磁共振成像設(shè)備-課件

第八章磁共振成像設(shè)備1ppt課件提要第一節(jié)概述第二節(jié)主磁體系統(tǒng)第三節(jié)梯度磁場系統(tǒng)第四節(jié)射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)第五節(jié)計算機系統(tǒng)第六節(jié)磁場的屏蔽第七節(jié)超導(dǎo)及低溫系統(tǒng)第八節(jié)MR設(shè)備的使用與維護2ppt課件第一節(jié)概述

一、基礎(chǔ)知識回顧（一）基本概念1．原子與原子核2．原子核的自旋、磁矩、進動、核磁共振原子核繞自身軸的轉(zhuǎn)動稱為自旋(spin)。由自旋量子數(shù)決定。原子核的自旋形成環(huán)形電流，因此在其周圍感應(yīng)出磁場，稱為磁矩。3ppt課件（一）基本概念4ppt課件當(dāng)把自旋的原子核置于磁場中時，原子核在自旋的同時，其轉(zhuǎn)軸也在繞磁場回轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為進動。3．產(chǎn)生磁共振的原子核原子核的質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)必有一個為奇數(shù)。臨床MR成像使用的原子核是氫核。4．拉莫爾頻率（又稱進動頻率、共振頻率）拉莫爾公式

ω0為質(zhì)子的共振頻率，B0為靜磁場中的場強，γ為磁旋比。（一）基本概念5ppt課件（二）氫原子磁矩進動學(xué)說1．氫原子核磁矩平時狀態(tài)平時狀態(tài)無宏觀磁矩。2．氫原子置于磁場的狀態(tài)磁矩按磁場的磁力線方向取向：大部分磁矩平行于磁力線方向，能量低，呈穩(wěn)定態(tài)；較少的一部分反平行于磁力線方向，能量高，不穩(wěn)定。產(chǎn)生了與外磁場同方向的宏觀磁化向量(M)。6ppt課件M0=0M0（二）氫原子磁矩進動學(xué)說7ppt課件3．施加射頻脈沖一定頻率的電磁波或射頻能量被稱為“射頻脈沖”。質(zhì)子建立宏觀磁化向量后，向其施加頻率為ω0的射頻脈沖，原來處于隨機相位的質(zhì)子將趨于同相（相位相干）。當(dāng)質(zhì)子的進動相位完全一致時，就發(fā)生了共振現(xiàn)象。施加射頻脈沖越強，或時間越長，磁化向量偏離Z軸越遠，質(zhì)子獲得能量越多。（二）氫原子磁矩進動學(xué)說8ppt課件90°脈沖（二）氫原子磁矩進動學(xué)說9ppt課件4．射頻脈沖停止后射頻脈沖停止后，磁化向量并不立即停止轉(zhuǎn)動，而是逐漸向平衡態(tài)恢復(fù)，最后回到平衡位置。這一過程稱為弛豫過程，所用的時間稱為弛豫時間。人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對固定的，而且它們之間有一定的差別，T2也是如此。這種組織間弛豫時間上的差別，是MRI的成像基礎(chǔ)。（二）氫原子磁矩進動學(xué)說10ppt課件z軸→橫斷面，x軸→矢狀面，y軸→冠狀面要完成MR成像，必須獲得被檢體特定層面內(nèi)的MR信號。垂直于z軸的橫斷面：加一個方向與原主磁場一致、幅值隨z作線性變化的附加梯度磁場，實現(xiàn)z方向磁場強度隨距離作線性變化。選擇其他斷面（如矢狀面或冠狀面），只要讓梯度磁場隨x或y作線性變化，即在x或y方向加上線性梯度磁場即可。（三）梯度磁場與定位11ppt課件分類：根據(jù)主磁場的產(chǎn)生方法，可分為永磁型、常導(dǎo)(阻抗)型、混合型和超導(dǎo)型等四種；根據(jù)其用途分為介入型和通用型兩大類?；窘Y(jié)構(gòu)：它包括主磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、運行保障系統(tǒng)(如磁體的屏蔽、超導(dǎo)及低溫系統(tǒng)等)。二、MRI的基本結(jié)構(gòu)12ppt課件第二節(jié)主磁體系統(tǒng)磁共振成像設(shè)備的核心部件之一建立一個均勻、穩(wěn)定、足夠容積的靜磁場可以有不同的方法進行分類，按磁體材料和場強來分類比較常用13ppt課件一、主磁體的性能指標(biāo)（一）磁場強度

