第七章 磁共振成像設(shè)備

1、第七章 磁共振成像設(shè)備猜猜：哪臺(tái)是猜猜：哪臺(tái)是CTCT？哪臺(tái)是哪臺(tái)是MRI?MRI?磁共振成像設(shè)備Creanova Magnetic Resonance Imaging ScannerOpen Magnetic Resonance Imaging (MRI) Machine磁共振成像設(shè)備磁共振成像(MMagnetic R Resonance I Imaging,MRIMRI) 利用生物內(nèi)特定原子磁性核(多為氫核)在磁場(chǎng)中特性表現(xiàn)而進(jìn)行圖像成像的一種技術(shù)。磁共振成像設(shè)備目錄概述主磁體系統(tǒng)梯度磁場(chǎng)系統(tǒng)123射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5磁場(chǎng)的屏蔽MRI的使用與維護(hù)超導(dǎo)及低溫系統(tǒng)678第一節(jié) 概

2、述原子分子物質(zhì)+ +核外電子決定原子化學(xué)特性原子核決定原子物理特性（一）基本概念質(zhì)子中子原子核電子（一）基本概念 Tesla是一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度單位,中文譯為特斯拉，一個(gè)單位Tesla10000 Gause Gause 中文譯為高斯,地球的自然磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3-0.7高斯,南北極有所不同. Tesla Or Gause自旋角動(dòng)量：自旋角動(dòng)量：原子核原子核自旋具有方向性自旋具有方向性磁矩：磁矩：原子核自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原子核自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微觀磁場(chǎng)的微觀磁場(chǎng), ,隨機(jī)分布的隨機(jī)分布的自旋自旋(spin):(spin): 是原子核具是原子核具有繞其特定軸旋轉(zhuǎn)的特性有繞其特定軸旋轉(zhuǎn)的特性（一）基本概念外磁場(chǎng)方向外

3、磁場(chǎng)方向核磁矩方向核磁矩方向進(jìn)動(dòng)（precession）： 氫原子繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線又繞重力方向回轉(zhuǎn).核磁共振NMR的條件 原子核在進(jìn)動(dòng)中吸收外界能量產(chǎn)生能級(jí)躍遷現(xiàn)象 1.外界能量：短射頻脈沖激發(fā)源 2.射頻磁場(chǎng)RF 3.自旋磁矩在主磁場(chǎng)中進(jìn)動(dòng)（一）基本概念H11HHH312111,其他原子核或同位素在人體含量低、產(chǎn)生共振的敏感性差其他原子核或同位素在人體含量低、產(chǎn)生共振的敏感性差（一）基本概念產(chǎn)生磁共振的原子核： 具有自旋特性的原子核才有產(chǎn)生磁共振的可能,只有奇數(shù)質(zhì)子或奇數(shù)中子數(shù)的原子核才能產(chǎn)生自旋H有三種同位素： 臨床MRI主要原子核只有質(zhì)子,沒(méi)有中子 拉莫爾進(jìn)動(dòng)：磁矩繞著靜

4、磁場(chǎng)B0并保持一定的角度,沿著一個(gè)固定的錐面軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)方式拉莫爾頻率/進(jìn)動(dòng)頻率 0= rB0 r = 磁旋比，常數(shù) B0 =靜磁場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng) 0 =質(zhì)子的共振頻率（一）基本概念（二） 磁場(chǎng)對(duì)原子核磁矩的作用 大量的核磁矩在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí),其方向排列是隨機(jī)的，無(wú)規(guī)律，相互抵消，宏觀磁矩為零。B0位能高，逆磁場(chǎng)方向位能高，逆磁場(chǎng)方向位能低，順磁場(chǎng)方向位能低，順磁場(chǎng)方向, ,穩(wěn)定穩(wěn)定 在外磁場(chǎng)（B0）的作用下,則核磁矩沿著外磁場(chǎng)方向排列。（二） 磁場(chǎng)對(duì)原子核磁矩的作用沿著主磁場(chǎng)方向?yàn)檠刂鞔艌?chǎng)方向?yàn)閆 Z軸（縱軸）；軸（縱軸）；垂直于主磁場(chǎng)方向的平面為垂直于主磁場(chǎng)方向的平面為XYXY平面（水平面平面（水平

5、面););左右方向?yàn)樽笥曳较驗(yàn)閅 Y軸；前后方向?yàn)檩S；前后方向?yàn)閄 X軸。軸。宏觀磁化向量： 全部磁矩重新定向所產(chǎn)生的磁化向量，單位體積中全部原子核的磁矩磁化向量（M）與磁場(chǎng)的三維坐標(biāo)。XZB1MY（二） 磁場(chǎng)對(duì)原子核磁矩的作用射頻脈沖（Radio Frequency pulse,RF) ： 一定頻率的無(wú)線電波或射頻能量,使磁化向量以90的傾斜角旋轉(zhuǎn)的射頻脈沖稱(chēng)為90脈沖.核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)： 利用射頻脈沖(Radio Frequency pulse)對(duì)平衡態(tài)的自旋系統(tǒng)做功,使其吸收能量,射頻停止,系統(tǒng)能量釋放能量.（二） 磁場(chǎng)對(duì)原子核磁矩

