李玲 余后強

摘要：MRI實驗教學(xué)在部分高校中是不可或缺的，但是隨著MRI成像的高速發(fā)展，也慢慢突顯出傳統(tǒng)實驗的不足和弊端。該文針對MRI教學(xué)在原理、結(jié)構(gòu) 、功能，及在專業(yè)教學(xué)和人才培訓(xùn)中的應(yīng)用做了詳細闡述。利用GY-3DNMR-10三維核磁共振成像教學(xué)儀、MRI圖像處理軟件和醫(yī)院捐贈的MRI設(shè)備來完善MRI實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：磁共振成像教學(xué)儀；MRI實驗；磁共振教學(xué)改革

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）06-1259-04

On the Teaching Experimental Investigation of

LI Ling1， YU Hou-qiang2

（1.Department of Biomedical Engineering， Hubei University of Science and Technology， Xianning 437100， China； 2. Department of Mathematics and Statistics， Hubei University of Science and Technology， Xianning 437100， China）

Abstract： It is essential of MRI experiment teaching in some universities， but with the rapid development of MRI imaging， it also highlights the shortcomings of traditional experimental slowly and disadvantages. Aiming MRI teaching in principle， structure， function， and application in teaching and training in a detailed elaboration. Use GY-3DNMR-10 three-dimensional magnetic resonance imaging teaching instrument， MRI image processing software and hospitals donated MRI MRI equipment to improve experimental teaching.

Key words： MRI imaging device； MRI experiment； MRI teaching reform

《MRI原理與設(shè)備》是一門交叉學(xué)科，是20世紀(jì)80年代初期發(fā)展起來的影像診斷技術(shù)，屬于典型的高新技術(shù)。目前是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像診斷、醫(yī)學(xué)物理學(xué)及生物醫(yī)學(xué)工程等相關(guān)專業(yè)的必修專業(yè)課之一。MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）是目前醫(yī)院常用的檢查手段之一，和超聲成像、X射線成像及核醫(yī)學(xué)成像并稱為四大影像。MRI具有多參數(shù)成像、多方位成像、無輻射、針對軟組織分辨力高及組織特異性強等優(yōu)點[1-2]。

目前，在MRI領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新技術(shù)，而這些技術(shù)都是醫(yī)工結(jié)合的有力證明。由于我國臨床醫(yī)生缺乏MRI的理論知識，又沒有臨床工程師的支持，就導(dǎo)致了我國在MRI的臨床應(yīng)用和科學(xué)研究方面落后的面貌，和國外發(fā)達國家相比，我們對MRI的利用率非常低，MRI的很多功能也得不到有效的開發(fā)利用。要改變這種落后的面貌，一方面，我們要大力培養(yǎng)MRI的臨床工程師；另一方面，我們也應(yīng)該對MRI的臨床醫(yī)生進行MRI的理論和方法的培訓(xùn)，從而更有效的應(yīng)用MRI設(shè)備[3-5]。

1 傳統(tǒng)MRI實驗的不足

目前許多相關(guān)院校開設(shè)的核磁共振實驗項目一般都是采用傳統(tǒng)的掃場法進行的。由于射頻是一直施加的，因此激發(fā)頻率為一個單一的值，因此很難觀察MRI現(xiàn)象。整個信號控制和數(shù)據(jù)處理都是模擬的，沒有三維梯度的概念，因此不能進行二維MRI成像，更不能有三維MRI成像。磁共振實驗設(shè)備不能滿足我們當(dāng)前對學(xué)生培養(yǎng)的目的。

2 優(yōu)化的實驗內(nèi)容

建設(shè)MRI成像技術(shù)實驗室，需要一臺醫(yī)用MRI成像設(shè)備?，F(xiàn)在實驗室購進GY-3DNMR-10三維核磁共振成像教學(xué)儀，并接受了醫(yī)院捐贈的磁共振設(shè)備，并配以磁共振軟件設(shè)計。在實驗教學(xué)中，筆者把實驗主要分為MRI原理、MRI結(jié)構(gòu)組成和MRI圖像處理。真正做到實踐和理論相結(jié)合。

2.1 MRI實驗原理

在磁共振教學(xué)中，我們實驗室利用GY-3DNMR-10三維核磁共振成像教學(xué)儀器，達到前所未有的教學(xué)效果。

已經(jīng)開發(fā)出的實驗：磁共振信號、磁共振一維成像、二維成像、三維成像、測量橫向弛豫時間和測量縱向弛豫時間。上述實驗可以滿足MRI原理實驗教學(xué)的需要。在實際實驗過程中，可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)不同選擇不同的實驗內(nèi)容[6-8]。

2.1.1 實驗儀器系統(tǒng)構(gòu)成

GY-3DNMR-10三維核磁共振成像教學(xué)儀器由恒溫磁體、主機、電源、計算機、及處理顯示軟件組成。恒溫磁體由恒溫器、磁體、梯度線圈、射頻探頭線圈組成。主機由DDS（數(shù)字直接合成器）、射頻功率放大器、正交檢波接收機和控制主機（包括A/D轉(zhuǎn)換、D/A梯度控制器、脈沖控制器）、以及通訊接口組成。電源由梯度放大器、直流電源組成。如圖1所示。

