磁共振成像設備與融合應用2016年第一頁，共61頁。磁共振成像設備與融合應用付海鴻

中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院北京協(xié)和醫(yī)科大學（清華大學醫(yī)學部）北京醫(yī)學會放射技術分會主任委員

中華醫(yī)學會影像技術分會候任主任委員---醫(yī)用人體磁共振成像39周年紀念2016年貴州省醫(yī)學會放射與影像技術學術交流會貴州貴陽2016年6月4-5日第二頁，共61頁。

成像歷史設備現(xiàn)狀

融合應用主要內容HaihongFu2016年貴州省醫(yī)學會放射與影像技術學術交流會貴州貴陽2016年6月4-5日第三頁，共61頁。PaulLauterbur(保羅·勞特布爾)出生1929年5月6日

美國俄亥俄州悉尼逝世2007年3月27日

Urbana，伊利諾斯居住地美國國籍美國研究領域化學家、物理學家、生物學家任職于紐約州立大學石溪分校伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校梅隆工業(yè)研究學院（今天的卡內基·梅隆大學的一部分）母校凱斯西儲大學（理學士）匹茲堡大學（博士）著名成就在磁場中引入梯度，使得我們能夠確定研究體中的原子核所發(fā)射出的無線電波的源頭，從而依靠這些空間信息得到二維的磁共振圖像獲獎2003年74歲時榮獲諾貝爾生理學和醫(yī)學獎磁共振成像技術的開拓者第四頁，共61頁。Lauterbur’sfirstpublishedMRimagesacquiredattheStateUniversityofNewYorkatStonyBrook(from

Nature

1973;242:190-191).第五頁，共61頁。PeterMansfield(彼得·曼斯菲爾德)出生1933年10月9日

英國，蘭貝斯，倫敦國籍英國研究領域物理學家任職于伊利諾伊大學，英國諾丁漢大學母校倫敦大學瑪麗皇后學院著名成就核磁共振1、展示了磁共振成像中的無線電信號能夠應用數(shù)學的方法進行分析，同時使用圖像對無線電信號進行解釋說明。2、發(fā)明核磁共振快速成像的方法和序列—平面回波成像（EPI）序列獲獎英國皇家學會院士（1987）封爵（1993）2003年70歲時榮獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎磁共振成像技術的開拓者第六頁，共61頁。出生1936年3月16日，美國，紐約居住地美國國籍美國研究領域醫(yī)學、物理學家任職于FONAR公司母校威斯康星大學麥迪遜分校阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)學院著名成就1、提出：探測組織中癌癥的裝置和方法2、專利：利用弛豫時間的不同來鑒別腫瘤組織和正常組織3、預言磁共振技術在醫(yī)學領域的重要作用4、研發(fā)成功第一臺人體磁共振成像儀5、研發(fā)成功磁共振兼容的心臟起搏器獲獎國家技術獎章國家發(fā)明家名人堂Lemelson-MIT獎

鮑爾獎生物科學創(chuàng)新獎RaymondVahanDamadian(雷蒙德·瓦漢·達曼迪安)磁共振人體成像設備的開拓者第七頁，共61頁。In1969,firstproposetheMRbodyscanner.In1971,Discoveredthat

tumors

andnormaltissuecanbedistinguishedinvivoby

NMRbecauseoftheirdifferentrelaxationtimes.Paper:“Tumordetectionbynuclearmagneticresonance.”Science171:1151-1153InFeb.5,1974,receivedthefirstpatentinthefieldofMRIwhenhepatentedtheconceptofNMR

fordetectingcancerafterfilinganapplicationinMar.17,1972.第八頁，共61頁。In1977,RaymondDamadian'sApparatusandmethodfordetectingcancerintissue.FirsthumanMRIbodyscanOnJuly3,1977,thefirstMRIbodyexamwasperformedonahumanbeing.Ittookalmostfivehourstoproduceoneimage,whichwasnevermadeapracticallyusablemethodandhasneverbeenusedinwhatisconsideredMRimagingasweknowittoday.1977年7月3日第九頁，共61頁。TheFirstTransverseHeadImage

In1978,HughClowandIanR.Young,workingattheBritishcompanyEMI,reportedthefirsttransverseNMRimagethroughHughClow’shead.HughClow（休·克洛）、IanR.Young（伊恩R.楊）ClowH,YoungIR.Britain‘sbrainsproducefirstNMRscans,NewScientist1978;80:588,baseduponproton-densitydifferences.laterupondifferencesinT1-weighting.磁共振人體成像設備的開拓者第十頁，共61頁。Rabi發(fā)明了研究氣態(tài)原子核磁性的共振方法。Bloch&Purcell發(fā)現(xiàn)宏觀磁共振現(xiàn)象1946Mansfield發(fā)明了平面回波EPI序列1976Frahm&Haase發(fā)明了GRE序列Hennig發(fā)明了一直沿用到今天的FSE序列前身(RARE)1986Ernst發(fā)明基于二維傅里葉變化的核磁共振波譜學1964Damadian提出可以用T1/T2來鑒別良、惡性腫瘤細胞1972Lauterbur用梯度編碼的方法得到第一幅NMR質子圖像“Zeugmatography”1973Basser發(fā)明了DTI序列Ogawa發(fā)明BOLDfMRI1990MR發(fā)展史美國Bloch&Purcell諾貝爾物理獎19521944美國Rabi諾貝爾物理獎瑞士Ernst諾貝爾化學獎19912002瑞士Wuthrich諾貝爾化學獎2003美國Lauterbur&英國Mansfield諾貝爾生理學獎MRI–醫(yī)療領域最尖端科技產品MRI技術領域—--孕育產生七位諾貝爾獎得主1972年3月17日申請1974年2月5日獲得專利1977第十一頁，共61頁。發(fā)展歷史

