主磁體系統(tǒng)-4課件

1、主磁體系統(tǒng)第二節(jié) 主磁體 主磁體產(chǎn)生的靜態(tài)磁場，使人體組織內(nèi)的氫質(zhì)子在磁場內(nèi)形成磁矩，并以拉莫爾頻率沿磁場方向進行自旋。一、種類1永磁型（permanent magnet）2常導(dǎo)型（resistive magnet/ conventional magnet）3超導(dǎo)磁體（superconducting magnet）永磁體一般由多塊永磁材料堆積（拼接）而成。（1）永久磁體的優(yōu)點：永久磁體結(jié)構(gòu)簡單造價低，場強可以達到0.3T，消耗功率極小，維護費用低，雜散磁場小。（2）永久磁體的缺點：磁場強度較低，一般為0.3T，很少能有達到0.5T，不能滿足臨床磁共振波譜研究的需要。永磁體的磁場均勻性差。原因是

2、：用于拼接磁體的每塊材料的性能不可能完全一致；受磁極平面加工精度的影響；磁極本身的邊緣效應(yīng)（磁極軸線與邊緣磁場的不均勻性）。 永磁體對溫度變化非常敏感，它的磁場穩(wěn)定性是所有磁體中最差的，因此，磁體和機房的溫度變化控制在小于0.1之內(nèi)。 萬東：21+1度 日立：32.5度左右圓形線圈距離等于圓形線圈的半徑該磁體由兩對大小不同的線圈組成，其中內(nèi)側(cè)的大線圈對、外側(cè)的小線圈對，四個線圈排布在一個球形空間上。其場強與導(dǎo)體中的電流強度、導(dǎo)線的形狀和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。常導(dǎo)型磁體正是用電流通過線圈來產(chǎn)生磁場的。在一定限度內(nèi)可用大線圈電流的方法來提高常導(dǎo)型磁體的場強，通電導(dǎo)體的功耗與流經(jīng)它的電流的平方成正比。通

3、常僅用這類磁體來產(chǎn)生0.2T左右的橫向磁場。一個四線圈常導(dǎo)磁體消耗的功率將高達80kW。這些功率發(fā)出的熱量需要一套冷水系統(tǒng)來冷卻（也有風冷的）。 用空氣冷卻的磁體磁場一般為0.15T，用水冷卻的磁體磁場可超過0.2T。 常導(dǎo)磁體缺點：功耗大通常這種磁體僅產(chǎn)生0.2T左右的橫向磁場。一個四線圈常導(dǎo)磁體消耗的功率將高達80kW。所產(chǎn)生的熱量須用線圈兩旁流動的無離子冷水系統(tǒng)帶至磁體外散發(fā)掉（或風冷系統(tǒng)），運行費用高。均勻度差常導(dǎo)磁體的場均勻度受到線圈大小和定位精度的影響。一般來說線圈越大，成像區(qū)域磁場的均勻性越好。但為了減小線圈的長度以減小功率損耗，線圈就做得很小，從而降低了磁場的均勻度。四組圓形線

4、圈的位置、平行度、同軸度都有一定誤差。受環(huán)境因素影響大如室溫變化或線圈之間的作用力引起線圈繞組尺寸或位置的變化，也會影響磁場的穩(wěn)定性。 2.優(yōu)點：高場強（2T）、高穩(wěn)定性（3ppm/h）、高均勻性（40ppm/全孔徑）、不消耗電能3.缺點： 超導(dǎo)磁體制造復(fù)雜、昂貴和長期的低溫保障是兩大缺點。開放型永磁體結(jié)構(gòu)（如圖13-6所示） ： 主磁體分上（S極）、下（N極）兩個磁極。靜磁場方向垂直向上。左右兩根導(dǎo)磁柱支架托著上、下兩磁極的基座，磁極上面有極片（勻場）。在極片上粘貼著許多補償用的小磁片，還有一層減小渦流用的高阻材料。 低場開放式MRI永磁體產(chǎn)生的靜磁場方向為垂直方向 ，使用效率較高的螺旋管型

