527

一、真空的概念527

四、真空获得设备528

参考文献529

第十七章 匀场和超导磁体的运行530

第一节 磁场的测量530

一、磁场测量仪器530

二、磁场测量方案531

三、高斯计的连接533

四、磁场中心的测定533

二、无源匀场534

一、匀场的概念534

五、磁场方向的确定534

第二节 匀场534

三、匀场线圈和有源匀场536

四、匀场数据的处理538

五、匀场操作步骤538

六、关于匀场方法的讨论538

第三节 超导磁体的内部结构539

第四节 超导线圈的绕制材料542

第五节 超导环境的建立和励磁543

一、超导环境的建立543

二、励磁545

三、最佳电流的概念547

四、持续电流模式547

第六节 超导磁体的电源和持续电流开关547

一、超导磁体的供电装置547

二、持续电流开关549

三、失超的原因551

二、失超的简单过程551

第七节 失超及其保护551

一、失超的概念551

四、失超保护552

五、失超的处理554

第八节 超导磁体的其他组成部分555

一、致冷剂液面检测器555

二、磁化急停单元558

四、氧检测器和应急排风机559

参考文献559

三、失超管559

第十八章 西门子Magnetom系列MRI系统分析561

第一节 Magnetom系列MRI系统概况561

第二节 Magnetom的组成561

一、磁体561

二、数据测量模块562

三、数据处理模块562

四、系统总框图562

第二节 Magnetom的常用设备名563

第三节 测量控制器的组成和功能565

一、CSU的数据通讯方式566

第四节 静态测量控制566

二、加电和启动控制567

三、CSU和“Pre-image ldle”状态568

四、CSU的结构568

五、CSU中断569

六、CCU复位569

第五节 动态测量控制570

一、SCU的功能和结构570

二、CCU的功能和结构572

三、动态测量控制逻辑573

四、SCU和CCU的控制字575

第六节 数据采集子系统576

一、A／D转换过程577

二、A／D转换的控制信号及其时序578

三、数据格式579

第七节 西门子医学图像处理器580

一、图像处理器的结构580

二、图像处理器的单元电路581

三、图像处理器中的数据流584

四、图像生成器的组成和工作流程585

一、梯度灵敏度587

第八节 梯度子系统587

二、梯度放大器的特点588

三、梯度子系统的结构589

第九节 主计算机系统(VAX)及其扫描软件590

一、VAX内核590

二、Q总线591

三、Q总线与外围设备的接口591

四、Magnetom的扫描软件592

参考文献593

第十九章 磁共振成像系统的生物效应594

第一节 概述594

第二节 静磁场的生物效应595

一、温度效应595

二、磁流体动力学效应596

三、中枢神经系统效应598

第三节 梯度磁场的生物效应598

一、梯度场及其感应电流598

三、磁致光幻视599

四、梯度场的有关安全标准599

二、梯度场的心血管效应599

第四节 射频场的生物效应600

一、射频能量的特殊吸收率600

二、辐射“热点”及温度“热点”600

三、射频场对体温的影响601

四、射频场最易损伤的器官602

参考文献602

二、磁场对物质的作用604

一、投射效应604

第一节 铁磁性投射物604

第二十章 磁共振成像的安全性604

三、常见铁磁性投射物605

第二节 体内植人物605

一、体内植人物606

二、体内植人物的安全性606

三、体外铁磁性支持物607

四、金属异物的预检查607

第三节 梯度场噪声608

第四节 孕妇的MRI检查608

参考文献609

第六节 生理信号监测609

第五节 不良心理反应及其预防609

第二十一章 磁共振成像系统的保障体系611

第一节 磁场与环境的相互影响611

一、等高斯线图611

二、磁场对环境的影响611

三、环境对磁场的影响613

第二节 磁屏蔽613

一、磁屏蔽的概念613

二、磁屏蔽的分类614

三、无源屏蔽的效率及其讨论615

四、磁屏蔽材料616

第三节 射频屏蔽617

第四节 冷水系统617

第五节 氦气回收系统618

一、氦气回收装置618

二、氦气的回收619

第六节 其他保证系统619

一、空调系统619

二、不间断电源619

参考文献621

三、空气压缩机621

四、安全监测621

第二十二章 磁共振成像的进展及其发展趋势622

第一节 磁共振成像的进展622

一、快速和超快速扫描622

二、主磁体及其发展趋势624

三、高性能的梯度子系统625

四、对计算机的要求及其网络化趋势627

五、心血管检查的若干进展627

七、介入磁共振629

六、功能成像629

八、岗位培训及考核631

第二节 磁共振成像系统的展望631

参考文献632

附录一 主要符号一览表635

附录二 主要缩写词表637

附录三 物理常数表639

附录四 对核磁共振做出贡献的14位诺贝尔奖得主简介640

附录五 磁共振成像常用词汇647

后记674