醫(yī)學影像專業(yè)課程-核磁共振硬件系統(tǒng)結構詳細介紹PPT精選文檔

1、1醫(yī)學影像專業(yè)課程2l主磁體主磁體 Magnet l梯度系統(tǒng)梯度系統(tǒng) Gradient system lRF系統(tǒng)系統(tǒng) RF systeml計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng) Computer system3PDP11、VAXSUN、SGI;PC多用戶操作系統(tǒng)多用戶操作系統(tǒng)VMS（早期）（早期）UNIX文件存檔：文件存檔： 3T：4MR 系統(tǒng)構造系統(tǒng)構造5MR系統(tǒng)部件和構造以及系統(tǒng)部件和構造以及T/R轉換開關轉換開關67l主磁體是主磁體是MR的主要部件的主要部件l主磁體特性主磁體特性:穩(wěn)定性（穩(wěn)定性（Stability）均勻性（均勻性（Homogeneity）非均勻性非均勻性Inhomogeneity (pp

2、m)= variation (T)/field strength (T) 1068l永磁體永磁體 Permanent magnetl常導體常導體 Resistive magnetl超導體超導體 Superconducting magnet9l永磁體使用磁性材料產生磁場永磁體使用磁性材料產生磁場高剩磁高剩磁l稀土合金，如稀土合金，如 SmCo5,Nd-Fe-B.ALNICO （鐵、鈷合金）（鐵、鈷合金）SmCo5 ALNICO(釤鈷釤鈷 鐵鈷合金）鐵鈷合金）Nd-Fe-B （釹、硼、鐵合金）（釹、硼、鐵合金）l 0.2TALNICO 23 噸噸 Nd-Fe-B 4 噸噸10HITACHlAIRI

3、S-mate (0.2T) 7.8噸噸 lAIRIS-2 (0.3T) 10噸噸 lAPERTO (0.4T) 13噸噸釹鐵硼材料釹鐵硼材料優(yōu)點優(yōu)點: 高剩磁高剩磁缺點缺點: 溫度系數(shù)比較大溫度系數(shù)比較大111. 結構結構lRing(環(huán)型環(huán)型) l Yoke(軛型軛型)C-shapeH-shapeyoke有源材料產生B0無源材料形成磁路1213l剩磁剩磁 (Remanence)l矯頑力矯頑力 (Coercive force)指破壞磁體磁化狀態(tài)所需之力也就是使磁感指破壞磁體磁化狀態(tài)所需之力也就是使磁感沿磁滯回線減少至零時所需的磁場強度沿磁滯回線減少至零時所需的磁場強度矯頑力大矯頑力大硬磁材料硬磁

4、材料矯頑力小矯頑力小軟磁材料軟磁材料 l磁路結構磁路結構 (Magnetic circuit structure)ll一般永磁體場強不大于一般永磁體場強不大于0.514l開放（開放（孩子、幽閉癥、介入孩子、幽閉癥、介入）l系統(tǒng)構造簡單系統(tǒng)構造簡單l不產生熱不產生熱l運行成本低運行成本低l維護費用低維護費用低 l壽命長壽命長l永磁體場強對溫度非常敏感永磁體場強對溫度非常敏感 ( 0.1 C)。 例如，例如， Nd-Fe-B磁體溫度升高磁體溫度升高1 C ，磁場，磁場降低約降低約1000ppm；151.電磁理論電磁理論(Electromagnetism theory):l線圈中有電流時會產生磁場，

5、并會導致線圈中有電流時會產生磁場，并會導致線圈溫升。線圈溫升。16 Air-cored resistive magnet constructed using four coils arranged either horizontally or vertically.Air-cored resistive magnetsIron-cored resistive magnets17l2. 材料的選擇材料的選擇銅（銅（Copper）：電導率大、密度大、：電導率大、密度大、價格高、產熱少；價格高、產熱少；鋁（鋁（Aluminum）：電導率小、密度：電導率小、密度小、價格低、產熱多；小、價格低、產熱多；

6、 線圈產生的熱量由線圈產生的熱量由去離子去離子水帶走水帶走l3. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 不太好不太好l4. 均勻性均勻性 不太好不太好18l1.超導理論超導理論: 當溫度當溫度T降低到臨界溫度降低到臨界溫度(critical temperature),電阻突然變?yōu)殡娮柰蝗蛔優(yōu)?(測量不出測量不出)。電。電流可永無休止的流動。流可永無休止的流動。l超導磁體可產生強磁場超導磁體可產生強磁場l超導材料臨界溫度：超導材料臨界溫度：普通鉛（普通鉛（Plumbum）: 7.4K鈮鈦合金鈮鈦合金（NiobiumTitanium）: 20K稀土陶瓷稀土陶瓷(Ceramic) :100K 192. 超導材料類型超導材料