5、接收線圈。其他類型的主磁體磁場方向均為水平方向，只能使用馬鞍型接收線圈。螺旋管型接收線圈的接收信號的有效范圍更均勻、利用率更高、對稱性更好二、性能指標 1磁場強度：指MRI設(shè)備的靜磁場強度。分類：低磁場強度（0.3T以下） 中磁場強度（ 0.3T 1.0T） 高磁場強度（1.0T 1.5T ） 超高磁 場強度（1.5T以上）應(yīng)用：應(yīng)用型MRI采用低中場，應(yīng)用兼研究型MRI采用高場，研究型MRI采用超高磁場。原則：場強的選擇應(yīng)以能完成任務(wù)所要求的最低場強為原則，并非越強越好，這是因為高場強會帶來一些不利因素，會影響成像質(zhì)量。磁場強度對圖像質(zhì)量影響：對信噪比的影響：磁場強度越高，信號強度越大，信噪

6、比越高（非線性關(guān)系） 對對比度的影響：強度增高，T1變長，必須加長TR，才能獲得高對比度的T1加權(quán)圖像，這將導(dǎo)致掃描時間的延長，是不可取的。 對運動偽影和化學(xué)偽影的影響：共振頻率變高，自旋加快，同樣運動的相位漂移變大，使運動偽影和化學(xué)偽影增多 。 化學(xué)位移：同一種原子核在不同的化學(xué)環(huán)境中所產(chǎn)生的共振頻率的偏移，它正比于磁場強度，磁場強度高，化學(xué)偽影增多 。2磁場均勻度磁場均勻性是指在特定容積限度內(nèi)磁場的同一性，即穿過單位面積的磁感線是否相同。磁場均勻度在很大程度上決定著MRI設(shè)備的圖像質(zhì)量好壞。如MRI圖像的信噪比（S/N）、空間分辨力（SR）和有效視野（field of view，F(xiàn)OV）的

7、幾何畸變。磁場均勻度用磁場不均勻度（ppm，百萬分之一）衡量。磁場不均勻度越小，磁場均勻度越好。不均勻度（ppm）（）磁場均勻度與主磁場的大小有關(guān)。相同的ppm，磁場偏差不同。（）與測量范圍有關(guān)。整個掃描檢查孔徑范圍內(nèi)的均勻性為5ppm；而與磁體中心同心的、直徑為40cm和50cm的球體空間內(nèi)的磁場均勻性分別是1ppm和2ppm； （）對圖像質(zhì)量的影響。靜磁場均勻性越差，偏差越大，圖像質(zhì)量越差 。（）影響因素：永磁材料、磁極表面的光潔度（拋光）和磁極表面的曲率決定 。磁場均勻度不是恒定不變的，要定期對主磁體磁場均勻度進行調(diào)整。裝修裝飾材料、照明燈具、通風管道、消防管道、緊急排風扇、樓上樓下樓旁

8、的移動設(shè)備（甚至汽車、電梯）等環(huán)境因素的影響，其均勻性會改變。 （）調(diào)整磁場均勻度有兩種方法：a.改變磁極表面的曲率b.調(diào)整磁極間的氣隙磁通密度分布（）勻場（shimming）：磁體安裝完畢后還要在現(xiàn)場對磁場進行物理調(diào)整，稱為勻場。常用的勻場方法有無源和有源兩種。 a.無源勻場：是指在磁體孔洞內(nèi)壁上貼補專用的小鐵片（也稱勻場片，是軟磁材料），以提高磁場均勻性的方法。這種方法在勻場過程中不使用有源元件，因而稱為無源勻場。 無源勻場的一般過程是：測量場強數(shù)據(jù)計算勻場參數(shù)在相關(guān)位置貼補不同尺寸的小鐵片。這個過程要反復(fù)進行多次勻場用的小鐵片本來沒有磁性，一旦將它貼補到磁體內(nèi)、外壁，就會立刻被主磁場磁化