設備現(xiàn)狀

融合應用主要內容HaihongFu2016年貴州省醫(yī)學會放射與影像技術學術交流會貴州貴陽2016年6月4-5日第十二頁，共61頁。HaihongFu1.0T0.4T7.0T39YearsofMRIDevices0.4T1977年7月3日2016年6月4日1971年第十三頁，共61頁。39YearsofMRImagesFirstbrainMRimageHaihongFu1.5T7T第十四頁，共61頁。MRI臨床應用第十五頁，共61頁。擴散張量腦白質纖維束追蹤成像（DTT）

3.0T-----VS------7.0TBiologicalSample:CourtesyofN.K.Logothetisetal.

Max-Planck-InstituteforBiologicalCybernetics

Tübingen,GermanyCaseSample:CourtesyofHaihongFuetal.

RadiologyDepartment,PekingUnionMedicalCollegeHospital.Beijing,100730,Chinared:

top-down

green:left-right

blue:

in-outHaihongFuCHINAMED20112004年第十六頁，共61頁。放大鏡？顯微鏡？磁共振解剖？磁共振病理？

HumanIn-VivoMRIat8Tesla多形性膠質母細胞瘤HaihongFu第十七頁，共61頁。7T3THippocampusAnatomical

T2*WeightedImagesx1x11.5Tx1第十八頁，共61頁。7.0TNYUPhotoedByHaihongFu,PUMCHospital.Dec.2006第十九頁，共61頁。9.4TUICPhotoedByHaihongFu,PUMCHospital.Dec.2006第二十頁，共61頁。發(fā)展歷史設備現(xiàn)狀

融合應用主要內容2016年貴州省醫(yī)學會放射與影像技術學術交流會貴州貴陽2016年6月4-5日第二十一頁，共61頁。MR融合應用1：站立負重位專用磁共振AddingWeighttoYourDiagnosis立位MR下才能發(fā)現(xiàn)的椎管狹窄第二十二頁，共61頁。MR融合應用2：乳腺專用穿刺床第二十三頁，共61頁。優(yōu)良的磁場均勻度保證最佳定位精度多通道柔軟線圈–保持放療位的同時保證最優(yōu)圖像質量MonitorTreatmentPlanScreenDiagnoseStageMR融合應用3：放療專用定位床第二十四頁，共61頁。磁共振引導聚焦超聲刀無創(chuàng)手術治療系統(tǒng)（無創(chuàng)核磁腫瘤治療系統(tǒng)）InsightecExAblate2000Non-invasiveMRguidedFocusedUltrasoundSurgery工作原理：利用治療床中集成的線圈采集磁共振信號、成像，并據(jù)此磁共振影像，以三維立體可視化的方式準確制定治療計劃，完成磁共振引導下的聚焦超聲入路和靶點的計劃及定位工作；同時可利用磁共振的物理特性，實時監(jiān)控治療靶區(qū)的溫度，以達到精確控制靶區(qū)聚焦超聲能量的目的。

適用范圍：目前已經獲得美國FDA通過的是子宮肌瘤治療方案，其余乳腺纖維囊腺瘤及乳腺癌、腦腫瘤、肋下肝腫瘤、前列腺癌、骨腫瘤的治療方案仍在美國FDA的臨床試驗和審批中。HaihongFuMR融合應用4：磁共振引導超聲聚焦刀第二十五頁，共61頁。HaihongFuPhotoedByHaihongFu,PUMCHospital.2006第二十六頁，共61頁。實時溫度監(jiān)測、壞死容積測量溫度圖&超聲輻射劑量圖實時觀察+反饋T>57°C*orDose>240EM停止加熱可靠的壞死容積ThresholdJ.Enholmetal.,IEEETrans.Biomed.Eng.acceptedNon-perfusedvolume*Appliestotheborderofthecell.Temperaturesatthecenterarehigher,especiallyforlargercells.CHINAMED2011第二十七頁，共61頁。CHINAMED2011可移動、一體化治療床256通道超聲換能器專用盆腔線圈可以在掃描和HIFU治療間任意切換實時監(jiān)控MR-HIFU