6、的作用弛豫過(guò)程(relaxation)： 是指自旋系統(tǒng)吸收能量后由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至其平衡態(tài)的過(guò)程.這一過(guò)程所用時(shí)間為弛豫時(shí)間(縱向磁化恢復(fù)和橫向磁化衰減的過(guò)程) 弛豫過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)變過(guò)程,磁距恢復(fù)狀態(tài)過(guò)程隨時(shí)間延長(zhǎng)而改變,是磁共振成像的關(guān)鍵.（二） 磁場(chǎng)對(duì)原子核磁矩的作用1*T15*T12*T13*T14*T1MZ 0Time100%63%縱向弛豫(T1弛豫)： 是指90射頻脈沖激發(fā)停止后縱向磁化分量(Mz)將緩慢增大到最初值,成指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng).恢復(fù)至平衡態(tài)的過(guò)程.（一） 縱向馳豫T11*T15*T12*T13*T14*T1Mo0.5*Mo 063% of M0MzTime脂肪脂肪白質(zhì)白質(zhì)灰質(zhì)灰質(zhì)

7、腦脊液腦脊液MZT1 Relaxation（二）橫向馳豫橫向弛豫(T2馳豫)： 射頻脈沖停止后,橫向磁化分量Mxy很快衰減到零,并且呈指數(shù)規(guī)律衰減到RF作用前的零狀態(tài). 橫向弛豫是一個(gè)從最大值恢復(fù)至零狀態(tài)的過(guò)程. MXYt(ms)37%84921011400腦脊液腦脊液灰質(zhì)灰質(zhì)白質(zhì)白質(zhì)脂肪脂肪T2 RelaxationTime63%37%100%T1T2MZT1 & T2ZM0M1YXMXYRF線圈信號(hào)檢測(cè)YZM(t)O橫向磁化的產(chǎn)生橫向磁化的產(chǎn)生拉莫進(jìn)動(dòng)拉莫進(jìn)動(dòng)OMR信號(hào)的形成 RF Pulse 停止后，縱向磁化矢量轉(zhuǎn)向橫向并在XY平面內(nèi)繞Z軸進(jìn)動(dòng)。XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁體可以在接收線圈

8、內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這個(gè)隨時(shí)間波動(dòng)的電壓即為MR信號(hào)。 (磁場(chǎng))Electromagnetism根據(jù)法拉第定率產(chǎn)生電流。BoBo( (電流電流)current)currentXY(一) 電磁感應(yīng)0tFIDV幅度自由感應(yīng)衰減信號(hào)(free induction decay FID)： 以頻率在XY平面內(nèi)自由旋進(jìn)的橫向磁化矢量在線圈感應(yīng)出頻率相同,幅度按指數(shù)方式快速衰減的MR信號(hào)(二) FID信號(hào)MR成像3個(gè)基本軸：Z,X,YZ：人體從頭到足，沿著這個(gè)軸選擇人體橫斷面X：人體從左到右，沿著這個(gè)軸選擇人體矢狀面Y：人體從前到后，沿著這個(gè)軸選擇人體冠狀面（三）梯度磁場(chǎng)與定位梯度磁場(chǎng)(G)： 人體的軸分為Gz

9、、Gx、Gy。梯度磁場(chǎng)是在主磁場(chǎng)基礎(chǔ)上再外加的一種磁場(chǎng)，使成像時(shí)感興趣人體段塊受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)微小的差別w0 - gz2Gzw0w0 + gz1GzIsocenterGradient amplitudes（三）梯度磁場(chǎng)與定位選層梯度： 在主磁體中加一個(gè)梯度磁場(chǎng),則被檢體各部位質(zhì)子群的進(jìn)動(dòng)頻率可因磁場(chǎng)強(qiáng)度不同而有所區(qū)別，這樣可對(duì)被檢體某一部位進(jìn)行MR成像,MR的空間定位靠的是梯度磁場(chǎng),通過(guò)梯度磁場(chǎng)達(dá)到選層的目的.（三）梯度磁場(chǎng)與定位相位編碼：在激勵(lì)脈沖結(jié)束后,在沿層面的Y軸方向加一短時(shí)間的梯度磁場(chǎng)GY,由于不同Y坐標(biāo)的自旋磁矩的進(jìn)動(dòng)頻率不一樣,從而在磁場(chǎng)GY撤除后,磁矩的位相不一樣.依據(jù)位相的

10、不同可以區(qū)分Y坐標(biāo),這稱(chēng)為相位編碼.（三）梯度磁場(chǎng)與定位頻率編碼：在相位編碼結(jié)束后，沿X軸方向加一梯度磁場(chǎng)GX，從而使不同X坐標(biāo)的自旋磁矩的進(jìn)動(dòng)頻率不一樣，進(jìn)而依據(jù)這種進(jìn)動(dòng)頻率的差異來(lái)確定X坐標(biāo)。稱(chēng)為頻率編碼。（三）梯度磁場(chǎng)與定位XYZ通過(guò)空間編碼以后，不同體素發(fā)射的通過(guò)空間編碼以后，不同體素發(fā)射的MRMR信號(hào)頻率、相位、相位信號(hào)頻率、相位、相位變化率不同，依據(jù)這些信息和信號(hào)強(qiáng)度可正確地重建圖像。變化率不同，依據(jù)這些信息和信號(hào)強(qiáng)度可正確地重建圖像。信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)強(qiáng)度S S頻率編碼頻率編碼相位編碼相位編碼傅里葉變換 傅里葉變換就是將信號(hào)的時(shí)間-強(qiáng)度函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率-強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系. 將XY方向上

