《头颈影像学精要》（意）卢卡·萨巴（LucaSaba）原著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《头颈影像学精要》

【作　者】（意）卢卡·萨巴（LucaSaba）原著

【丛书名】国际经典MRI译著丛书

【页 数】 804

【出版社】 北京：中国科学技术出版社 , 2020.06

【ISBN号】978-7-5046-8621-3

【分 类】头部-疾病-影像诊断-颈-疾病-影像诊断

【参考文献】 （意）卢卡·萨巴（LucaSaba）原著. 头颈影像学精要. 北京：中国科学技术出版社, 2020.06.

图书封面：

图书目录：

《头颈影像学精要》内容提要：

本书引进自Tamp;F出版集团旗下CRC出版公司，是在国际范围内本学科经典之作。由国际著名专家执笔，内容全面深入，配以大量高清图片，详细讲解了头颈部影像学的基本原理和应用，特别是现代高分辨率B超和彩色多普勒、核磁技术。本书以图谱形式系统讲解了各种头颈部病变影像学特征，编排体例独特，读者可以分别浏览图片内容和查阅诊断结果。本书对于头颈外科医师、颌面部外科医师、放射科医师、内科医师和其他相关专业医师具有重要的参考价值。

《头颈影像学精要》内容试读

Chapter 1

磁共振成像的历史溯

目录CONTENTS

源与物理原理

一、历史/2

二、磁共振的基本原理/6

三、MR的基本原理/18

History and Physical

Principles of Magnetic

Resonance Imaging

Michael E.Hayden Pierre-Jean Nacher,

李鸣歌，译

脑部及头颈部影像学精要（附成像原理与基础）】

Image Principles,Neck,and the Brain

1973年，磁共振成像(MRI)被广泛地引入

科学界，当时Paul C.Lauterbur发表磁共振(NMR)可以反映氢原子核是在一对充满水的玻璃毛细管

中的图像四。该效应的一维(1D)投影首先通过

一个程序获得，该程序涉及将静电磁场梯度应用

到样品，将NMR频率映射到放射源位置。一系

列的一维投影通过不同梯度方向获得，然后结合重建一个二维图像，如图1-1所示。

一种新成像方式的新术语

▲图1-1P.C.Lauterbur进行第一次MRl实验的基本

Lauterbur创造了术语zeugmatogram,用

原理川

来描述他的磁共振成像。这个词来源于希腊

图中显示了两个与z轴平行的物体（充满水的毛细血管）

语geUyμa(zeugma),意思是“那些用于连接

以及它们在y平面上的投影，沿不同方向施加的磁场

的”，指的是利用静态磁场梯度来定位样品对

梯度导致磁共振响应以频率扩散，产生反映水分布的一维投影（蓝色曲线）。然后将沿着不同梯度方向（用红色

振荡磁场响应的方式。类似的一维磁共振成

箭指示)获得的多个投影，组合起来重建二维图像。插

像方法早在1952年就已经被证实了四，并在

图为两个内径为lmm的充满水的毛细血管的Lauterbur

1956年用于发现液态He4He混合物在低温

磁共振图像（引自Lauterbur,P.,Nature,.242,190-

下的相位分离)。然而，是Lauterbur将该方

191,1973,经Nature Publishing Group许可转载)