與信噪比（S/N）、射頻對生物的穿透力和人體安全性等方面綜合考慮。（二）磁場均勻性

單從成像的角度來說，越均勻越好。（三）磁場穩(wěn)定度

單從成像的角度來說，越穩(wěn)定越好。（四）有效孔徑

適當(dāng)孔徑即可（五）磁場的安全性

符合規(guī)定要求（六）運行維護維護簡單，費用低廉14ppt課件二、主磁體的種類與特點

磁體的種類有永磁體、常導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁體、混合磁體等。（一）永磁體

有鐵鎳鈷、鐵氧體和稀土鈷等類型。

1.永磁體的結(jié)構(gòu)

永磁體一般由多塊永磁材料拼接而成。

2.永磁體的特點

提高場強的辦法只能是加大磁鐵用量和采用新型磁性材料，會增加磁體的重量和材料開發(fā)成本。15ppt課件二、主磁體的種類與特點（1）永磁體的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單價格低，目前場強可達到0.7T，消耗功率極小，維護費用低，雜散磁場小。（2）永磁體的缺點：磁場強度較低，不能滿足快速掃描和臨床磁共振波譜研究的需要。永久磁體的磁場穩(wěn)定性和均勻性也較差。3.永磁體的恒溫控制

多數(shù)永磁體的溫度系數(shù)為負值，磁場強度與溫度成反比。因此，要將磁體置于恒溫室內(nèi)并設(shè)一對控制磁場漂移的線圈，則磁場強度很易保持穩(wěn)定。16ppt課件二、主磁體的種類與特點（二）超導(dǎo)磁體

1.超導(dǎo)線圈的材料

鈮-鈦、銀-銅等合金材料，在一定的極低溫度下，電阻突然消失。超導(dǎo)線的橫截面結(jié)構(gòu)17ppt課件二、主磁體的種類與特點2.超導(dǎo)線圈的形式

超導(dǎo)線圈的繞制有兩種形式，一種是以四個或六個線圈為基礎(chǔ)，一種是以螺線管為基礎(chǔ)。18ppt課件二、主磁體的種類與特點3.超導(dǎo)體的低溫保障結(jié)構(gòu)19ppt課件二、主磁體的種類與特點超導(dǎo)磁體的低溫真空容器結(jié)構(gòu)20ppt課件三、主磁體的勻場

磁體安裝后，對磁場進行物理調(diào)整，稱為勻場。（一）有源勻場（主動調(diào)整）

適當(dāng)調(diào)整勻場線圈陣列中各線圈的電流大小和方向，產(chǎn)生所需補償?shù)男〉拇艌?，達到減小或消去靜磁場的不均勻性。（二）無源勻場（被動調(diào)整）21ppt課件第三節(jié)梯度磁場系統(tǒng)

由梯度控制器（GCU）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、梯度放大器（GPA）、梯度線圈和梯度冷卻系統(tǒng)等部分組成22ppt課件一、梯度磁場的作用與性能指標(biāo)（一）梯度磁場的作用：在靜磁場上，動態(tài)地疊加三個相互正交的線性梯度磁場，使受檢體在不同位置的磁場值有線性的梯度差異，實現(xiàn)成像體素的選層和空間位置編碼的功能。23ppt課件一、梯度磁場的作用與性能指標(biāo)（二）梯度磁場的主要性能指標(biāo)1.有效容積

梯度線圈的均勻容積越大，可成像區(qū)的范圍就越大。2.梯度線性

線性越好，表明梯度場越精確，空間定位準。非線性誤差不能超過2%。3.梯度強度

磁場梯度越大，掃描層面可以越薄。4.梯度爬升時間

梯度爬升越快，可開發(fā)出更快速的成像序列，提高掃描速度和圖像信噪比。5.梯度切換率

層數(shù)越多，梯度場的工作百分數(shù)要求就越高。24ppt課件二、梯度磁場的產(chǎn)生（一）梯度線圈X、Y和Z三對梯度直流線圈來產(chǎn)生，每一組線圈要求有一個單獨的電源發(fā)生器供電25ppt課件二、梯度磁場的產(chǎn)生（二）梯度磁場的產(chǎn)生流程

（三）雙梯度結(jié)構(gòu)兼顧了不同層厚和不同部位的情況26ppt課件二、梯度磁場的產(chǎn)生（四）渦流的影響和補償

當(dāng)梯度磁場切換時，變化的磁場在周圍導(dǎo)體中感應(yīng)出圓形電流，稱為渦流。

渦流會削弱梯度場，使梯度場波形畸變，使圖像產(chǎn)生偽影。渦流產(chǎn)生的熱量，又增加液氦的消耗。

須采取措施克服渦流的干擾。1.加入RC網(wǎng)絡(luò)2.輔助梯度線圈3.應(yīng)用高電阻磁體27ppt課件第四節(jié)射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)發(fā)射電磁波以產(chǎn)生磁共振接收磁共振信號以測量28ppt課件一、射頻脈沖與射頻線圈（一）射頻脈沖