11、的傅里葉變換,可實(shí)現(xiàn)XY平面內(nèi)MR信號(hào)的空間定位,實(shí)現(xiàn)斷面圖像的重建.二、MRI的基本結(jié)構(gòu)1、MRI分類(lèi)：成像范圍：實(shí)驗(yàn)用MRI、局部MRI、全身MRI主磁場(chǎng)的產(chǎn)生方法：永磁型、常導(dǎo)型、混合型、 超導(dǎo)型用途：介入型、通用型2、磁共振系統(tǒng)： 主磁體系統(tǒng)、梯度磁場(chǎng)系統(tǒng)、射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、運(yùn)行保障系統(tǒng)。SouthtransmitreceiveA Simple MR Machine二、MRI的基本結(jié)構(gòu)二、MRI的基本結(jié)構(gòu)二、MRI的基本結(jié)構(gòu)目錄第二節(jié) 主磁體系統(tǒng)第二節(jié)主磁體系統(tǒng)MRI磁體有三種類(lèi)型： 永磁型 電阻型 超導(dǎo)型MRI磁體的作用是： 產(chǎn)生靜態(tài)主磁場(chǎng)B0，使人體內(nèi)的氫質(zhì)子在磁場(chǎng)內(nèi)

12、形成進(jìn)動(dòng)，產(chǎn)生靜態(tài)磁化量。磁場(chǎng)強(qiáng)度1、主磁場(chǎng)強(qiáng)度（B0）又叫靜磁場(chǎng)，在一定范圍內(nèi)，靜磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)則氫質(zhì)子所產(chǎn)生的磁矩越大，信號(hào)越強(qiáng)，圖像的信噪比（SNR）也越高。磁場(chǎng)強(qiáng)度： 0.3T稱(chēng)為低磁場(chǎng)強(qiáng) 0.3T-1.0T稱(chēng)為中場(chǎng)強(qiáng) 1.0T稱(chēng)為高磁場(chǎng)強(qiáng)8.0T 9.0TB0SN2、磁場(chǎng)均勻度(homogeneity) 是指在特定容積限度內(nèi)磁場(chǎng)的同一性程度（即穿過(guò)單位面積的磁感應(yīng)線是否相同）。 任何線圈的磁場(chǎng)都不會(huì)均勻,固要加一均勻線圈來(lái)補(bǔ)償。磁場(chǎng)均勻度person in magnetic fieldmagnetperson in magnetic field 主磁場(chǎng)是MRI的磁體在其工作孔徑內(nèi)產(chǎn)生均

13、勻強(qiáng)磁場(chǎng)。如要掃描空間定位還要在B0之上施加梯度磁場(chǎng)（B） 體素上的B必須大于其磁場(chǎng)偏差扭曲定位信號(hào)降低成像質(zhì)量。 磁場(chǎng)偏差大均勻性越差圖像質(zhì)量。磁場(chǎng)均勻度磁場(chǎng)穩(wěn)定性3、磁場(chǎng)穩(wěn)定性 包括時(shí)間穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性磁場(chǎng)漂移： 磁體可以受附近的鐵磁性物質(zhì)，環(huán)境溫度或勻場(chǎng)電源漂移因數(shù)的影像，磁場(chǎng)的均勻度或場(chǎng)質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化， 永磁體和常導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性比較差； 超導(dǎo)磁體的時(shí)間穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好。有效孔徑4、有效孔徑 是指梯度線圈，勻場(chǎng)線圈，射頻體線圈和內(nèi)護(hù)板等安裝完畢后形成的柱型空間。有效孔徑OPENOPEN磁體系統(tǒng)磁體系統(tǒng), ,半敞開(kāi)磁體受檢者不易產(chǎn)生恐懼心理半敞開(kāi)磁體受檢者不易產(chǎn)生恐懼心理, ,而且能

14、開(kāi)而且能開(kāi)展展MRIMRI介入檢查介入檢查. .有效孔徑半敞開(kāi)磁體系統(tǒng)半敞開(kāi)磁體系統(tǒng)磁場(chǎng)的安全性5、屏蔽逸散磁場(chǎng)對(duì)人體健康或其他醫(yī)療設(shè)備造成的損害、干擾和破壞，需采取屏蔽措。0.3T二、主磁體的種類(lèi)與特點(diǎn)MRI成像磁體可分四種類(lèi)型： 永磁型 常導(dǎo)型 超導(dǎo)型 混合型 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低，場(chǎng)強(qiáng)可以達(dá)到造價(jià)低，場(chǎng)強(qiáng)可以達(dá)到0.3T0.3T，能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)圖像，需要功率極，能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)圖像，需要功率極小，維護(hù)費(fèi)用低，可裝在一個(gè)相對(duì)小的房間里。小，維護(hù)費(fèi)用低，可裝在一個(gè)相對(duì)小的房間里。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：磁場(chǎng)強(qiáng)度較低，磁場(chǎng)的均勻度和強(qiáng)度欠穩(wěn)定，易受外界因素磁場(chǎng)強(qiáng)度較低，磁場(chǎng)的均勻度和強(qiáng)度欠穩(wěn)定，易受外界因素的影響（