7、類型:lII: Ni(鈮鈮)、V(釩釩)、Tc(锝锝) alloy or compoundlI: other MR: Type II Mullity NbTi alloy filaments complex lead (鈮鈦合金多芯復合超導線鈮鈦合金多芯復合超導線位于銅基中位于銅基中) is very popular, and it can load 700A. 203. 超導材料的選擇：超導材料的選擇：l可負載大電流可負載大電流l可保持超導狀態(tài)可保持超導狀態(tài)(4.2K He)lMR 系統(tǒng)提供的低溫制冷裝置系統(tǒng)可使系統(tǒng)提供的低溫制冷裝置系統(tǒng)可使所選超導材料保持超導狀態(tài)；所選超導材料保持超導狀態(tài)

8、；l超導材料要有合適的物理特性：超導材料要有合適的物理特性：可塑性可塑性(plasticity) 和和柔韌性柔韌性(pliability)21Early SC magnet222324lNbTi纖維包埋纖維包埋在銅材中在銅材中 l銅材在失超時銅材在失超時保護超導線圈保護超導線圈超導磁體線圈：超導磁體線圈： 基于均勻性的考慮常使用基于均勻性的考慮常使用 4-8組獨立線圈組獨立線圈25l場強場強l均勻性均勻性l穩(wěn)定性穩(wěn)定性26l信噪比信噪比l圖像細節(jié)圖像細節(jié)l速度速度l功能成像功能成像llBut！27化學位移偽影化學位移偽影RF功率沉積功率沉積l高場強設備發(fā)射機功率通常是高場強設備發(fā)射機功率通常是

9、1025kW，利利用用SAR對其加以限制，尤其是對其加以限制，尤其是1.5T時，時，RF沉沉積將限制重復時間。積將限制重復時間。RF穿透性穿透性lRF場在人體組織內感應電流，部分抵消了場在人體組織內感應電流，部分抵消了RF場，降低了場，降低了RF脈沖穿透組織的深度，導致脈沖穿透組織的深度，導致RF激發(fā)的成像容積不均勻。激發(fā)的成像容積不均勻。T1弛豫時間弛豫時間lT1弛豫時間隨場強增加而增加，更易發(fā)生飽弛豫時間隨場強增加而增加，更易發(fā)生飽和，使和，使SNR與場強不成正比。與場強不成正比。28更高的梯度要求更高的梯度要求l梯度場隨場強成比例地增強梯度場隨場強成比例地增強l要求驅動放大器的功率增加要

10、求驅動放大器的功率增加l噪音更大噪音更大價格價格l一般情況場強高，價格高。一般情況場強高，價格高。對人群的影響對人群的影響l更易對其他病人和設備產生影響，更應更易對其他病人和設備產生影響，更應考慮雜散場。考慮雜散場。29 a fully loaded pallet jack that has been sucked into the bore of an MRI system. 30MRI系統(tǒng)不同磁體類型比較系統(tǒng)不同磁體類型比較31I.低溫系統(tǒng)低溫系統(tǒng)l維持低溫使超導線圈處于超導狀態(tài)；維持低溫使超導線圈處于超導狀態(tài)；l低溫容器低溫容器 (Dewar)磁體線圈位于磁體線圈位于Dewar中；中；

11、Dewar必須有好的絕熱性能必須有好的絕熱性能(adiabatic)32II 制冷劑制冷劑l液氮（液氮（Liquid Nitrogen） 77Kl液氦（液氦（Liquid Helium ） 4 K為了把液氦、超導線圈與環(huán)境分割開為了把液氦、超導線圈與環(huán)境分割開來，需要低溫保持器來，需要低溫保持器(cryostat )20K,70K (80K)液氦量的測量液氦量的測量 33Helium level341勵磁過程（勵磁過程（Excitation process）A.冷卻磁體（冷卻磁體（Cooling magnet）：主磁體線圈：主磁體線圈處于超導狀態(tài)處于超導狀態(tài)B.線圈加載（線圈加載（Windin

12、gs are loaded current）：）：注入電流注入電流電流注入過程（電流注入過程（Loading process）：）： 351)加熱超導開關加熱超導開關使使之無效；之無效；2)線圈兩端線圈兩端加載電加載電壓壓在線圈內感應電在線圈內感應電流；流；3)當當B0符合要求時，符合要求時，關閉加熱器關閉加熱器，超導，超導開關恢復超導狀態(tài)；開關恢復超導狀態(tài)；4)電流在超導線圈電流在超導線圈內循環(huán)流動。內循環(huán)流動。36 UH- 加熱電壓 (超導開關) ULILULUH make is not SC;IL increasing with the effect of UL;B increasing

