《MRI原理与设备》实验教学的改革与优化探讨

李 玲,余后强

(1.湖北科技学院 生物医学工程学院 ，湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院 数学与统计学院 ，湖北 咸宁 437100)

《MRI原理与设备》实验教学的改革与优化探讨

李 玲1,余后强2

(1.湖北科技学院 生物医学工程学院 ，湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院 数学与统计学院 ，湖北 咸宁 437100)

在高校磁共振成像教学中，实验在教学中是不可或缺的，但是随着MRI成像的高速发展，也慢慢突显出传统实验的不足和弊端。本文根据MRI专业课探索了一套理论和实践相结合的实验方法。利用GY-3DNMR-10三维核磁共振成像教学仪，对MRI原理及功能在专业教学和人才培养中做了详细阐述，并利用医院捐赠的MRI设备针对仪器的组成和结构进行讲解，最后配以医院的见习来完善MRI实验教学。

磁共振成像教学仪；MRI实验；磁共振教学改革

《MRI原理与设备》是一门集物理、医学、电子学、数学及计算机科学等多个学科的交叉学科，是医学影像技术、医学影像诊断、医学物理学及生物医学工程等相关专业的必修专业课之一。MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)是目前医院常用的检查手段之一，和超声成像、X射线成像及核医学成像并称为四大影像。MRI具有多参数成像、多方位成像、无辐射、针对软组织分辨力高及组织特异性强等优点。近年来，磁共振成像设备在国内医院使用的更加广泛和普及，也凸显出了临床使用和科学研究向两极逐渐分化的现象。

国内近几年对教材的编写工作比较重视，不断地有新的版本出现。多种常用的版本，内容体系和组织形式上和原来老教材变化不大，基本上还是按照MRI物理学的体系编排，加入一点医学应用。目前比较有代表性的教材是案例版的，每章加入了一些医学案例，这是一个好的尝试，但仍需改进。课程内容体系的设计基本还是原来的体系框架，不适合即将毕业走向社会工作的学生。

一、原来核磁共振实验内容

原来的《MRI原理与设备》实验课主要包括计算机演示和医院见习两部分。虽然实验室有针对测量氢核的磁共振频率和弛豫时间有关的实验，但是实验内容涉及较少较浅，不便于学生对磁共振原理和设备本身精髓的理解。而计算机演示比较抽象，不能让学生对磁共振原理加深认识。

二、优化重构后的实验内容

现在实验室购进GY-3DNMR-10三维核磁共振成像教学仪，并接受了医院捐赠的超导磁共振设备。在实验教学中，笔者把实验主要分为MRI原理部分、MRI结构组成部分和医院见习部分。真正做到实验课把理论知识和实践相结合。

(一)MRI实验原理部分

我们学校在购进了GY-3DNMR-10三维核磁共振成像教学仪器。目前能够开设的实验项目很多。在磁共振教学中，用GY-3DNMR-10台式磁共振成像仪，MRI专业教师可以达到前所未有的教学效果 。

已经开发出的实验：共振频率的调整、测量拉莫尔频率、自由感应衰减信号、增益实验、SE回波法测量横向弛豫T2、反转恢复法和饱和恢复法测纵向弛豫T1、化学位移测量、观察T2和T1加权图像、一维梯度编码成像、磁共振伪影、二维成像、三维成像、MR图像质量评价。上述实验可以满足MRI原理实验教学的需要。在实际实验过程中，可以根据学生的专业不同选择不同的实验内容。

1.实验仪器简介

(1)系统构成。GY-3DNMR-10三维核磁共振成像教学仪器由恒温磁体、主机、电源、计算机及处理显示软件组成。恒温磁体由恒温器、磁体、梯度线圈、射频探头线圈组成。主机由DDS(数字直接合成器)、射频功率放大器、正交检波接收机和控制主机(包括A/D转换、D/A梯度控制器、脉冲控制器)以及通讯接口组成。电源由梯度放大器、直流电源组成。

(2)“恒温磁体”。“恒温磁体”由恒温控制器和磁铁、探头和梯度线圈组成。

(3)主机部分 。“主机”由DDS(数字直接合成器)、射频功率放大器、正交检波接收机和控制主机(包括A/D转换、D/A梯度控制器、CPU、脉冲控制器)、以及通讯接口组成。