15、尤其是溫度），不能滿(mǎn)足臨床波譜研究的需要。的影響（尤其是溫度），不能滿(mǎn)足臨床波譜研究的需要。1、永磁型(permanent magnet) 材料主要有鋁鎳鈷，鐵氧體和稀土鈷三種類(lèi)型。由多塊材料拼接成,主要有兩種，即環(huán)型和軛型。永久磁體優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低，工藝不復(fù)雜，可以減小半徑或加大線圈電流的方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低，工藝不復(fù)雜，可以減小半徑或加大線圈電流的方法來(lái)提高常導(dǎo)型磁體的場(chǎng)強(qiáng)。法來(lái)提高常導(dǎo)型磁體的場(chǎng)強(qiáng)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：功耗大，需有完善的循環(huán)水冷裝置，運(yùn)行費(fèi)用高，磁場(chǎng)穩(wěn)定度和磁功耗大，需有完善的循環(huán)水冷裝置，運(yùn)行費(fèi)用高，磁場(chǎng)穩(wěn)定度和磁場(chǎng)均勻性差，受環(huán)境影響大。常導(dǎo)場(chǎng)均勻性差，受環(huán)境影響大。常

16、導(dǎo)MRIMRI正逐步被淘汰。正逐步被淘汰。2、常導(dǎo)型(conventional magnet阻抗型磁體) 是根據(jù)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理設(shè)計(jì)的。當(dāng)電流通過(guò)圓形線圈時(shí)，在導(dǎo)線的周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。常導(dǎo)磁體的線圈是由高導(dǎo)電性的金屬導(dǎo)線或薄片繞制而成。它的結(jié)構(gòu)主要由各種線圈組成 常導(dǎo)磁體優(yōu)點(diǎn)：場(chǎng)強(qiáng)高，穩(wěn)定性和均勻度好，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，必要時(shí)可以關(guān)閉磁場(chǎng)優(yōu)點(diǎn)：場(chǎng)強(qiáng)高，穩(wěn)定性和均勻度好，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，必要時(shí)可以關(guān)閉磁場(chǎng) 缺點(diǎn)：超導(dǎo)線圈須浸泡在密封的液氮杜瓦中方能工作，技術(shù)復(fù)雜和成本高缺點(diǎn)：超導(dǎo)線圈須浸泡在密封的液氮杜瓦中方能工作，技術(shù)復(fù)雜和成本高 3、超導(dǎo)型(super conducting magnet)

17、 利用超導(dǎo)材料在絕對(duì)零度-273C的零電阻特性，在很小的導(dǎo)線上通過(guò)強(qiáng)大的電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，0.5T8.0T。 荷蘭科學(xué)家昂尼斯（Kamerlingh Onnes） 在1911年首先發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，科學(xué)家昂尼斯獲得了1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。超導(dǎo)磁體混合磁體4、混合型磁體 利用兩種或兩種以上的磁體技術(shù)構(gòu)造而成的磁體。常見(jiàn)的有永磁型和常導(dǎo)型磁體的組合。優(yōu)點(diǎn)： 可以產(chǎn)生較高的場(chǎng)強(qiáng)，克服了永磁體不穩(wěn)定、笨重和 常導(dǎo)磁體功耗大的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)： 構(gòu)造復(fù)雜，需安裝低溫容器造價(jià)也較高三、主磁場(chǎng)的勻場(chǎng)措施勻場(chǎng)：磁體安裝完畢后還要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行物理調(diào)整。 無(wú)論是哪種磁體，一般都存在不均勻性，而且此不均勻度都超過(guò)了MR

18、成像的要求。為了使磁體在一定的空間防衛(wèi)內(nèi)到達(dá)一定的標(biāo)準(zhǔn)，往往要借助勻場(chǎng)系統(tǒng)對(duì)磁體進(jìn)行勻場(chǎng)工作。 一是有源勻場(chǎng)：通過(guò)適當(dāng)調(diào)整勻場(chǎng)線圈的電流大小和方向，產(chǎn)生所需補(bǔ)償?shù)男〉拇艌?chǎng)，達(dá)到減小或消去靜磁場(chǎng)的不均勻性 二是無(wú)源勻場(chǎng)：在主磁體孔洞內(nèi)壁上貼補(bǔ)專(zhuān)用的小鐵片，改變附近的磁力線密度和走向來(lái)提高磁場(chǎng)均勻性的方法磁場(chǎng)磁場(chǎng)三、主磁場(chǎng)的勻場(chǎng)措施目錄第三節(jié) 梯度磁場(chǎng)系統(tǒng) 梯度系統(tǒng)：是指與梯度磁場(chǎng)有關(guān)的電路單元及梯度線圈。 功 能：是為系統(tǒng)提供滿(mǎn)足的線性度和快速開(kāi)關(guān)的梯度磁場(chǎng)。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)射頻線圈射頻線圈磁體磁體梯度線圈梯度線圈梯度系統(tǒng)梯度系統(tǒng)第三節(jié) 梯度磁場(chǎng)系統(tǒng)梯度系統(tǒng)的組成組成： 梯度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DA

19、C)、梯度放大器、梯度線圈、梯度冷卻系統(tǒng)梯度磁場(chǎng)的作用 在磁共振成像區(qū)域內(nèi)的靜磁場(chǎng)上，動(dòng)態(tài)疊加三個(gè)線性的梯度磁場(chǎng)，一個(gè)作為層面選擇梯度，另兩個(gè)作為頻率編碼與相位編碼，從而實(shí)現(xiàn)成像體素的選層和空間三維編碼的功能。三個(gè)梯度線圈位置超導(dǎo)磁體與梯度線圈超導(dǎo)磁體與梯度線圈梯度磁場(chǎng)性能梯度磁場(chǎng)（gradient magnetic field, B)：梯度磁場(chǎng)簡(jiǎn)稱(chēng)梯度場(chǎng)，主要性能指標(biāo)有： 有效容積 線 性 梯度強(qiáng)度 梯度場(chǎng)變化率 梯度場(chǎng)啟動(dòng)時(shí)間(上升時(shí)間)梯度磁場(chǎng)的產(chǎn)生 梯度線圈有三個(gè)GX，GY和GZ，分別產(chǎn)生X,Y,Z三維方向的梯度磁場(chǎng)。 三個(gè)梯度線圈分別有三個(gè)單獨(dú)的電源發(fā)生系統(tǒng)供電，每組梯度線圈由兩個(gè)電