13、 linearly with t;UL gradually decreasing, till to 0 when B0 is acquired;Turn off UHIL decreasing to 0.di/dt =-UL/L37lTurn on S switchlUH - turn offlAdjust I of MPSlI and Sl-ULlIL = 0, UL= 0lTurn off and UHlEnergy = 0 UHILULS383.失超失超(Quench)l超導線圈的部分不再是超導狀態(tài)，線圈儲存的超導線圈的部分不再是超導狀態(tài)，線圈儲存的能量部分變成熱能散出能量部分變成熱能散

14、出 ；l熱能使線圈其他部分加熱繼而失去超導狀態(tài)產熱能使線圈其他部分加熱繼而失去超導狀態(tài)產生更多的熱量，惡性循環(huán)直至遍及整個磁體發(fā)生更多的熱量，惡性循環(huán)直至遍及整個磁體發(fā)生失超；生失超；l失超使設備經歷劇烈的熱脹冷縮和磁力變化，失超使設備經歷劇烈的熱脹冷縮和磁力變化，使原有有源、無源勻場失效。使原有有源、無源勻場失效。39l失超原因：失超原因：Flux jump（磁通跳躍）（磁通跳躍） 釋放能量釋放能量Friction resulting heat（摩擦生熱）（摩擦生熱） 線圈的微小運動線圈的微小運動l失超導致失超導致：B0 的崩潰瓦解的崩潰瓦解液氦迅速沸騰液氦迅速沸騰（boiling-off）

15、40l爆破膜爆破膜( Bursting-disks)在高壓下爆破，使得在高壓下爆破，使得大量的氣氦溢出低溫保持器。大量的氣氦溢出低溫保持器。l自發(fā)的失超自發(fā)的失超( Spontaneous quenches )很少發(fā)很少發(fā)生生!l如果需要失超，線圈儲存的電能沉積在假負如果需要失超，線圈儲存的電能沉積在假負荷（荷（dummy load ）避免損傷磁體（這是一）避免損傷磁體（這是一個耗費昂貴的過程）。個耗費昂貴的過程）。41失超保護二極管和失超保護電阻失超保護二極管和失超保護電阻Quench protection diode and resistance低阻通路SIEMENS OR 41 AS失超

16、失超: 100V電壓電壓限制限制 勵磁勵磁/退磁退磁: 10V電壓電壓42I. 屏蔽（屏蔽（Shielding ）l邊緣場（邊緣場（Fringe field ） l雜散場（雜散場（Stray field）l雜散場，特別是超導磁體的雜散場在各個方雜散場，特別是超導磁體的雜散場在各個方向上會伸出磁體，對外圍產生影響向上會伸出磁體，對外圍產生影響lFDA 5G43l無源屏蔽、被動屏蔽無源屏蔽、被動屏蔽 (Passive shielding) 房間屏蔽房間屏蔽(Room shielding) : 鐵磁性材料鐵磁性材料對對建筑結構有依賴性，分場地設計；屏蔽材建筑結構有依賴性，分場地設計；屏蔽材料厚度小、

17、面積大；料厚度小、面積大；自屏蔽自屏蔽( Self-shielding ) : 在磁體孔徑內放在磁體孔徑內放置鐵磁性材料置鐵磁性材料(Iron plates)；有可能給勻場；有可能給勻場增加困難；增加困難；44l有源屏蔽、主動屏蔽有源屏蔽、主動屏蔽(Active shielding): 載有反向電流的線圈繞組降低雜散場；載有反向電流的線圈繞組降低雜散場； 有源屏蔽的磁體重量輕，但由于有源屏蔽的磁體重量輕，但由于B0被抵消一被抵消一些，需多用超導線、杜瓦體積大些）；些，需多用超導線、杜瓦體積大些）；常導常導有源屏蔽有源屏蔽(Resistive)超導超導有源屏蔽有源屏蔽(SC)45l優(yōu)質的優(yōu)質的M

18、R圖像對圖像對B0的均勻性和穩(wěn)定性有高的均勻性和穩(wěn)定性有高要求；要求；l勻場方法勻場方法 :無源勻場無源勻場（被動勻場）（被動勻場） (Passive ， 后進行后進行)有源勻場有源勻場（主動勻場）（主動勻場） (Active ， 先進行先進行)Combination of both461.無源勻場無源勻場(Passively shimming)l在磁體周圍放置鐵片校正；鐵片放置的在磁體周圍放置鐵片校正；鐵片放置的數(shù)量數(shù)量和和位置位置經過特殊的勻場程序計算出來；經過特殊的勻場程序計算出來；l可校正可校正高次高次磁場不均勻性；磁場不均勻性；l材料價格便宜；材料價格便宜；l不需要昂貴的高精度電源；