通過調(diào)節(jié)射頻場強度和脈沖寬度兩個量，可使磁化向量M翻轉(zhuǎn)至任意角度，這由計算機和射頻控制單元來實施控制。（二）射頻線圈1.射頻線圈的功能

發(fā)射射頻電磁波接收磁共振信號2.射頻線圈的種類

有不同方法分類，如按功能分、按范圍分等等29ppt課件一、射頻脈沖與射頻線圈（三）射頻線圈的主要指標(biāo)1.信噪比2.靈敏度3.射頻場均勻度4.線圈品質(zhì)因數(shù)5.填充因子及線圈的有效范圍等。30ppt課件二、射頻的產(chǎn)生與接收（一）射頻脈沖的產(chǎn)生單元（二）磁共振信號的接收單元31ppt課件二、射頻的產(chǎn)生與接收（三）信號采集結(jié)構(gòu)框圖32ppt課件第五節(jié)計算機系統(tǒng)人機交互、掃描控制、圖像重建與顯示、信息歸檔與傳遞、設(shè)備自檢。硬件與軟件共同配合，實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)。33ppt課件一、主計算機系統(tǒng)（一）功能與組成

1.功能

是控制操作者與磁共振設(shè)備各系統(tǒng)之間的通信，并通過掃描軟件來滿足所期望的應(yīng)用要求。2.組成專用計算機結(jié)構(gòu)。（二）軟件系統(tǒng)1.系統(tǒng)軟件2.應(yīng)用軟件34ppt課件二、圖像重建與顯示（一）圖像重建

1.數(shù)據(jù)處理

在重建圖像之前還需對A/D轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)進行簡單的處理，包括傳送驅(qū)動、數(shù)據(jù)字酌拼接和重建前的預(yù)處理等。加入標(biāo)志信息，如掃描行和列的信息、數(shù)據(jù)的類型、生理信號門控數(shù)據(jù)、層號等等。2.圖像重建

圖像重建的本質(zhì)是對數(shù)據(jù)進行高速數(shù)學(xué)運算。由于運算量很大，多采用并行計算機來重建圖像。（二）圖像顯示

只有高質(zhì)量的顯示器才能高質(zhì)量的圖像，顯示器性能就十分重要。35ppt課件第六節(jié)磁場的屏蔽36ppt課件一、磁場與環(huán)境的相互影響（一）等高斯線（二）磁場對環(huán)境的影響37ppt課件一、磁場與環(huán)境的相互影響（三）環(huán)境對磁場的影響

38ppt課件二、主磁體的屏蔽

為了盡量將5高斯線區(qū)域限于磁體室內(nèi)，除通過增加磁體室的面積和高度外，還須采用磁屏蔽來達到目的。（一）有源屏蔽由一個線圈或線圈系統(tǒng)通以電流，產(chǎn)生反向的磁場來抵消工作磁場的雜散磁場，從而達到屏蔽的目的。（二）無源屏蔽采用的是鐵磁性（鎳合金和鐵合金）屏蔽體。1.房屋2.定向3.共軛39ppt課件三、射頻屏蔽

屏蔽射頻電磁波以減小對周圍電子設(shè)備的影響，屏蔽周圍電磁波對磁共振信號的影響。

安裝磁共振設(shè)備周圍的六面都要進行射頻屏蔽，包括門、窗等。

還要對供暖通風(fēng)、供電供水的金屬管道進行電磁屏蔽措施。40ppt課件第七節(jié)超導(dǎo)及低溫系統(tǒng)41ppt課件一、超導(dǎo)性與超導(dǎo)體（一）超導(dǎo)電性

某些材料在深低溫時，其電阻的突然“消失”的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，簡稱超導(dǎo)性。具有超導(dǎo)性的材料稱為超導(dǎo)體。如水銀的TC為4K，錫的TC僅3.7K。（二）超導(dǎo)體的基本性質(zhì)1.完全導(dǎo)電性2.完全抗磁性（三）超導(dǎo)材料的主要指標(biāo)1.臨界溫度（TC）2.臨界磁場（Hc3.臨界電流（IC）（四）超導(dǎo)材料的應(yīng)用磁共振磁體是應(yīng)用之一42ppt課件二、低溫技術(shù)（一）致冷與制冷1.致冷用低溫致冷劑（液氮和液氦）的自然揮發(fā)為代價來吸收漏入磁體的部分熱量的方法2.制冷通過設(shè)備循環(huán)能量轉(zhuǎn)換冷卻系統(tǒng)提供冷量的方法（二）低溫概念