20、流方向相反的同軸線圈組成產(chǎn)生最大線性磁場(chǎng)。 GX,GY和GZ封在纖維玻璃制作的大圓筒里，線圈產(chǎn)生的熱常用水冷和風(fēng)冷。梯度線圈B0B0超導(dǎo)磁體系統(tǒng)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)梯度場(chǎng)3GZ梯度線圈： 有多種形式，最簡(jiǎn)單的是馬克斯威爾對(duì)。當(dāng)兩線圈的距離為線圈半徑的 倍時(shí)，能得到最均勻、線性最好的梯度磁場(chǎng)。GZ梯度線圈GX梯度線圈和GY梯度線圈GX梯度線圈和GY梯度線圈： 廣泛采用鞍形梯度線圈，由兩對(duì)（或四對(duì)）鞍形線圈組成。增加鞍形線圈的對(duì)數(shù)可提高梯度場(chǎng)線性度。梯度磁場(chǎng)的產(chǎn)生流程 梯度磁場(chǎng)是脈沖電流通過(guò)梯度線圈產(chǎn)生的，需較大的電源容量。梯度控制器（GCU）： GCU的任務(wù)是按系統(tǒng)主控單元的指令，發(fā)出所選梯度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字

21、信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），梯度磁場(chǎng)系統(tǒng)中，對(duì)梯度放大器的各種精確控制正是由梯度控制器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器共同完成的。梯度磁場(chǎng)的產(chǎn)生流程數(shù)模轉(zhuǎn)換器： 將數(shù)字量變?yōu)槟M量輸出的器件。DAC收到梯度控制器發(fā)送的、標(biāo)志梯度電流大小的代碼后，立即轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓控制信號(hào)，并通過(guò)線性模擬運(yùn)算放大器進(jìn)行預(yù)放大。梯度放大器： 由于梯度線圈形狀特殊，匝數(shù)少，需輸入數(shù)百安培的電流才能達(dá)到規(guī)定的梯度值。 梯度放大器的輸入信號(hào)就是來(lái)自DAC的模擬電壓信號(hào)，輸出的是供梯度線圈產(chǎn)生梯度場(chǎng)的梯度電流。梯度電流多采用霍爾元件進(jìn)行探測(cè)，負(fù)反饋設(shè)計(jì)進(jìn)行精確的梯段電流值調(diào)控。渦流的影響和補(bǔ)償 當(dāng)梯度磁場(chǎng)切換時(shí)，變化的磁場(chǎng)在周?chē)鷮?dǎo)體中

22、感應(yīng)出圓形電流，稱(chēng)為渦流。渦流自身又產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，其方向與梯度線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反，渦流會(huì)削弱磁場(chǎng)梯度，使梯度場(chǎng)波形畸變，使圖像產(chǎn)生偽影?？朔u流的干擾，最常采取的措施有： 在梯度電流輸出單元中加入RC網(wǎng)絡(luò)，預(yù)先對(duì)梯度電流進(jìn)行補(bǔ)償 在梯度線圈與磁體間增加一個(gè)與梯度線圈同軸的輔助梯度線圈，但電流方向相反且同時(shí)通斷 使用高電阻材料制造特殊的磁體，以阻斷渦流通路。目錄第四節(jié) 射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)第四節(jié) 射頻發(fā)射與接收系統(tǒng) 包括射頻脈沖發(fā)射系統(tǒng)和射頻信號(hào)接收系統(tǒng)兩部分。 射頻系統(tǒng)(RF system)是MRI系統(tǒng)中利用射頻線圈實(shí)施射頻激勵(lì)并接受和處理RF信號(hào)的功能單元。 射頻系統(tǒng)要根據(jù)掃描序列的要求發(fā)

23、射各種翻轉(zhuǎn)角的射頻波；接受成像區(qū)域內(nèi)氫質(zhì)子的共振信號(hào)。RF的寬度和幅度都是計(jì)算機(jī)和射頻控制單元控制的。 共振信號(hào)只有微伏的數(shù)量級(jí)，要求的射頻接收系統(tǒng)的靈敏度和放大倍數(shù)都非常高。射頻脈沖與射頻線圈1.射頻線圈功能 發(fā)射：輻射一定頻率和功率的電磁波，使被檢體內(nèi)的氫質(zhì)子受到激勵(lì)而發(fā)生共振 接收：指檢測(cè)被激氫質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)行為，即獲取MR信號(hào) 在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)射線圈和接收線圈常為同一個(gè)，即兩用線圈。發(fā)射和接收通過(guò)電路進(jìn)行快速切換。2.射頻線圈的分類(lèi)根據(jù)功能分為: 發(fā)射線圈、接受線圈和兩用線圈根據(jù)檢查部位分為: 頭線圈和體線圈（兩用）線圈與被測(cè)組織的距離越近，信號(hào)越強(qiáng)常用的頭線圈(head coil)2.射