19、不需要昂貴的高精度電源；l當需要更高度的均勻度或均勻性可調時必須用當需要更高度的均勻度或均勻性可調時必須用有源勻場；有源勻場；472.有源勻場（有源勻場（Actively shimming）l一系列載流繞組排列在磁體孔徑的柱形管上，一系列載流繞組排列在磁體孔徑的柱形管上，每個繞組產生的校正磁場與球形諧波展開式每個繞組產生的校正磁場與球形諧波展開式的一個系數(shù)近似；的一個系數(shù)近似；l必須避免這些繞組與磁體和梯度線圈的相互必須避免這些繞組與磁體和梯度線圈的相互影響；影響；l線圈中的電流在系統(tǒng)安裝期間確定并保持不線圈中的電流在系統(tǒng)安裝期間確定并保持不變，直到有工程師進行再勻場時才改變；變，直到有工程師

20、進行再勻場時才改變；48主磁場線圈超導勻場線圈常導勻場線圈梯度線圈位于磁體低溫容器內位于孔徑內l有源勻場使用的線圈繞組有三類：超有源勻場使用的線圈繞組有三類：超導勻場線圈、常導勻場線圈和梯度線圈導勻場線圈、常導勻場線圈和梯度線圈49l1.5Tl18 個超導勻場線圈（高階個超導勻場線圈（高階)l隔熱屏散熱系統(tǒng)（壓縮機和冷頭）隔熱屏散熱系統(tǒng)（壓縮機和冷頭）l排氣系統(tǒng)和電流探頭直插式排氣系統(tǒng)和電流探頭直插式l低溫容器流速表和壓力表便于觀察低溫容器流速表和壓力表便于觀察l液氦側罐口，易于補充液氦側罐口，易于補充 50l主線圈電流為主線圈電流為734.5Al主超導開關與主線圈和串聯(lián)電阻并行連接主超導開關

21、與主線圈和串聯(lián)電阻并行連接 無無阻通路阻通路l開關的開關的超導狀態(tài)超導狀態(tài)：持久模式（：持久模式（persistent)l開關的開關的有阻狀態(tài)有阻狀態(tài)：有阻模式（：有阻模式（resistive)l緊急失超：主線圈放置有另外的加熱器，使主緊急失超：主線圈放置有另外的加熱器，使主磁場快速退磁（磁場快速退磁（rundown).l失超保護裝置與主線圈并聯(lián)，在失超或緊急退失超保護裝置與主線圈并聯(lián)，在失超或緊急退磁時保護主線圈。磁時保護主線圈。51l18個超導勻場線圈位于液氦容器內用于磁體勻個超導勻場線圈位于液氦容器內用于磁體勻場調節(jié)；場調節(jié)；l勻場調節(jié)程序需要的數(shù)據(jù)通過測繪裝置和探頭勻場調節(jié)程序需要的數(shù)

22、據(jù)通過測繪裝置和探頭獲得；獲得；lZ2、Z4、Z6：容積內各處的磁場；：容積內各處的磁場；lZ1、Z3、Z5：磁體后端的磁場；：磁體后端的磁場；lC11+、C11-、C22-、C31、C33）：橫向偶數(shù)）：橫向偶數(shù)線圈線圈lS11+、S11-、X22+、S22-、S31、S33：橫向奇：橫向奇數(shù)線圈數(shù)線圈52l磁體低溫容器磁體低溫容器(Magnet cryostat） ： 包含包含6個超導主線圈、個超導主線圈、18個超導勻場線圈、個超導勻場線圈、18個個超導開關和開關加熱器、失超保護裝置；硅二超導開關和開關加熱器、失超保護裝置；硅二極管、超導液氦液面探測器和壓力傳感器位于極管、超導液氦液面探測

23、器和壓力傳感器位于低溫容器內，分別監(jiān)視低溫容器的溫度、液氦低溫容器內，分別監(jiān)視低溫容器的溫度、液氦液面和壓力；液面和壓力；l制冷劑監(jiān)視器制冷劑監(jiān)視器 (Cryogen monitor) ：裝在機架上與：裝在機架上與液氦液面?zhèn)鞲衅飨噙B；液氦液面?zhèn)鞲衅飨噙B；53l隔熱屏散熱壓縮機隔熱屏散熱壓縮機(Heat insulation screen radiator compressor): 位于機柜間與位于機柜間與MR的冷頭的冷頭相連，對氣氦進行壓縮。相連，對氣氦進行壓縮。l磁體緊急退磁裝置磁體緊急退磁裝置(Magnet emergency demagnetization device)：裝在墻壁上，與

24、一組：裝在墻壁上，與一組主線圈的加熱器相連。按下按鈕，給主線圈加主線圈的加熱器相連。按下按鈕，給主線圈加熱器供電，磁場快速降落熱器供電，磁場快速降落(2分鐘內分鐘內, 20%以下以下)l液氦揮發(fā)率液氦揮發(fā)率(Volatilization velocity of liquid He) 應小于應小于0.2l/hl勵磁勵磁/退磁、超導勻場退磁、超導勻場：嚴格遵守手冊中的步驟；：嚴格遵守手冊中的步驟；54l磁體維護磁體維護/部件更換部件更換：揮發(fā)增加：揮發(fā)增加l揮發(fā)長期超標：揮發(fā)長期超標：隔熱屏散熱器工作不正常隔熱屏散熱器工作不正常熱熱-聲振蕩聲振蕩真空受損真空受損低溫容器內部熱短路低溫容器內部熱短路

