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出版者:Springer Verlag

作者:Webb, Graham A. 编

出品人:

页数:2164

译者:

出版时间:2006-12

价格:899

装帧:HRD

isbn号码:9781402038945

丛书系列:

图书标签:

• 磁共振
• 核磁共振
• 物理学
• 化学
• 医学影像
• 材料科学
• 光谱学
• MRI
• NMR
• 科学研究

现代磁共振成像技术：原理、设备与临床应用 本书聚焦于磁共振成像（MRI）领域的前沿进展与核心知识体系，旨在为物理学家、生物医学工程师、放射科医师以及相关领域的研究人员提供一份全面、深入且具有实践指导意义的参考手册。本书结构严谨，内容涵盖从基础物理原理到尖端成像序列设计，再到临床疾病诊断策略的全过程。 第一部分：磁共振成像的基础物理学 本部分是理解和掌握现代磁共振成像技术的基石。我们将从宏观和微观层面，系统阐述驱动MRI成像的全部物理现象。 第一章：原子核自旋与磁矩 详细阐述了氢原子核（质子）的量子力学特性，包括其固有的自旋角动量和由此产生的磁矩。讨论了在静磁场 $mathbf{B}_0$ 作用下，质子进动（拉莫尔进动）的现象，精确推导了拉莫尔频率 $omega_0 = gamma B_0$ 的数学表达式，并讨论了旋磁比 $gamma$ 在不同原子核间的差异。深入分析了宏观磁化矢量 $mathbf{M}$ 的概念，及其在平衡状态下的热力学起源。 第二章：射频脉冲与激发 核心内容集中在如何利用射频（RF）脉冲与原子核进行能量交换，从而将磁化矢量从其平衡位置 $mathbf{M}_0$ 偏转。详细介绍了不同脉冲序列（如90°脉冲和180°脉冲）对磁化矢量方向和大小的影响。讨论了RF脉冲的频率选择性（共振条件）和空间编码特性，并探讨了如何设计具有特定波形和带宽的RF脉冲以实现精确的组织选择性激发，包括梯度回波（GRE）和自旋回波（SE）序列中的RF能量管理。 第三章：弛豫过程与信号衰减 精确描述了激发后的磁化矢量如何恢复到平衡状态的过程，这是形成对比度的物理基础。本书将T1（纵向）弛豫和T2（横向）弛豫过程的物理机制进行了清晰区分： T1 弛豫： 侧重于磁化矢量恢复到 $mathbf{B}_0$ 方向的能量交换过程，探讨了分子运动、晶格相互作用和弛豫时间 $T_1$ 的组织依赖性。 T2 弛豫： 聚焦于横向磁化矢量因核间磁场不均匀性（同质性）导致的去相位过程，推导了 $T_2$ 衰减的指数规律。 有效回波时间 $T_2^$ 与自旋回波 $T_2$： 详尽区分了由系统不均匀性导致的 $T_2^$ 衰减与固有 $T_2$ 衰减，并详细论述了180°脉冲在“回波”形成中如何有效补偿 $T_2^$ 效应。 第四章：梯度磁场与空间编码 系统阐述了梯度磁场在MRI成像定位中的核心作用。梯度线圈的设计原理、磁场线性度要求以及梯度场对拉莫尔频率的调制作用被详细解析。重点讲解了三维空间编码的实现：频率编码（读出）、相位编码和切片选择。对于每个编码步骤，都提供了清晰的数学模型，说明了如何通过梯度强度的变化，将空间位置信息转化为可检测的信号频率和相位信息。 第二部分：成像序列与图像质量控制 本部分将理论知识转化为实际的成像技术，涵盖了现代MRI序列的构建模块、对比度优化以及噪声与伪影的控制。 第五章：经典与快速成像序列 详细介绍并对比了构成现代MRI成像库的基础序列： 自旋回波（SE）序列： 阐述了其在实现高质量 $T_2$ 加权成像中的优势与局限性。 梯度回波（GRE）序列： 深入分析了GRE序列对翻转角（Flip Angle）和回波时间（TE）的敏感性，以及其在快速成像（如GRE-Echo Planar Imaging, GRE-EPI）中的应用。 快速自旋回波（FSE/TSE）： 重点介绍多回波采集技术如何显著缩短采集时间，并讨论了“连锁效应”对图像对比度的潜在影响。 第六章：先进成像序列设计 本章着眼于超越传统T1/T2加权的高级对比度技术： 磁敏感加权（SWI）： 详细解释了利用梯度回波信号的幅度和相位信息来增强低对比度病变（如微出血、静脉结构）的成像技术。 扩散加权成像（DWI）与弥散张量成像（DTI）： 深入探讨了B值（B-value）的选择、扩散系数的计算，以及张量模型的建立，用于量化各向异性（Fractional Anisotropy, FA）和主扩散方向，特别是在神经系统疾病中的应用。 磁共振血管造影（MRA）： 分类介绍非造影剂技术（如TOF和PC-MRA）和增强技术（如DCE-MRA）的原理和适用性。 第七章：图像重建与采集效率 阐述了如何将采集到的 $k$ 空间原始数据转化为可诊断的灰阶图像。重点讲解了傅里叶变换（FT）在重建中的核心地位，以及并行成像技术（如SENSE, GRAPPA）如何通过空间冗余信息加速数据采集，并讨论了由此引入的并行性伪影的处理。 第八章：图像质量、噪声与伪影管理 本章是保障诊断准确性的关键。系统分析了影响图像质量的主要因素： 信噪比（SNR）与空间分辨率的权衡： 阐述了两者之间基于体素大小和采集时间的物理关系。 常见伪影分析： 详尽分析运动伪影（周期性与非周期性）、化学位移效应、磁敏感伪影、截断伪影（走样）的物理成因，并提供了现场操作中缓解这些问题的实用策略。 第三部分：硬件、系统与未来方向 本部分将视角转向磁共振系统的工程实现和新兴的研究领域。 第九章：磁共振成像系统硬件构成 从工程角度剖析了高场强（如3.0T及以上）MRI系统的核心组成部分： 主磁体系统： 讨论了超导磁体的工作原理、液氦冷却、磁体装场与校准要求。 梯度系统： 详述了梯度功耗、装载限制（如Slew Rate）以及高频梯度在快速序列中对患者感知的挑战。 射频系统： 深入分析了发射和接收线圈的设计，包括体线圈、表面线圈（Coil）与先进的相控阵（Phased Array）技术，及其对信噪比的局部提升作用。 第十章：专业成像技术与应用拓展 探讨了MRI在特定生理和功能成像中的前沿应用： 功能磁共振成像（fMRI）： 侧重于BOLD（血氧水平依赖）效应的物理机制，以及事件相关设计与固定状态设计的对比。 磁共振波谱分析（MRS）： 阐述了如何通过抑制水信号，直接测量特定代谢物（如Cho, Cr, NAA）的浓度，用于肿瘤和神经退行性疾病的生化评估。 新兴技术展望： 对超高场（7T以上）MRI在提高分辨率和灵敏度方面的潜力，以及AI/深度学习在图像重建、降噪和自动分割中的集成趋势进行了前瞻性分析。 结论： 本书旨在提供一个从基础物理到复杂应用场景的完整知识框架，确保读者不仅能操作现代MRI设备，更能理解其背后的物理限制与技术优势，从而最大化成像序列的诊断价值。

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