24、頻線圈的分類(lèi)按適用范圍分類(lèi) （1） 全容積線圈：能夠整個(gè)地包容或包裹一定成像部位的柱狀線圈，用于大體積或器官的大范圍成像。如頭線圈 （2） 表面線圈與體腔內(nèi)線圈：是一種可緊貼成像部位放置的接收線圈，用于表淺組織和器官成像。體腔內(nèi)線圈：直腸內(nèi)線圈用于前列腺磁共振成像和磁共振波譜成像。 （3） 相控陣線圈：由兩個(gè)以上的小線圈或線圈單元組成的線圈陣列。體線圈體線圈腹部檢查頭線圈頭線圈頭部檢查膝線圈膝線圈膝部檢查乳腺線圈乳腺線圈頸線圈頸線圈射頻的產(chǎn)生與接收（一）射頻脈沖的產(chǎn)生 射頻脈沖發(fā)射系統(tǒng)的功能是在射頻控制器的作用下，產(chǎn)生掃描序列所需的各種任意角度射頻脈沖。在射頻發(fā)射電路中，是通過(guò)連續(xù)調(diào)整B1的幅

25、度來(lái)改變RF脈沖翻轉(zhuǎn)角度的。 射頻脈沖是由振蕩器、頻率合成器、放大器、波形調(diào)制器、終端發(fā)射匹配電路及RF發(fā)射線圈等組成的電路產(chǎn)生的。RF產(chǎn)生1.射頻振蕩器：是一種能產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的振蕩器，為發(fā)生器提供穩(wěn)定的射頻電源，為脈沖程序器提供時(shí)鐘。2.頻率合成器：混頻作用。3.RF波形調(diào)節(jié)器：產(chǎn)生需要的波形。4.脈沖功率放大器：是發(fā)射系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。 通過(guò)一個(gè)阻抗匹配的網(wǎng)絡(luò)輸入電流到射頻線圈，發(fā)射一定功率的射頻波。5.阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)：起緩沖器和開(kāi)關(guān)的作用，兩用線圈需通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換。RF產(chǎn)生射頻信號(hào)的接收 當(dāng)射頻脈沖關(guān)斷后，強(qiáng)化強(qiáng)度矢量將回到其初始的平衡位置時(shí)，射頻接收線圈就會(huì)感應(yīng)出一個(gè)FID信號(hào)

26、，這個(gè)信號(hào)由耦合電路進(jìn)入前置放大器、接收門(mén)、中頻放大器、檢波器得到磁共振信號(hào)，再進(jìn)行低放和濾波，檢波器得到，最后再進(jìn)行低放和濾波。1.前置放大器：射頻接收單元的重要組成部分。放大從接收線圈中感應(yīng)出的FID信號(hào)射頻信號(hào)的接收2.接收控制門(mén)：一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，隔離作用，防止在發(fā)送射頻脈沖器件，電流泄漏到射頻接收系統(tǒng)。3.混頻器：為了提高放大器的靈敏度與穩(wěn)定性4.相敏檢波器：正交檢波，區(qū)分頻率和相位不同的信號(hào)5.頻率放大與低通濾波器：將低頻信號(hào)放大，并用于衰減信號(hào)頻率范圍之外的高頻成分6.信號(hào)采用與量化射頻信號(hào)的接收目錄第五節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第五節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 在MRI設(shè)備中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)

27、、單片機(jī)、微處理器等，構(gòu)成了MRI設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)。 高檔次微型機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)預(yù)處理、快速傅立葉變換和卷積反投影運(yùn)算。 單片機(jī)、微機(jī)處理器負(fù)責(zé)信息調(diào)度（如人機(jī)交互等）與系統(tǒng)控制（如控制梯度磁場(chǎng)、射頻脈沖）。一、主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（一）功能與組成 功能：主要是控制用戶(hù)與磁共振各系統(tǒng)之間的通信，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各部分的運(yùn)行進(jìn)行控制，使整個(gè)成像過(guò)程各部分的動(dòng)作協(xié)調(diào)一致，產(chǎn)生所需的高質(zhì)量圖像。并通過(guò)運(yùn)行掃描軟件來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的所有應(yīng)用要求，如掃描控制（控制梯度磁場(chǎng)、射頻脈沖）、病人數(shù)據(jù)管理、歸檔圖像、控制圖像的重建和顯示等、評(píng)價(jià)圖像以及機(jī)器檢測(cè)（包括自檢）等。 組成：主機(jī)、磁盤(pán)存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器、控制臺(tái)、主圖像顯示器（

28、主診斷臺(tái)）、輔助圖像顯示器（輔診斷臺(tái)或工作站）、圖像硬拷貝輸出設(shè)備（多幅相機(jī)、激光相機(jī)）、網(wǎng)絡(luò)適配器、測(cè)量系統(tǒng)的接口部件等。主圖像顯示器又是控制臺(tái)的一部分，用于監(jiān)視掃描和機(jī)器的運(yùn)行狀況。應(yīng)用軟應(yīng)用軟件件操作系操作系統(tǒng)統(tǒng)主計(jì)算主計(jì)算機(jī)機(jī)硬件接口及硬件接口及掃描控制器掃描控制器測(cè)量設(shè)測(cè)量設(shè)備備用戶(hù)層用戶(hù)層計(jì)算機(jī)層計(jì)算機(jī)層接口接口測(cè)量系統(tǒng)層測(cè)量系統(tǒng)層軟件軟件硬件硬件（二）軟件系統(tǒng) 整個(gè)MRI系統(tǒng)從物理的觀點(diǎn)來(lái)看可分為用戶(hù)層、計(jì)算機(jī)層、接口層和測(cè)量系統(tǒng)等四層。從控制的觀點(diǎn)來(lái)看，又可分為軟件和硬件兩層。應(yīng)用軟件通過(guò)操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件與主計(jì)算機(jī)發(fā)生聯(lián)系，從而控制整個(gè)MRI設(shè)備的運(yùn)行。 如圖所示：圖像重建：