25、低溫容器外部結冰通常是真空問題或熱短路低溫容器外部結冰通常是真空問題或熱短路55l溫度溫度檢測二極管：檢測二極管：硅二極管，位于磁體支持物的上部和底部，硅二極管，位于磁體支持物的上部和底部，監(jiān)視內部支持物溫度；監(jiān)視內部支持物溫度；還有位于隔熱屏散熱器安裝套管的第一級和還有位于隔熱屏散熱器安裝套管的第一級和第二極接口點，用于溫度檢測和故障查找；第二極接口點，用于溫度檢測和故障查找；l超導液氦超導液氦液面液面?zhèn)鞲衅鳎何挥诘蜏厝萜鲀?，傳感器：位于低溫容器內，l低溫容器低溫容器壓力壓力傳感器傳感器56l梯度場梯度場:隨位置線性變化隨位置線性變化57I. 主要部件主要部件 :l梯度波形發(fā)生器梯度波形發(fā)生

26、器 l梯度驅動級梯度驅動級 l梯度功率放大器梯度功率放大器l 梯度線圈梯度線圈lothers581.結構結構lGz :一對環(huán)形線圈一對環(huán)形線圈(Maxwell pair coils)流流有反向電流有反向電流lGy: Golay configuration, 4 個線圈位于個線圈位于圓柱體外部圓柱體外部l Gx: Golay coils (rotate 90)59麥克斯韋對麥克斯韋對Golay線圈線圈同圓線圈，線圈間距同圓線圈，線圈間距=31/2R反向電流反向電流Bz=Gz(0)z+O(z/d)5校正到校正到5階階8個個120 圓弧圓弧近圓弧處對中心張角近圓弧處對中心張角68.7 遠端圓弧張角為

27、遠端圓弧張角為21.3 ，距，距中垂面距離為中垂面距離為2.57R（效率（效率和回路）和回路）60l梯度線圈設計方法一般采用梯度線圈設計方法一般采用目標場方法目標場方法的逆向設計方法的逆向設計方法l根據(jù)期望的梯度場用傅立葉變化倒推電根據(jù)期望的梯度場用傅立葉變化倒推電流密度分布；流密度分布；l已應用于設計渦流自屏蔽梯度線圈。已應用于設計渦流自屏蔽梯度線圈。612.梯度脈沖波形梯度脈沖波形:l梯形梯形(trapezoidal)l一個上升沿一個上升沿(sloping rise)后跟一個平臺后跟一個平臺(flat plateau )和一個和一個下降沿下降沿(sloping fall)。Gl梯度強度梯度

28、強度G(strength) 單位距離內場強的變化單位距離內場強的變化量，量， in mT/m;l上升時間單位是上升時間單位是 s, 一般值在一般值在 1000 s 200 s.l梯度場切換率梯度場切換率(slew rate) 是單位時間單位距離是單位時間單位距離的場強變化。一般在的場強變化。一般在20-150T/m.s.623. 梯度線圈充電特性梯度線圈充電特性:l響應時間響應時間 : =L/Rl假定假定 300V,=1mH,=100ml如果給梯度線圈的供電時間達到如果給梯度線圈的供電時間達到5。序列所需要的電。序列所需要的電流值一般最大在流值一般最大在200A的范圍內，這時可看成是線性，的范

29、圍內，這時可看成是線性，電流上升的速率也最快（大約電流上升的速率也最快（大約0.6 ms內達到內達到160A的電的電流）。流）。 lL 上升速率上升速率 l如電流上升速率比線如電流上升速率比線圈特性允許的快，需圈特性允許的快，需提高提高梯度功率放大器梯度功率放大器634.梯度線圈的噪聲（噪音）梯度線圈的噪聲（噪音）l不斷變化的梯度電流是梯度線圈產生振不斷變化的梯度電流是梯度線圈產生振動（聲頻范圍動（聲頻范圍噪音）；噪音）；l噪音與梯度場變化速率或電流變化率有噪音與梯度場變化速率或電流變化率有關；關；ldi/dt越大，噪音越大。越大，噪音越大。64III. 梯度放大器梯度放大器 l實質是音頻電流

30、放大器，負載時大電感、實質是音頻電流放大器，負載時大電感、小電阻；小電阻；l根據(jù)標稱梯度電流的根據(jù)標稱梯度電流的大小大小和和方向方向以預設的以預設的方式向線圈傳遞能量，驅動電流流過梯度方式向線圈傳遞能量，驅動電流流過梯度線圈產生梯度磁場；線圈產生梯度磁場；l梯度線圈梯度線圈梯度放大器的梯度放大器的負載負載；l放大器種類放大器種類Linear amplifier(線性放大器線性放大器)On-off amplifier（開關式放大器）（開關式放大器）65線性放大器線性放大器 : l三極管三極管(dynatron) 的功率損耗的功率損耗Ploss很大；很大；總消耗功率PPloss of dynatr