9、而成為條形磁鐵。 鐵片的大小、位置和數(shù)目要經(jīng)現(xiàn)場的測量、計算和實驗確定。 當小鐵片貼在磁體內(nèi)表面時，它對主磁場的影響是削弱的。 若將小鐵片貼在磁體外表面，則它對主磁場的影響應(yīng)該是加強的。磁體的壁厚可能削弱甚至完全阻斷小鐵片對主磁場的影響作用，因此，一般不采用此種方法。 無源勻場的原理b.有源勻場 ： 在有限的磁體孔洞內(nèi)，除了安裝梯度線圈外，一般還裝有勻場線圈，主要用于日后隨時彌補環(huán)境造成的磁場波動。有源勻場： 所謂有源勻場是指通過適當調(diào)整勻場線圈陣列中各線圈的電流強度，使其周圍的局部磁場發(fā)生變化來提高磁場整體均勻性。 、勻場電源的要求：在有源勻場過程中，勻場電源的質(zhì)量對于勻場效果起著至關(guān)重要的

10、作用，勻場電源波動時，不僅勻場目的達不到，而且主磁場的穩(wěn)定性會變差。因此，在MRI設(shè)備中勻場線圈的電流均由高精度、高穩(wěn)定度的專用電源提供。 2勻場線圈 勻場線圈由若干個小線圈組成，構(gòu)成以磁體中心為調(diào)節(jié)對象的線圈陣列。由于這些線圈的大小不同，產(chǎn)生的磁場也不同，因而對主磁場的影響程度就不一樣。 、勻場線圈的種類：有超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩種。超導(dǎo)型勻場線圈與主磁場線圈置于同一低溫容器中，其電流值高度穩(wěn)定，且不消耗電能，是近年來新出現(xiàn)的高品質(zhì)勻場手段。常導(dǎo)型勻場線圈使用最多，但它一方面要消耗能量，另一方面其勻場效果往往受勻場電源質(zhì)量的限制。因此，有些廠家的MRI設(shè)備僅采用無源勻場的措施。 4磁場的穩(wěn)定性 它

11、是保證MRI圖像的一致性和可重復(fù)性的重要指標。永磁體自身的衰減很少。受主磁體周圍鐵磁性物質(zhì)、環(huán)境溫度的影響，靜磁場的磁場強度會發(fā)生變化（磁場漂移）。在12小時之內(nèi)，一般要求磁場漂移小于5ppm。在18小時之內(nèi)，磁場漂移小于10ppm。超導(dǎo)型：好永磁型：溫度影響大常導(dǎo)型：電源5主磁體的有效范圍 靜磁場強度與主磁體的有效范圍密切相關(guān)。主磁體的有效范圍是指上、下磁極的直徑和上、下磁極間的有效距離，即X軸、Y軸、Z軸三方向可容納病人的最大尺寸。 6、磁場的逸散度 強大的主磁體周圍所形成的逸散磁場，會對附近的鐵磁性物體產(chǎn)生很強的吸引力，使人體健康或其它醫(yī)療儀器設(shè)備受到不同程度的損害、干擾和破壞。所以，必

12、須對磁場的逸散程度有一定的限制，要對磁體采取各種屏蔽措施。三、永磁體1永磁材料及主磁體結(jié)構(gòu) 永磁材料為高磁能積的稀土元素合金Nd-Fe-B，其磁能積為普通磁鐵的11倍。 、特性：剩余磁化強度：表示剩余磁性大小的物理量，是制造永磁體的基礎(chǔ)，其值越大越好。（剩磁：remanent magnetism）矯頑力（coercive force）：是使磁性物質(zhì)完全退磁所需要的外磁場強度。它確定了磁性材料保留磁性的能力，其值越大越好。 矯頑力小的材料如軟鐵、硅鋼，稱為軟磁物質(zhì)(軟磁鐵)；矯頑力大的材料如碳鋼、鎢鋼、鉆鋼等稱為硬磁物質(zhì)(硬磁鐵)磁能積：代表磁鐵在氣隙空間所建立的磁能量密度 。永磁體磁場強度是以