29、 圖像的重建是一個(gè)極其復(fù)雜的信號(hào)處理過(guò)程，必須在復(fù)雜且嚴(yán)格的程序軟件控制下進(jìn)行。圖像重建的本質(zhì)是對(duì)原始數(shù)據(jù)的高速數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括累加平均去噪聲、相位校正、傅立葉變換等）。圖像重建既可用軟件完成也可用硬件完成，軟件重建的速度要慢于硬件。二、圖像重建與顯示圖像顯示： 圖像重建結(jié)束后，得到的是表示圖像各點(diǎn)不同亮度的一組數(shù)據(jù)，這些圖像數(shù)據(jù)立即被送入主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)器或硬盤(pán)中，并以圖像的形式輸出才能讓人眼看到。最成熟、最受歡迎的顯示方法是電子視頻顯示系統(tǒng)，目前比較流行的是液晶顯示器。圖像的顯示不僅限于當(dāng)前的病人，在會(huì)診或進(jìn)行回顧性研究時(shí)還需要調(diào)出以往病人的圖像。二、圖像重建與顯示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作系統(tǒng)（

30、operating system)磁共振信號(hào)產(chǎn)生磁共振信號(hào)產(chǎn)生檢測(cè)檢測(cè)編碼編碼磁體發(fā)射與接收線圈射頻發(fā)射器射頻接收器供電系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)存儲(chǔ)圖像重建顯示圖像重建顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)磁共振成像流程MRI的優(yōu)點(diǎn)： 1.無(wú)放射線損害，迄今也未見(jiàn)有MRI對(duì)人體產(chǎn)生損傷 的報(bào)道； 2.軟組織密度分辨率高于CT，而空間分辨率也可與 CT相媲美，直徑小于2厘米的胰癌也能發(fā)現(xiàn)； 3.可直接作任意的切層掃描； 4.成像參數(shù)及方法多，所獲得診斷信息較CT豐富； 5.一般無(wú)需作增強(qiáng)掃描，近年采用的一種特殊的MRI 增強(qiáng)劑（Gd-DTPA）以增強(qiáng)病灶的信號(hào)對(duì)比，且 無(wú)潛在危險(xiǎn)的碘過(guò)敏反應(yīng)；與CT相比MRI的

31、優(yōu)缺點(diǎn) 6.借助于質(zhì)子的流動(dòng)效應(yīng)，可清晰顯示血管，尤 其是運(yùn)用數(shù)字減影原理可作MRI血管造影； 7.無(wú)骨性偽影，對(duì)顱窩病變的診斷比CT優(yōu)越得多。MRI的缺點(diǎn)： 1.鈣化及骨病灶不能顯示； 2.掃描時(shí)間一般較長(zhǎng)，每日能檢查的人數(shù)較CT少； 3.上腹部MRI仍存在運(yùn)動(dòng)偽影干擾； 4.體內(nèi)有磁性金屬物者不能檢查； 5.價(jià)格昂貴。 與CT相比MRI的優(yōu)缺點(diǎn)目錄第六節(jié) 磁場(chǎng)的屏蔽第六節(jié) 磁場(chǎng)的屏蔽（一）等高斯線圖 雜散磁場(chǎng)：MRI磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，向各個(gè)方向散布。 1.以磁體原點(diǎn)為中心向周?chē)臻g發(fā)散，有一定的對(duì)稱(chēng)性。 2.用等高斯線圖來(lái)形象地表示雜散磁場(chǎng)的分布。第六節(jié) 磁場(chǎng)的屏蔽 當(dāng)雜散磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一

32、定程度時(shí)，可能干擾周?chē)h(huán)境中磁敏感性強(qiáng)的設(shè)備，影響正常工作。這種影響通常在5高斯線內(nèi)區(qū)域非常明顯。雜散磁場(chǎng)對(duì)部分醫(yī)療設(shè)備的影響雜散磁場(chǎng)對(duì)部分醫(yī)療設(shè)備的影響設(shè)備總類(lèi)設(shè)備總類(lèi)最大磁場(chǎng)最大磁場(chǎng)強(qiáng)度（強(qiáng)度（mTmT）距磁體中心的一般最小距離距磁體中心的一般最小距離0.15T0.15T0.5T0.5T 1.0T1.0T 1.5T1.5T 2.0T2.0T信用卡、磁盤(pán)、照相機(jī)信用卡、磁盤(pán)、照相機(jī)3 34 45 56 66.56.59 9X-TVX-TV、顯示器等、顯示器等1 15 57 79 910101313心臟起搏器心臟起搏器0.50.56 68 8111112121515影像增強(qiáng)器、照相機(jī)、影像增強(qiáng)