31、onPAIUr300VPloss=UI - I2R線圈負載電阻功率消耗66開關式放大器開關式放大器（On-off amplifier，usually adopted)l全額輸出、完全截至全額輸出、完全截至l三極管功率損失降低，提高放大器工作效率三極管功率損失降低，提高放大器工作效率開關三極管67l梯度功放后級主要由梯度功放后級主要由電子開關電子開關(場效應管、場效應管、雙極性三極管雙極性三極管)、單單向二極管向二極管(free-wheeling diode) 、儲儲能和濾波電容能和濾波電容、線圈、線圈組成；組成；)1 ()(/TtLIbattcoileRRUtI開關閉合：開關閉合：開關閉合后電

32、流指數(shù)上升開關斷開：開關斷開：梯度線圈電感特性試圖保持電流的穩(wěn)定；梯度線圈相當于是電流源，驅動電流流經單向二極管。l開關三極管的切換開關三極管的切換頻率必須與系統(tǒng)時頻率必須與系統(tǒng)時鐘同步鐘同步，且固定；，且固定；68l通過改變脈沖通過改變脈沖占空比占空比，可以調節(jié)電流的平均，可以調節(jié)電流的平均高度值。高度值。lGmax主要受主要受梯度電源梯度電源限制；當給定限制；當給定G及最小切及最小切換時間，梯度功率取決于設計時的假設，但換時間，梯度功率取決于設計時的假設，但總體上是隨著梯度線圈半徑的總體上是隨著梯度線圈半徑的45次冪增加；次冪增加；l增加梯度線圈繞組數(shù)量可減少電流需求，但增加梯度線圈繞組數(shù)

33、量可減少電流需求，但會增加會增加L，即增加，即增加 ；要提高切換速率需要相；要提高切換速率需要相應地增加電壓。應地增加電壓。69l典型的電流典型的電流:200A300Al為快速切換，梯度電源必須能夠支持電為快速切換，梯度電源必須能夠支持電流以流以300A/s或更快的速率變化，這意味或更快的速率變化，這意味著典型的著典型的1mH線圈最小需要線圈最小需要300V電壓脈電壓脈沖，還要有些剩余來沖，還要有些剩余來彌補線圈和導線的彌補線圈和導線的阻抗損失阻抗損失。l由于梯度決定了空間頻率域的采樣點，由于梯度決定了空間頻率域的采樣點，因此梯度必須高度穩(wěn)定，梯度電源必須因此梯度必須高度穩(wěn)定，梯度電源必須極其

34、精確。極其精確。70l梯度波形發(fā)生器數(shù)字信號經D/A轉換得到模擬標稱電流值 I0 ；實際值減去標稱值I-I0 調節(jié)器71梯度線圈電流測量利用梯度線圈電流測量利用精確直流傳感器精確直流傳感器（ LEM法文縮寫法文縮寫)無接觸測量；無接觸測量；基于基于Hall效應效應 Hall effectU=kIB/d72 LEM利用磁芯繞組的補償電流，使空氣間隙的磁場忽略不計，利用磁芯繞組的補償電流，使空氣間隙的磁場忽略不計，這個補償電流等于梯度電纜中電流平均值的千分之一。這個補償電流等于梯度電纜中電流平均值的千分之一。73穩(wěn)定性、精度、速度Measure74lPID: 相當于積分器相當于積分器(integr

35、ator)比例比例(Proportion)調節(jié)器調節(jié)器: 積分電路的一個時間常積分電路的一個時間常數(shù)數(shù)(Time constant)使使高頻時相移為高頻時相移為0 0，改進閉環(huán)的，改進閉環(huán)的穩(wěn)定性；穩(wěn)定性； Stability積分積分(Integrator)調節(jié)器調節(jié)器: 調節(jié)輸出脈沖寬度，使調節(jié)輸出脈沖寬度，使低頻誤差信號為低頻誤差信號為0； Accuracy微分微分(Derivative)調節(jié)器調節(jié)器:預測濾波器的電壓來允預測濾波器的電壓來允許更高的環(huán)路增益；許更高的環(huán)路增益； Speed lPID SAS，彌補各自的不足，彌補各自的不足(微分調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)微分調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)偏差和積分調節(jié)器的