物理學(xué)中“低溫”（81K以下），制冷技術(shù)中的低溫范圍分為普冷（300K～120K）、深冷（120K～0.3K以下）和超低溫（0.3K以下）幾個溫度段。43ppt課件二、低溫技術(shù)（三）氦及其性質(zhì)

氦（He）是惰性氣體，有3He和4He兩種同位素，超導(dǎo)MR設(shè)備中的液氦，以4He為主。

氦主要從富氦天然氣中分離獲得，價格昂貴，低溫制冷劑多采用氦。（四）液氮及其性質(zhì)液氮主要從空氣中分離、壓縮獲得，價格便宜，在磁共振設(shè)備中用于輔助制冷。44ppt課件二、低溫技術(shù)（四）氦制冷1.壓縮制冷循環(huán)的基本過程

①蒸發(fā)過程；②絕熱壓縮過程；③冷凝過程；④絕熱膨脹過程。2.液氦壓縮制冷

45ppt課件二、低溫技術(shù)3.冷頭、氦壓縮機和冷水系統(tǒng)三者關(guān)系46ppt課件三、超導(dǎo)環(huán)境的建立與失超保護

（一）超導(dǎo)環(huán)境的建立MR磁體超導(dǎo)環(huán)境的建立通常需要下述步驟：1.真空絕熱層

最后用渦輪分子泵抽至約0.001Pa。即:真空度大約為99.999999%。2.磁體預(yù)冷

用致冷劑將液氮、液氦容器內(nèi)的溫度分別降至其工作溫度的過程。3.超導(dǎo)環(huán)境的建立

當(dāng)容器內(nèi)溫度已初步降至4.2K，再在磁體液氦容器中灌注液氦。（二）勵磁

在磁體電源的控制下逐漸給超導(dǎo)線圈施加電流，從而建立預(yù)定磁場的過程。47ppt課件三、超導(dǎo)環(huán)境的建立與失超保護（三）持續(xù)電流開關(guān)

充磁時，當(dāng)電流到了預(yù)定的數(shù)值就切斷供電電源，去磁時又要將磁體儲存的能量快速泄去。超導(dǎo)磁體中實現(xiàn)這一特殊功能的設(shè)備就是持續(xù)電流開關(guān)，持續(xù)電流開關(guān)又稱磁體開關(guān)。48ppt課件三、超導(dǎo)環(huán)境的建立與失超保護（四）失超及其保護

失超就是超導(dǎo)體因某種原因突然失去超導(dǎo)特性而進入正常態(tài)的過程。失超和磁體去磁是兩個完全不同的概念。失超后線圈失去超導(dǎo)性，會將電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能，局部溫升既可破壞線圈的絕緣，又可熔化超導(dǎo)體，嚴重時將破壞整個磁體。分段保護法磁體保護電路49ppt課件第八節(jié)磁共振設(shè)備的使用與維護一、使用注意事項二、日常維護保養(yǎng)50ppt課件一、使用注意事項致冷劑泄漏

可能發(fā)生在失超或容器破裂時，其危險性包括：①引起凍傷。②液氦和液氮的直接傷害。檢查室必須安裝氧氣檢測報警器。鐵磁性物質(zhì)的拋射

鐵磁性物質(zhì)受磁體吸引可高速向磁體拋射而引起設(shè)備損壞或人員受傷。因此進入檢查室的人員應(yīng)去除隨身攜帶的鐵磁性物質(zhì)。51ppt課件一、使用注意事項金屬異物

體內(nèi)有金屬異物的病人，不宜進行MR檢查。監(jiān)護、搶救設(shè)備

一般的監(jiān)護搶救設(shè)備無法在檢查室內(nèi)正常工作，因此需要監(jiān)護的重癥患者一般不宜進行MR檢查。心臟起搏器

主磁場和RF都有可能干擾心臟起搏器的工作，起搏器導(dǎo)線還可產(chǎn)生誘發(fā)電流，可能造成心率失?；蚪M織燒傷。52ppt課件一、使用注意事項人工植入物

鐵磁性物質(zhì)制造的植入物將干擾磁場，不能進行MR檢查；非磁性不銹鋼或鈦合金材料的植入物，則可以進行MR檢查。幽閉恐懼癥患者

幽閉恐懼癥患者在MR磁體的檢查孔中會出現(xiàn)壓抑、氣急、恐懼等反應(yīng)。孕婦

妊娠3個月以內(nèi)的孕婦不宜做MR檢查。53ppt課件二、日常維護保養(yǎng)掃描期間保持恒溫恒濕，換新風(fēng)裝置工作正常。