子宮肌瘤消融其它拓展應用？第二十八頁，共61頁。MR融合應用5：磁共振復合手術室HaihongFuCHINAMED2011SmilowCancerHospitalatYale-NewHaven,NewHavenChildren’sHealthcareofAtlanta,Atlanta,Georgia第二十九頁，共61頁。PrePreIntra磁共振復合手術室—精準手術的基石3.3mm3.5mmLocationbasedonNavigationActualLocationafterBrainShiftImagescourtesyofDr.XiaoleiChen,PLA301HospitalBrainShiftEffect

實時影像更新，糾正腦移位影響全切腫瘤，保留神經功能深部微小精準定位全腦監(jiān)測精準引導穿刺、活檢、植入顱腦腫瘤、腦血管疾病、顱腦損傷、腦功能性病變、頭頸部腫瘤、頸部脊柱、脊髓病變PrePreIntra20世紀80年代顯微外科20世紀90年代微創(chuàng)外科21世紀傳統(tǒng)外科精準外科第三十頁，共61頁。HaihongFuPhotoedByHaihongFu,PUMCHospital第一代超導磁共振復合手術室

直立開放式超導磁共振（DoubleDonar）第三十一頁，共61頁。HaihongFu第三十二頁，共61頁。MRI專用顯微鏡（三鷹光器）MRI專用無影燈防磁顯示器MRI專用手術臺（瑞穂醫(yī)科工業(yè)）MRI專用監(jiān)視系統(tǒng)麻醉機日立AIRIS-II永磁磁共振第二代磁共振復合手術室

永磁開放式磁共振一體化手術室HaihongFu磁共振一體化手術室第三十三頁，共61頁。磁體—磁體開放度（磁共振引導下的介入診斷和治療）穿刺時MR透視高速連續(xù)攝像功能：TR/TE:16/4

ScanTime:2.6sHaihongFu第三十四頁，共61頁。Children’sHealthcareofAtlanta,Atlanta,Georgia第三代：超導大孔徑磁共振一體化手術室第三十五頁，共61頁。World’sfirstIMRISNVinstallationSmilowCancerHospitalatYale-NewHaven,NewHaven影像學科現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢SmilowCancerHospitalatYale-NewHaven,NewHaven，Connecticut第四代：超導大孔徑磁共振+DSA一體化手術室第三十六頁，共61頁。UnitedHospital,St.Paul,Minnesota改進：磁體旋轉角度多手術室共享第三十七頁，共61頁。上海華山醫(yī)院術中MR2010年北京協(xié)和醫(yī)院術中MR掃描間/神經外科手術間2012年第三十八頁，共61頁。術中磁共振手術實例（解剖級清除）51歲男性癥狀：頭痛2個月，左側偏癱MRI:右側島葉腫瘤Pre-OPT1T22ndscan:Totalresectionachieved1stscan:ResidualtumorFurtherresectionIntra-Operative第三十九頁，共61頁。術前：神經纖維束追蹤成像術后：運動神經纖維束保留完全術后3天:

無神經功能損傷

偏癱完全恢復術中磁共振手術實例（功能級保留）第四十頁，共61頁。術中磁共振是神經膠質瘤外科手術的金標準世界神經外科聯(lián)盟主席PeterBlack教授：術中磁共振復合手術室

—精準手術的基石第四十一頁，共61頁。導管レーザー薬物液體窒素超音波RF臓器針?細管患者開放型磁石超聲聚焦治療：FocusedUltrasound

Therapy激光治療

:LaserinducedInterstitial

Thermo

Therapy(LITT)藥物注入:LocalDrugTherapy射頻（RF）照射切除:RFAblation冷凍治療

:CryotherapyHaihongFu

MR融合應用6：磁共振引導介入組合治療

MRIInterventionalPlatform第四十二頁，共61頁。MR対応???????????MR対応麻酔器MR対応手術臺????????APERTOHaihongFu磁共振引導介入治療室日本九州大學病院

日本名古屋大學病院

日本九州大學病院

MR融合應用6：磁共振引導介入組合治療

MRIInterventionalPlatform第四十三頁，共61頁。MR-PETMR融合應用7：多模態(tài)成像設備的融合第四十四頁，共61頁。X射線與Gamma射線X線=40KeV—140KeV第四十五頁，共61頁。NNNPPPPPNNPNe-e-e+511keV511keVe+E=mc2Positronrange(~1to3mm)PositronAnnihilation(正電子湮滅過程)PET成像原理和基礎正電子湮滅

第四十六頁，共61頁。MR-PET候診區(qū)MR-PET操作間MR-PET檢查間MR-PET設備間MR-PET空調間1.5TMR候診區(qū)一體化MR-PET

成像設備機房與輻射防護患者通道患者通道患者通道醫(yī)護通道PET-CT中心第四十七頁，共61頁。國內允許使用的正電子藥物第四十八頁，共61頁。正電子發(fā)射斷層攝影掃描檢查設備與流程醫(yī)用回旋加速器Cyclotron化學合成系統(tǒng)Chemistrysystem藥物中心TraceCenterPET中心設備---

MR-PET掃描儀第四十九頁，共61頁。MR+PET圖像融合MR-PET圖像融合Biog