36、調節(jié)速度慢偏差和積分調節(jié)器的調節(jié)速度慢)。l調節(jié)器的輸出信號調節(jié)器的輸出信號(控制信號控制信號)與三角波電壓進行比與三角波電壓進行比較，得到經脈沖寬度調制的四個觸發(fā)信號，產生后較，得到經脈沖寬度調制的四個觸發(fā)信號，產生后級功率三極管所需的開關脈沖。級功率三極管所需的開關脈沖。75Stability, Speed , AccuracyMeasure76S1S4：場效應管+G:正向梯正向梯度電流度電流(場效場效應管應管S2和和S3工作工作); -G:負向梯負向梯度電流度電流(場效場效應管應管S1和和S4)。+G 、-G ，梯度電源不梯度電源不供給能量，供給能量，梯度線圈釋梯度線圈釋放出來的能放出來

37、的能量送給儲能量送給儲能電容電容C 。77l梯度場的快速切換在周圍導電材料中感應出渦流梯度場的快速切換在周圍導電材料中感應出渦流l渦流隨渦流隨G及其變化率變化。一旦達到一個穩(wěn)定的及其變化率變化。一旦達到一個穩(wěn)定的平臺值，渦流開始衰減。渦流的衰減可用指數(shù)函平臺值，渦流開始衰減。渦流的衰減可用指數(shù)函數(shù)近似，其數(shù)近似，其 =L/R是由導電材料的、有效電感是由導電材料的、有效電感決定。決定。78l對于對于“高溫導體高溫導體”，R隨著溫度近似線性地增隨著溫度近似線性地增加加l對于超導磁體，對于超導磁體， 通常由通常由制冷層的傳導率制冷層的傳導率以及以及有有效電感效電感決定決定低溫屏蔽層由溫度大約低溫屏蔽

38、層由溫度大約70K的鋁組成，產生的渦流的鋁組成，產生的渦流具有很長的具有很長的 ；RF體線圈的銅屏蔽體線圈的銅屏蔽(約約300K)感應的渦流感應的渦流 短；短；l渦流效應相當于把梯度場脈沖進行渦流效應相當于把梯度場脈沖進行低通濾波低通濾波l如對渦流不加任何補償，如對渦流不加任何補償，IG脈沖會產生畸變脈沖會產生畸變79lRC 元件元件使電流預畸變重新產生期望的使電流預畸變重新產生期望的梯度場脈沖梯度場脈沖 ;l預先補償梯度的驅動電流預先補償梯度的驅動電流可以達到對可以達到對渦流的抑制渦流的抑制 ；l有源屏蔽梯度有源屏蔽梯度(better approach): 避免避免渦流的動態(tài)非線性渦流的動態(tài)

39、非線性;80動態(tài)修改梯度電流動態(tài)修改梯度電流當加上渦流產生的當加上渦流產生的阻撓場時，可得到阻撓場時，可得到具有合適場強和脈具有合適場強和脈沖波形的凈磁場沖波形的凈磁場 81l渦流分布與梯度線圈電流分布不盡相同，偏差渦流分布與梯度線圈電流分布不盡相同，偏差主要沿徑向，在磁體長軸方向也同樣存在；主要沿徑向，在磁體長軸方向也同樣存在；l由于渦流感應的磁場空間分布與梯度感應的磁由于渦流感應的磁場空間分布與梯度感應的磁場略微不同，場略微不同，預補償梯度驅動電流不能完美地預補償梯度驅動電流不能完美地消除空間中每一點的渦流磁場消除空間中每一點的渦流磁場；l通過合理的梯度線圈設計可使這種偏差最??；通過合理的

40、梯度線圈設計可使這種偏差最??；l渦流隨時間衰減的渦流隨時間衰減的動態(tài)非線性動態(tài)非線性不可能由梯度線不可能由梯度線圈設計或預補償梯度驅動電流來完全補償；圈設計或預補償梯度驅動電流來完全補償；l用用有源屏蔽梯度有源屏蔽梯度來避免渦流的動態(tài)非線性。來避免渦流的動態(tài)非線性。82l在在梯度線圈梯度線圈和和低溫容器低溫容器間安放屏蔽線圈；間安放屏蔽線圈；l有源屏蔽線圈是與成像梯度線圈同軸安裝的第二有源屏蔽線圈是與成像梯度線圈同軸安裝的第二組梯度線圈；組梯度線圈；lI屏蔽線圈屏蔽線圈與與I梯度線圈梯度線圈方向相反，電流同步通斷；方向相反，電流同步通斷；l有源梯度屏蔽可有源梯度屏蔽可削弱成像梯度在附近制冷層中

41、的削弱成像梯度在附近制冷層中的磁場磁場，特別是消除更高次動態(tài)空間磁場畸變；，特別是消除更高次動態(tài)空間磁場畸變；l有源梯度屏蔽的缺點是有源梯度屏蔽的缺點是較復雜、費用更高較復雜、費用更高以及對以及對電源的附加需求電源的附加需求。83 GE公司公司Signa Horizon 系列梯度線圈組件稱為系列梯度線圈組件稱為Roemer線圈：線圈：lRoemer線圈線圈由內部和外部線圈組成由內部和外部線圈組成內部梯度線圈內部梯度線圈在成像區(qū)域產生在成像區(qū)域產生10mT/m或更高或更高的梯度場的梯度場外部梯度線圈外部梯度線圈與內部梯度線圈串聯(lián)，因此兩組與內部梯度線圈串聯(lián)，因此兩組線圈中的電流幅度相同，但外部梯