法扩展到了二维，并认识到了其在软组织成

个领域的重要贡献。书中随后介绍了磁共振的

像方面的潜力。或许最著名的一维磁共振成

基本物理原理，这些构成了理解上述“磁共振

像比Lauterbur在1973年发表的论文还早1年，

效应”的基础。再者，这里的方法也很简单。

与康奈尔大学的另一项在纯液体H©中的低

鼓励有兴趣的读者查阅一些关于这一主题的优

温变相研究有关⑨。该报道的四位作者中有

秀和广泛的专著5。最后，介绍了磁共振图像

三位因在3He中发现超流体而获得1996年诺

生成本身的基本原理。这些主题中的许多内容

贝尔物理学奖。

在随后的章节中有更详细的介绍，但感兴趣的

尽管Zeugmatography这个术语的含义尚

读者还可以在文后更专业的参考文献中找到有

不明确，但MRI所阐释的范畴则完全不同。

关基础物理的有价值的附加信息-。

Lauterbur简单而有见地的演示引发了一系

“、历史

列科学、工业和临床活动，这些活动自那时起对工业化国家的医学实践和交付产生了深远的

磁共振(MR,旧称NMR)的基础是在20

影响。其成果的不断延伸推动了神经科学的革

世纪40年代奠定的，当时的实验设计旨在直接

命性进展，使我们对已有认知有了新的理解。

检测磁场中核磁矩的进动161)。这些涉及液体

本章从追溯MRI的历史入手，介绍了磁共

和固体中氢原子的实验是建立在20世纪30年

振领域的根源及发展至今的主要历程。

代哥伦比亚大学的工作基础之上的。在那里，

这是一个比书中几页纸的描述更加丰富和

由Isidore I.Rabi领导的一个小组展示了振荡磁

细微的故事，我们的叙述当然忽略了许多对这

场可以用来在分子束中诱导锂和氯原子的核自

2

Chapter1磁共振成像的历史溯源与物理原理

History and Physical Principles of Magnetic Resonance Imaging

旋态之间的跃迁。Rabi的开创性实验反过来又采用了与20世纪20年代由Otto Stern和

Walther Gerlach在法兰克福开发的类似的自旋态选择和检测技术，这与他们使用银原子束的自旋量化的开创性发现有关20。

Rabi在1938年对一束独立分子的磁共振观

I.I.Rabi

C.J.Gorter

Y.K.Zavoisky

测扩展到固体和液体样品，这被Edward M.Purcell

经诺贝尔基金会、Eddy de Jongh和世界科学许可转载

和Felix Bloch在1945年成功地、独立地并且基本上同时完成了。这些实验的一个关键特征是，它们都采用了直接电磁检测技术来解决共振问题。在麻省理工学院(MT)放射实验室，Purcell、.

Torrey和Pound在一个腔中使用了1L固体石蜡，将共振调到30Mz。他们观察到，当静态磁场扫过

F.Bloch

E.M.Purcell

“一个极其尖锐的共振”时，整个空腔的射频(RF)