圖1 GY-3DNMR-10系統(tǒng)框圖

2.2 部分已開發(fā)出的實驗內(nèi)容

2.2.1MRI信號

1）用計算機軟件或示波器觀察自由衰減信號（FID信號）

用第一脈沖進行觀察。我們用電腦）進行觀測。觀察波形變化，目的使FID信號衰減最慢。運行軟件第一步就是共振頻率設(shè)置。按下“參數(shù)設(shè)置”頁面，選擇你所連接的串行口然后按下“自動采集”出現(xiàn)采集的信號圖及傅立葉變換的頻譜圖，同時出現(xiàn)閃動的“采集”字樣如圖2。

圖2 頻率設(shè)置界面

2）調(diào)節(jié)勻場

在磁場中放入裝有純水溶液的樣品管，分別調(diào)節(jié)電源上勻場調(diào)節(jié)電位器，同時調(diào)節(jié)軟件中的XY勻場至傅立葉頻譜中峰最尖銳最高信號最長。在自動采集過程中調(diào)試共振頻率，達到理想狀態(tài)的FID信號。如圖3所示，說明信號的頻率是采樣率的倍數(shù)（混疊現(xiàn)象）調(diào)節(jié)共振頻率。

2.2.2一維成像、二維成像和三維成像

1）一維成像

磁共振成像是利用磁共振的共振頻率嚴格正比與磁場這基本規(guī)律，采用梯度磁場達到不同空間位置對應(yīng)不同共振頻率，從而完成核磁共振成像。

將注油三孔樣品放入探頭中，觀察自由衰減信號及其頻譜，逐漸加大梯度場觀察信號及頻譜的變化。調(diào)偏Z勻場調(diào)節(jié)使峰變寬變低，同時出現(xiàn)Z軸線上投影的一維成像信號。調(diào)節(jié)Z梯度和工作頻率，使得信號頻譜占半個屏幕同時在中間如圖4。

圖4 Z梯度空間頻率編碼一維成像

2）二維成像

所以按下“成像記錄及操作”和“記錄”，記錄結(jié)束后，按下“二維傅立葉變換”，調(diào)節(jié)“行選擇”可以看到每一列可以得到二維圖像。

圖5 三孔芝麻油二維圖像

3）三維成像

放入三維結(jié)構(gòu)的物體如含水中氣泡的有機玻璃試管，然后根據(jù)說明書操作進行三維采集，采集結(jié)束后按三維富里葉變換后就可以進行不同方向切面觀察物體，同時與實物進行對比。

2.3 MRI圖像處理

利用MRI圖像處理軟件，可以對現(xiàn)有二維MRI圖像進行三維重建，并可以對相應(yīng)感興趣區(qū)有選擇性的分割。結(jié)合常用分割方法講解對應(yīng)的算法和軟件模型。比如對MRI肝臟的分割過程。分割部分界面如圖6所示。

圖7 運行過程界面

完成了MRI完整肝臟組織的提取。下圖為分割所得的肝臟圖像。如圖8所示。

圖8 最后分割所得MRI完整的肝臟圖片

圖像分割的準(zhǔn)確性直接影響后續(xù)計算機輔助診斷的有效性，因此，圖像分割在圖像處理方面具有重要意義。

2.4 MRI儀器組成和作用

目前利用醫(yī)院捐贈的永磁和超導(dǎo)MRI機，帶領(lǐng)學(xué)生認識MRI機的組成以及每個組成部分的原理和作用，并根據(jù)需要，可以選擇拆卸設(shè)備，讓學(xué)生比較容易的掌握MRI的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成。并有專業(yè)老師配以原理的講解，分為永磁、常導(dǎo)和超導(dǎo)三種類型MRI重點分析其區(qū)別和結(jié)構(gòu)組成，為深入學(xué)習(xí)MRI的原理奠定基礎(chǔ)，并為培養(yǎng)臨床工程師打下堅實的基礎(chǔ)。

3 討論

實驗根據(jù)培養(yǎng)我國MRI專業(yè)且合格的物理師、技師和工程師的要求做出了調(diào)整。由于在醫(yī)院，技術(shù)人員只能按照公司設(shè)定或醫(yī)生指定的序列完成掃描，無法針對特定的問題做出應(yīng)變，更不要說設(shè)計序列和參數(shù)了，所以說，目前為止，國內(nèi)具備核磁共振專業(yè)水平的高等院校很少，具有條件集中和專門訓(xùn)練MRI物理師、MRI技師和MRI臨床工程師的高校更是缺乏，所以國內(nèi)高校只有改變這種人才培養(yǎng)的局面，才能使我國能夠跟上核磁共振技術(shù)的發(fā)展步伐。

在兩年的實驗教學(xué)中，和以往相比，提高了教學(xué)效率，學(xué)生的理論課堂和實驗課堂興趣都有較大提高。在實驗課堂中，學(xué)生根據(jù)實驗部分，自行動手連接各實驗儀器，并可以親自拆卸醫(yī)院捐贈的設(shè)備，提高了他們的動手能力。部分選做內(nèi)容的設(shè)計，滿足了不同實驗?zāi)芰Φ膶W(xué)生對學(xué)習(xí)的需求。

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