42、度線圈產生線圈中的電流幅度相同，但外部梯度線圈產生的磁場與內部梯度線圈產生的磁場方向相反的磁場與內部梯度線圈產生的磁場方向相反結果使梯度線圈組件外側的凈磁場矢量為零。結果使梯度線圈組件外側的凈磁場矢量為零。lRoemer線圈的這種自屏蔽效應使圖象質量因為線圈的這種自屏蔽效應使圖象質量因為磁體的內部結構而下降的影響大大減少了。磁體的內部結構而下降的影響大大減少了。84l梯度幅度梯度幅度（Gradient magnitude ）l切換時間切換時間Switch time (Slew time) l切換率（切換率（Slew rate）l最大工作周期（最大工作周期（Max. work cycle）: T

43、G/TR梯度的工作周期越高，允許的層數(shù)越多。梯度的工作周期越高，允許的層數(shù)越多。 許多制造商提供許多制造商提供100%，即梯度系統(tǒng)不會限，即梯度系統(tǒng)不會限制臨床掃描制臨床掃描85l臨床常用的高質量常規(guī)臨床常用的高質量常規(guī)MRI系統(tǒng)，強度為系統(tǒng)，強度為10 15mT/m，上升時間為，上升時間為0.5-1ms的梯度能令人滿意的梯度能令人滿意l快速成像方法要求快速成像方法要求MR系統(tǒng)有更高的梯度性能，系統(tǒng)有更高的梯度性能，如如G25mT/m，切換時間，切換時間25MHz, 可使用可使用 /2傳輸線；傳輸線； l雙路雙路 /2傳輸線傳輸線可產生較好的可產生較好的B1；l雙路傳輸線必須安裝在磁體里，因此

44、比雙路傳輸線必須安裝在磁體里，因此比 /2 短，通過在兩端增加短，通過在兩端增加可調電容可調電容C，電路可對，電路可對稱地縮短。稱地縮短。112lResonance Cavity : 63 MHz l適用于適用于2T以下，以下，3T產品沒用通用體線圈產品沒用通用體線圈/2113l功能：功能：發(fā)射線圈發(fā)射線圈Transmit coil接收線圈接收線圈Receive coill部位部位:頭線圈頭線圈體線圈體線圈l相控陣線圈相控陣線圈Phased array coilsl表面線圈表面線圈只用于接收只用于接收1141151.同軸電纜同軸電纜(Coaxial-cable)l傳輸發(fā)射功率；接收傳輸發(fā)射功率

45、；接收MR信號；信號； l屏蔽功能屏蔽功能50 特性阻抗特性阻抗116線長線長l /4l= /4 /4 l 90dB. 136l受掃描物體可影響受掃描物體可影響B(tài)0，還有線圈的，還有線圈的Q值和阻抗；值和阻抗；l每個病人掃描前，系統(tǒng)應進行調整、每個病人掃描前，系統(tǒng)應進行調整、校準；校準；1371.天線調整（天線調整（coil tuning）2. f0 調整調整3. 脈沖幅度校正脈沖幅度校正 (發(fā)射調整發(fā)射調整)4.自動勻場，特別是梯度勻場線圈；自動勻場，特別是梯度勻場線圈；5. 選擇脈沖序列和掃描參數(shù)；選擇脈沖序列和掃描參數(shù)；6.Attenuate/gain （接收調整）（接收調整）病人位置變

46、化，重復病人位置變化，重復14；掃描參數(shù)變化，重復掃描參數(shù)變化，重復56；138l發(fā)射發(fā)射-接收線圈的阻抗必須與傳輸線和前放的接收線圈的阻抗必須與傳輸線和前放的阻抗匹配阻抗匹配； l病人位置、姿勢的改變可影響線圈阻抗，因病人位置、姿勢的改變可影響線圈阻抗，因此必須調諧、匹配；此必須調諧、匹配；l改變改變C使得反射使得反射RF功率最小功率最小(一般自動進行一般自動進行)l反射功率為反射功率為0則達到最佳調諧和匹配；則達到最佳調諧和匹配；l線圈的線圈的Q越高，可接收的范圍越窄，調諧、越高，可接收的范圍越窄，調諧、匹配越困難。匹配越困難。139lAuto-tune : 馬達（馬達（motor）l一些表面線圈不需調節(jié)，有較寬的范圍，一些表面線圈不需調節(jié)，有較寬的范圍，但是但是Q較??；較