13、單位體積在外部產(chǎn)生的最大磁能積來評價的，其值越大越有利。 、等高斯線圖雜散磁場 （magnetic fringe field）：MRI磁體所產(chǎn)生的磁場向空間各個方向散布，稱為雜散磁場。它的強弱與空間位置有關(guān)，隨著空間點與磁體距離的增大，雜散磁場的場強逐漸降低（數(shù)值接近于與距離的立方成反比）。雜散磁場是以磁體原點為中心向周圍空間發(fā)散的，因而具有一定的對稱性，經(jīng)常用等高斯線圖來形象地表示雜散磁場的上述分布。 所謂等高斯線圖，是由一簇接近于橢圓的同心閉環(huán)曲線表示的雜散磁場分布圖。圖中每一橢圓上的點都有相同的場強（以往用高斯表示），故稱為等高斯線。由于不同場強磁體的雜散磁場強弱不同，對應(yīng)的等高斯線也就

14、不同。、結(jié)構(gòu)：封閉式的四柱對稱型 ,雙柱非對稱 ,單柱臂型 。、開放式主磁體的有兩個優(yōu)點：可以解除病人在掃描時所產(chǎn)生的恐懼感和壓抑感，增加病人舒適感。由于前后開放空間很大，便于把MRI設(shè)備技術(shù)用于介入治療。2磁場強度分布永磁體的上、下磁極和支撐柱均為導(dǎo)磁率極高的金屬，并且形成磁路。上、下磁極間的空間為空氣隙（即掃描孔）?？諝庀吨写嬖诖艌瞿芰?。Bmaxv=B2/u0V要增高主磁體的磁場強度，必須增加主磁體的體積。要增大掃描孔的容積，即增大空氣隙，主磁體的體積必須按比例增加。 3主磁體恒溫控制 由于Nd-Fe-B永磁材料的溫度系數(shù)大，必須對主磁體的溫度加以控制使其保持恒溫。主磁體的溫度系數(shù)為負值，

15、說明磁場強度與溫度成反比。 主磁體的溫度控制在32.5左右。當主磁體溫度低于32.5時，恒溫控制器通過均勻分布在主磁體上的27個直流溫度加熱器（片）對主磁體進行均勻加熱，使其溫度上升。當溫度升至32.5時，恒溫控制器停止工作。保持一段時間的恒溫后，待溫度低于32.5時，恒溫控制器重新啟動工作，如此循環(huán)工作，使主磁體的溫度保持在32.5左右。四、預(yù)加熱器在主磁體左右兩個支柱上設(shè)置了兩個1500W（或4個500W）的預(yù)加熱器，總功率為3000W（或2000W）。預(yù)加熱器可使主磁體溫度上升率達到1/h?？墒怪鞔朋w溫度很快達到預(yù)置溫度29。 五、恒溫控制器（thermostat）恒溫控制器由27只35V直流電熱片構(gòu)成.。如果檢測到的溫度低于設(shè)置溫度（32.5），比較器輸出為高電平，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，恒溫加熱器得電工作，使主磁體溫度上升。反之，檢測溫度高于設(shè)置溫度，比較器輸出為低電平，固態(tài)繼電器關(guān)斷，恒溫加熱器失電停止工作，使主磁體溫度保持在32.5。 六、磁場的屏蔽（shield）、磁場對環(huán)境的影響：如信用卡、磁盤電視系統(tǒng)、圖像顯示器、心臟啟搏器、影像增強器 。這種影響通常在5高斯線內(nèi)區(qū)域非常明顯，而在5高斯線以外區(qū)域