(4)电源部分。电源由“匀场线圈电源”和“梯度磁场放大器”以及多组稳压电源组成。

其中稳压电源主要提供给“恒温磁铁”和“主机”的各种工作电压。

(二)学生常做实验内容

1.用计算机软件或示波器观察自由衰减信号(FID信号)

打开仪器，在磁场中放入装有纯水溶液的样品管，打开计算机软件，在自动采集过程中调试共振频率，达到理想状态的FID信号。

2.一维、二维成像

在二维成像之前，可以对定标样品“三注油孔”一维成像有所认识。本文主要了解二维成像的原理。所以按下“成像记录及操作”和“记录”，记录结束后，按下“二维傅立叶变换”，调节“行选择”可以看到每一列可以得到二维图像。

3.三维成像

放入注水有机玻璃管，三维采集后，按三维傅立叶变换后既可以看到不同方向切面观察物体，同时三维重构后可以看到三维立体水柱。

4.用脉冲核磁共振法测量弛豫时间常数

(1)用GY-PNMR-10核磁共振成像教学仪测量水和芝麻油的横向弛豫时间T2

把装有纯水溶液的样品管放入样品口中，确定共振频率，调整“共振频率设定”，得到正确的共振频率。建立最佳的自选回波序列，选择“自选回波测量T2”。为了得到最好的回波信号，必须FID信号幅度最大。

通过点击“脉冲间隔”按钮改变脉冲间隔时间，点击“回波信息”，测量回波幅度和回波时间。

(2)反转恢复序列(IR)测量水和芝麻油的纵向弛豫时间T1

设置反转恢复脉冲序列，调节脉冲间隔按钮，随着间隔的增大信号幅度越来越低，直到信号复位为0，点击计算T1。界面如图10所示。

5.GY-3DNMR-10三维核磁共振成像教学仪器在专业教学和人才培训中的应用

教学实践证明，GY-3DNMR-10三维核磁共振成像教学仪不失为一款理想的磁共振成像教学仪器。就实验教学的内容和形式等问题，我们总结了一些在核磁共振学习中普遍遇到的问题，最终编写了能够与实际需求相结合的配套实验指导教材。

(三)MRI设备总体组成和部分结构

磁共振设备的软件和硬件结构都很复杂，其中硬件又涉及学科较广泛，数据信号采集、图像重建以及重建后的图像处理和三维重建都很复杂，内容涉及到电子技术、信号处理、数学、物理学、图像处理及计算机技术等多方面的知识。目前利用十堰太和医院捐赠的永磁和超导MRI机，带领学生认识MRI机的组成以及每个组成部分的原理和作用，并根据需要，可以选择拆卸设备，让学生比较容易的掌握MRI的系统结构和组成。并有专业老师配以原理的讲解，分为永磁、常导和超导三种类型MRI重点分析其区别和结构组成，为深入学习MRI的原理奠定基础，并为培养临床工程师打下坚实的基础。

(四)MRI医院见习部分

我们在学生已经掌握了MRI原理和设备的情况下，带领学生到附属医院MRI室见习，主要结合核磁共振设备操作和应用，让学生侧重对具体MRI设备的操作和成像过程加以熟悉，并学会调节参数和懂得注意事项等。见习的目的主要是为学生实习和毕业后尽快适应医院工作环境。同时适用于部分学生的临床操作和科学研究。

三、讨论

本文主要针对过去磁共振成像实验教学内容的不足，根据新进设备和人才的需求对教学内容做了优化和改革初探，并根据实验内容重新编排了实验指导书。在两年的实验教学中，和以往相比，提高了教学效率，学生的理论课堂和实验课堂兴趣都有较大提高。在实验课堂中，学生根据实验部分，自行动手连接各实验仪器，并可以亲自拆卸医院捐赠的设备，提高了他们的动手能力。部分选做内容的设计，满足了不同实验能力的学生对学习的需求 。

所以，MRI系统而又专业的教学具有不可替代的重要价值。目前，在磁共振成像高速发展的今天，一套有效而又适合临床工程师和技师要求的教育模式是很有必要的，为培养高质量的专业人才值得推广应用。

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2014-11-23

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