经诺贝尔基金会许可转载

信号振幅发生了0.4%的变化：质量系数的降低归因

于与H原子核自旋驰豫相关的能量耗散。与此同

1946年初，两个独立的小组报告了第

时，在斯坦福大学，Bloch、Hansen和Packard在

次对固体和液体进行的真正成功的磁共振实验617。其中一个小组由斯坦福大学的Felix

7.7MHz的1.5cm水样上进行了类似的实验。他

们使用了两个正交的射频线圈：当水质子(H原

Bloch领导。Bloch于1928年获得Leipzig大学博士学位。他于1933年离开德国，搬到斯

子)的原子核被发射线圈共振激发时，接收线圈

坦福大学，在那里度过了他的大部分职业生

检测到射频功率网。虽然Rabi的工作对于磁共振

涯。在第二次世界大战后期，他在哈佛无线

的初步演示至关重要（他于1944年获得诺贝尔物

电研究实验室工作，研究反雷达措施，并熟

理学奖“因其记录原子核磁特性的共振方法”)，

悉电子技术的现代发展。另一个小组由麻省

但Bloch和Purcell的概念和技术飞跃确实为现代

理工学院的Edward M.Purcell领导。Purcel

NMR和MRI的发展奠定了基础。

于1938年获得哈佛大学博士学位。他在麻省理工学院放射实验室度过了战争年代，在那

早期的尝试和最初的成功

里他受到Rabi的影响，并为雷达和各种微波技术的发展做出了贡献。1945年，他回到哈

1936年，位于莱顿的Cornelius J.Gorter

佛，在那里度过了他的余生。Bloch和Purcell

发表了第一次试图观察固体中的核自旋转变

因开发了核磁精密测量的新方法和与之相关

的报道。那次实验失败了，正如后来他

的发现获得了1952年诺贝尔物理学奖。

在1942年的一篇论文中所描述的那样2四。

Gorter第二篇论文包含了第一篇发表的关于

现代磁共振工具箱的最后一个关键组成部

磁共振的参考文献，他将这一术语归功于

分是由Henry C.Torrey和Erwin L.Hahn独立提

Rabi。与此同时，Kazan和Yevgeny Zavoisky

供的3,2，他们证明了脉冲磁共振的可行性（想

也未能可靠地检测固体和液体中的磁共振转

法最初由Bloch提出的2阿)，并观察到自由拉莫

换，但在1944年发现了电子自旋共振(ESR)。

进动。Hahn进一步使用脉冲NMR来产生和观

3

脑部及头颈部影像学精要（附成像原理与基础）

Image Principles,Neck,and the Brain

察自旋回波2

60年代，他引进了傅里叶变换磁共振波谱2。

在接下来的20年里，磁共振技术作为一种

1975年，他意识到，当获取磁共振信号时，通

强大的研究工具，在物理学的许多领域，甚至

过应用开关磁场梯度，可以生成二维或三维磁

在化学领域，得到了发展。原子核对分子中电

共振图像，然后使用傅里叶变换方法，这是现

子环境的敏感性(“化学位移”)和自旋·自旋相

代MRI重建的主要方法B。

互作用最初被核物理界的人视为这项技术的干

在20世纪70年代，MRI的研究主要局限于

扰特征。然而，通过发现Purcell组中的3个乙

学术实验室，其中大部分在英国。这一时期的标

醇峰，磁共振光谱在分析研究中的巨大潜力很

志是一系列重要的演示：人类手指(1975年)、

快就被揭示出来了2。虽然在细胞和组织中，

手(1976年)、胸部(1977年)和头部(1978年)

甚至在人类活体受试者2和全部动物29中，有

的原始首个活体图像。1980年，阿伯丁大学John

大量关于水的松弛、弥散和交换的研究，但磁共

Mallard小组的博士后研究员William Edelstein实

振的早期应用几乎都不是医学上的。

施了自旋扭曲（或傅里叶）成像，并获得了第一

如上所述，MRI于1973年由Lauterbur发

张临床有用的人类受试者图像两。这个时期，

表了真正的磁共振图像（图1-1），该图像是根

MRI的商业投资已经开始紧张，临床试验也在推

据在不同方向应用磁场梯度时获得的一维投影

进。1983年，东芝和西门子将第一台商用磁共振

重建而成四。此后不久，诺丁汉大学的Peter

扫描仪推向市场，分别配备了0.15T(电阻式)