33、器、照相機(jī)、X-CTX-CT0.10.112121616202023232525（二）磁場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響 磁體周?chē)h(huán)境的變化會(huì)影響磁場(chǎng)的均勻程度，磁場(chǎng)干擾(源)分為靜干擾和動(dòng)干擾兩大類(lèi)。靜干擾： 建筑物中的鋼梁、鋼筋等鐵磁性加固物屬于靜干擾。這類(lèi)干擾對(duì)磁場(chǎng)的影響一般可通過(guò)有源或無(wú)源勻場(chǎng)的辦法加以克服。（三）環(huán)境對(duì)磁場(chǎng)的影響動(dòng)干擾: 移動(dòng)或變化的磁場(chǎng)干擾源。其特點(diǎn)是在MRI安裝前無(wú)法估計(jì)。動(dòng)干擾有兩類(lèi)： 移動(dòng)的鐵磁性物體，如輪椅、小汽車(chē)等 可產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的裝置，如變壓器等 對(duì)磁場(chǎng)的影響程度取決于各自的重量、距磁體的遠(yuǎn)近以及交變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。計(jì)算結(jié)果證明可允許最大交變磁場(chǎng)干擾為0.001高斯。（三）環(huán)

34、境對(duì)磁場(chǎng)的影響干擾源干擾源至磁體中心的最小距離至磁體中心的最小距離(m)(m)地板內(nèi)的鋼筋網(wǎng)地板內(nèi)的鋼筋網(wǎng)(15kg/m(15kg/m2 2) )11鋼梁、支持物、混凝支柱鋼梁、支持物、混凝支柱55輪椅、擔(dān)架輪椅、擔(dān)架88大功率電纜、變壓器大功率電纜、變壓器1010活動(dòng)床、電瓶車(chē)、小汽車(chē)活動(dòng)床、電瓶車(chē)、小汽車(chē)1212起重機(jī)、卡車(chē)起重機(jī)、卡車(chē)1515鐵路、地鐵、電車(chē)鐵路、地鐵、電車(chē)3030MRI設(shè)備常見(jiàn)磁場(chǎng)干擾源為了盡量將5高斯線所圍區(qū)域限于磁體室內(nèi)，可增加磁體室的面積和高度，但一般并不可行。目前廣泛采用磁屏蔽來(lái)達(dá)目的。 磁屏蔽的概念：用高飽和度的鐵磁性材料來(lái)包容特定容積內(nèi)的磁力線。 防止外部鐵

35、磁性物質(zhì)對(duì)磁體內(nèi)部磁場(chǎng)均勻性的影響 削減磁屏蔽外部雜散磁場(chǎng)的分布主磁體屏蔽與射頻屏蔽可分為有源和無(wú)源兩種：有源屏蔽是由一個(gè)線圈或線圈系統(tǒng)組成的磁屏蔽。與工作線圈(內(nèi)線圈)相比，屏蔽線圈可稱(chēng)為外線圈。這種磁體的內(nèi)線圈中通以正向電流，以產(chǎn)生所需的工作磁場(chǎng)；外線圈中通以反向電流，以產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)來(lái)抵消工作磁場(chǎng)的雜散磁場(chǎng)，達(dá)到屏蔽的目的。主磁體屏蔽的分類(lèi)無(wú)源屏蔽：使用的是鐵磁性（鎳合金和鐵合金）屏蔽體，不使用電流。無(wú)源磁屏蔽可分為下述3種：（1）房屋屏蔽：在磁體室上下及四周墻體鑲?cè)?-8mm厚的鋼板，構(gòu)成封閉的磁屏蔽間。用材多(十噸左右)，價(jià)格昂貴。（2）定向屏蔽：若雜散磁場(chǎng)的分布僅在某個(gè)方向超出了規(guī)

36、定的限度(如5高斯)，可在該方向的墻壁中安裝屏蔽物，形成定向屏蔽。此法適用于MRI室和CT室共用一建筑物的情形。（3）自屏蔽：是指僅在磁體周?chē)惭b鐵磁材料屏蔽體的屏蔽方法。效果較好，體積大而重。主磁體屏蔽的分類(lèi) 全身MRI系統(tǒng)磁體的自屏蔽可以有板式、圓柱式、立柱式及圓頂罩式等多種結(jié)構(gòu)形式使主磁場(chǎng)的均勻性少受影響磁屏蔽的分類(lèi) 發(fā)射器的功率高達(dá)數(shù)千瓦，產(chǎn)生RF脈沖處于電磁波譜的米波段，極易干擾鄰近的無(wú)線電設(shè)備(如調(diào)頻無(wú)線電廣播)； 線圈接收到的共振信號(hào)功率為納瓦級(jí)，易受干擾。 常見(jiàn)的RF屏蔽用銅板或不銹鋼板制做，鑲嵌于磁體室的四周，構(gòu)成密封的射屏蔽體。所有屏蔽件均不能采用鐵磁材料制做。目錄射頻屏蔽第七節(jié) 超導(dǎo)及低溫系統(tǒng)化第七節(jié) 超導(dǎo)及低溫系統(tǒng) 超導(dǎo)（電）性：有些特殊金屬或合金，在極低的溫度下，電阻突然消失的現(xiàn)象 超導(dǎo)體：具有超導(dǎo)性的物質(zhì) 臨界溫度（TC）：超導(dǎo)體從呈現(xiàn)一定電阻的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮铻榱愕某瑢?dǎo)態(tài)時(shí)所處的溫度 高溫超導(dǎo)體：臨界溫度在液氮溫區(qū)以上的超導(dǎo)體系統(tǒng)超導(dǎo)體的基本性質(zhì)完全導(dǎo)電性： 物質(zhì)進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)后電阻為零的性質(zhì)，相對(duì)直流電。溫度越接近TC、交流電的頻率越高，其損耗越顯著。完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）： 給處于超導(dǎo)態(tài)的某物體外加一磁場(chǎng)，磁感線將無(wú)