Mansfield独立地介绍了高效图像生成的关键方

和0.35T(超导)磁铁。与此同时，通用电气(General

法，包括切片选择B0和快速“快照”采集方案，

Electric)(目前领先的制造商之一)招募了包括

其中整个二维图像可以在几十毫秒内获得B。

Edelstein在内的几位该领域的先驱。1985年开始

销售第一台1.5T全身临床MRI系统。

关键贡献的确认

在过去的30年里，MRI检查已经成为常

规诊断程序。2013年，全世界的操作扫描仪数

Richard R.Ernst:开发了傅里叶变换方法，

量估计超过3万台，每年进行的检查数量超过

为现代MRI铺平了道路。他获得1991年诺贝

1亿次（图1-2A)B5,36。这些系统不断增长的

尔化学奖，因“对高分辨率磁共振光谱法的发

可用性和性能促进了应用程序的显著和持续增

展贡献”。Paul C.Lauterbur和Peter Mansfield

长，这可以通过统计有关MRI的出版物数量（图

因“他们对磁共振成像方面的发现”而获得

1-2B)等得到证明。

2003年诺贝尔生理学或医学奖。

当前MRI技术最明显的趋势之一是向大型

3T系统安装基地的协调发展，特别是在神经成

像方面。其中一些扫描仪现在甚至被作为混合或双模成像系统交付使用，例如正电子发射断

层扫描和MRI的组合（见第19章）。将MRI的

软组织成像能力与介入性手术（如磁共振引导

R.R.Ernst

P.C.Lauterbur

P.Mansfield

的聚焦超声手术)相结合也越来越受到人们关

经诺贝尔基金会许可转载

注（见第18章）。另一个重要趋势是图像采集加速。后者的好处包括减少运动或血流伪影、

苏黎世瑞士联邦技术研究所的Richard Ernst

捕捉解剖运动的能力（如心脏成像所需）、缩短

对MRI做出了另一项早期的重要贡献。20世纪

患者的扫描时间以及更经济高效地使用高需求

4

Chapter1磁共振成像的历史溯源与物理原理

History and Physical Principles of Magnetic Resonance Imaging

资源。利用MRI数据固有的空间和（或）时间

这一商业产品彻底改变了化学。该公司成立于

冗余的稀疏采样（或压缩传感）概念正在推动

1948年，有意在斯坦福附近选址，Bloch团队

改进。它们由线圈阵列周围建立的并行采集

的Martin Packard随后不久加入该公司。从那时

方案提供帮助，线圈阵列可直接访问空间信息，

起，该领域的技术发展主要由工业推动。同样，

从而进一步实现图像数据的抽样B83。

在MRI的案例中，一旦该技术的临床潜力得到

另一个有前途的举措是在超极化领域。磁

认可，商业利益就推动了必要的技术发展。整

共振探针的灵敏度直接与外加磁场中核自旋的

个20世纪80年代，包括通用电气、皮克、东芝、

方向或排列相耦合。在室温下，任何实验场中

西门子和日立在内的多家公司投入巨资进行研

原子核的净平衡校准（或极化）都是极小的。

究和开发，并促进了图像的临床评估。到了20

1950年，Alfred Kastler预测这种极化可以通

世纪90年代，在工业化国家，磁共振检查已经

过“光抽吸”来增强0。到20世纪60年代，

非常普遍。时至今日，提供磁共振成像服务的

这种效应已经在磁共振实验中得到证实，并

设备数量仍以惊人的速度增长，扫描时间缩短，

且在1966年，Kastler因发现和开发研究原子中

扫描质量和分辨率持续提高。

Hertzian共振的光学方法获得了诺贝尔物理学

有人认为，MRI作为一种临床成像方式的

奖。许多这样的技术现在能够诱导特定核的磁

快速发展得益于其发明的时机)。如果早在20

共振信号强度增加到百万倍，包括光抽运1，网、

年前提出这个想法，那么必要技术的关键组成

动态核极化)和对氢激发极化。这些方法所

部分就根本无法得到。特别是，快速计算傅里

提供的增强在处理低密度或低浓度的核时是至

叶变换的需要将带来巨大的挑战。然而，如果

关重要的，如在处理肺部气体的MRI(见第10

这一想法在20年后被提出，对新成像方式的需

章和第13章)、代谢物中的1℃核s、注射的

求肯定会大大减少。到那时，基于良好控制的

Si纳米粒子47,4或“笼状”129Xe9,50时

电离辐射（如计算机断层扫描仪）的成像方式

回顾过去，磁共振的发展速度和程度是非

已经发展到了这样一个阶段，再试图说服放射

常显著的。瓦里安公司在磁共振从实验室项目

科医生和医疗设备制造商投资于一项全新的、

快速转化为商业产品的过程中发挥了关键作用，

完全未经证实的技术时会遇到重大障碍。更重

60000

可操作MRI

美国·

新文章数量

00

10000

装置数量

0⊙

40000

5000

日本

20000+

00000000000g

+1420/年

十

十

十

1980

1990

2000

2010

1980

19902000

2010

年

A

B

▲图1-2美国和日本按年份进行MR检查的数量及MR!出版物数量

A.按年份划分，两个主要国家的可操作MRI装置数量阿：B.某一年发表的提及“MRI”

或“MR成像”或“磁共振成像”的文章数量（数据引自Thomson Reuters科学引文索引服务网站数据，2014年)

脑部及头颈部影像学精要（附成像原理与基础）

Image Principles,Neck,and the Brain

要的是，自20世纪80年代以来，监管环境发

使用磁共振的经典图片。但是，为了说明解释

生了很大变化。现在，获得安全审批所需的证

这一图片，我们从本节的“自旋：量子特性”

明水平如此之高，以至于如果今天提议进行

开始，快速浏览核自旋动力学的几个量子力学

MRI,即使有投资者，也几乎没有投资者愿意为

方面。然后接下来的“经典磁化动力学”给出

其发展提供资金。

了该问题的经典处理方法，最后引出“不可逆性：

Bloch方程”中Bloch方程的陈述。

二、磁共振的基本原理

1.自旋：量子特性

电子、质子和中子等粒子以其聚集和电荷

磁共振本质上是一种量子力学现象。它涉

为特征。它们还具有“自旋”，一种与固有角动

及微观物体（原子核）的动力学，这些微观物

量有关的完全量子力学性质。这个角动量与物

体的行为符合量子力学看似奇怪的（但很好理

理旋转毫无关系。自旋角动量是一个类似矢量

解的)定律。幸运的是，人们不需要有多年的

的量，它有三个空间分量，可以以不同的方式

量子力学研究背景以领会和理解MRI的基本要

定向。同时，它不同于普通的几何矢量。旋转

素。原因是MRI总是用来探测宏观物体，涉及

的总“量”（箭头的长度）是固定的，不能更改。

大量原子核。这些原子核的集合体行为通常会

此外，只允许所有可能方向的子集变动。更准

冲掉量子力学的奇异之处，留下一些与经典力

确地说，当角动量的分量S,在任何特定方向上

学中常见的问题相似的东西：地球引力场中旋

测量时，只观察到离散或“量化”的值。对于

转的陀螺的进动。它导致了对核动力学的简单

自旋1/2粒子（例如电子、质子或中子），只有

而有力的数学描述，精确地预测了许多实验的

两个值是可能的：S=士方/2，其中是普朗克常

结果。从这个意义上讲，它常常为发展直觉和

数h除以2r。奇怪的是，这小于粒子的总自旋

解释实验结果提供充分的基础。

角动量(S=√3n2)。依靠箭头和锥体旋转和旋

不幸的是，对于许多初学者和实践者来说，

转状态的图示在MRI中很常见，但最好谨慎观

他们通常忽略了一个事实，即磁共振动力学的

察。当受到仔细的审查时，它们没有一个是完

经典图像只是一个类比，它不是微观尺度上对

全令人满意的。

动力学的正确描述，而且它可能会导致对基础

自旋粒子具有磁矩m=Y方S。在这里，比例

物理无意义的解释。在一些流行的网站上可以

常数Y被称为旋磁比，具有磁矩的每个粒子都具

找到类比过多的例子，这些网站声称用玩具陀

有特征旋磁比。因此，即使电子、质子和中子都

螺或“旋转带电核”的图片来解释磁共振。根

是自旋1/2粒子，它们也有不同的磁矩（表1-1）。

据经验，当遇到这样的道具时要小心。

因为磁共振的大多数应用都涉及自旋为1/2的原

下面我们将两部分进行讲解。首先讨论了

子核，这是下面唯一要考虑的情况。也就是说，

影响核自旋动力学的关键因素，得出了一组包

在许多重要的情况下，磁共振与具有更高自旋

含经典描述问题本质的现象学方程，这些就是

值的原子核结合使用，由此产生的自旋动力学

,著名的Bloch方程。接下来，再介绍实践者与样

特征相应地更复杂。

品中原子核互动的各种方法，包括诱导集体运

当外磁场B作用于具有磁矩的原子核（或

动和检测产生的反应。

粒子)时，就会发生相互作用。原子核的能量变化量为一m·B,其中标量（或点）积“·”

(一)Bloch方程和磁共振动力学

表示m相对于B的方向。在B方向上有自旋角

为了符合这本书的精神，这一章的大部分

动量分量士2的原子核的两个态之间的能量

6

···试读结束···