放射醫(yī)學技術醫(yī)學影像設備知識磁共振MR成像設備

放射醫(yī)學技術醫(yī)學影像設備學問磁共振MR成像設備一、MRI設備的分類和進展〔一〕MRI設備的分類按磁體類型分類MRIMRIMRIMRI按磁體產生靜磁場的磁場強度大小分類可分為低場〔0.1～0.5T〕MRI〔0.6～1T〕MRI〔1.5～2T〕MRI〔3T〕MRI〔二〕MRI主磁體的進展趨勢是低磁場強度的開放和高磁場強度的性能改善。低磁場強度永磁開放型MRI設備的磁場強度已達0.4T，其構造為單柱型或雙柱非對稱型。開放式MRI設備的優(yōu)點是可消退MRI設備的磁場強度已由傳統(tǒng)的1.5T3～4T7～8TMRI氦消耗量已大幅度下降。隨著材料科學的進一步進展，將來可能消滅高溫超導磁體。二、MRI設備的構成及其功能MRI設備由磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、信號采集和圖像重建系統(tǒng)、主控計算機系統(tǒng)及關心保障系統(tǒng)構成?！惨弧炒朋w系統(tǒng)磁體的根本功能是為MRI設備供給滿足特定要求的靜磁場。磁體系統(tǒng)除了磁體之外，還包括勻場線圈、梯度線圈及射頻放射和接收體線圈〔又稱為內置體線圈〕等組件。永磁型磁體永磁型磁體的磁性材料主要有鋁鎳鈷、鐵氧體和稀土鈷三種類型。其磁體一般由多塊永磁材料積存或拼接而成，磁鐵塊的排布既要滿足構成肯定成像空間的要求，又要使其磁場均勻性盡可能高。永磁體的磁場強度一般不超過0.45T。此，需要恒溫恒濕空調系統(tǒng)將磁體間內的溫度或磁體本身的溫度變化嚴格掌握在±1℃之內。永磁型MRI設備以其優(yōu)異的開放性能、低造價、低運行本錢、整機故障率低、磁場發(fā)散少、對四周環(huán)境影響小、檢查舒適等特點，應用于磁共振介入治療和磁共振導引的介入手術中。常導型磁體常導型磁體是用線圈中的恒定電流來產生MRI設備中的靜磁場，其磁場強度與導體中的電流強度、導線外形這種線圈制成的磁體稱為阻抗型磁體。的波動將會直接影響磁場的穩(wěn)定，因而高質量的大功率恒流電源MRI〔零下273.2攝氏度，標為0K〕的超低溫時，其電阻為零，即處于超導狀態(tài)，這些具有超導性的物質可稱為超導體。以超導體為線圈材料制造的磁體稱為超導型磁體。〔簡稱超導線圈〕、高真空超低溫杜瓦容器、及其附屬部件構成。三個步驟。其真空絕熱、保冷性能主要打算于它的真空度。〔磁體〕內4.2K〔-268.8℃，與室溫相差近300℃〕的過程。灌滿液氦：磁體預冷到4.2K后，液氦氣化減弱，液氦開頭駐留在磁體內部，直至將磁體灌滿，一般可罐充到滿容量的95％左右。在4.2K這一臨界溫度下，超導線圈將實現從正常態(tài)至超導態(tài)的轉變，超導環(huán)境從而建立起來。電源的掌握下漸漸給超導線圈施加電流，建立預定靜磁場的過程。勵磁一旦成功，超導磁體就將在不消耗能量的狀況下，供給強大的、高度穩(wěn)定的勻強磁場。某種緣由突然失去超導特性而進入正常態(tài)，即失超。引起失超的因素很多：如磁體構造和線圈組份、超導材料性能不穩(wěn)定、磁體超低溫環(huán)境被破壞以及人為因素等。失超會將電磁能量轉換為熱能，引起液氦氣化，噴射而出。失超的預防保護措施氧監(jiān)測器和應急排風機；緊急失超開關。超導型磁體具有高場強、高穩(wěn)定性、高磁場均勻性、線圈不高質量的MR〔例如9.4T〕，其磁場強度的穩(wěn)定性也很好〔磁場強度漂移小于0.1ppm/h〕?；旌闲痛朋w混合型磁體是利用上述兩種或兩種以上的磁體技術構造而成的磁體。常見的是永磁型和常導型兩種磁體的組合。在永磁型磁體的兩個磁極上繞以銅質線圈〔繞線方向應使其便得到混合型磁體?！捕程荻认到y(tǒng)梯度系統(tǒng)的功能是為MRI設備供給線性度優(yōu)良、梯度磁場強度頻激發(fā)后自旋系統(tǒng)的相關重聚作用。度放大器和梯度冷卻系統(tǒng)等局部組成。梯度線圈和放大器均有雙套設計方案，現有MRI設備中依據其梯度組合方式和工作模式可分為單梯度放大器單梯度線圈、雙梯度放大器單梯度線圈、單梯度放大器雙梯度線圈等三種梯度類型。梯度線圈MRI〔X、Y、Z向〕的梯度磁場作為圖像重建的空間立體〔X、Y、Z軸〕定位和層面選擇的依據。因此MRI設備中分別由X、Y、Z三個方向的梯度線圈以及為梯度線圈供給“動力”的梯度放大器來供給這三個梯Gx、Gy、Gz。梯度掌握器和數模轉換器梯度掌握器〔GCU〕的任務是按系統(tǒng)主控單元的指令，發(fā)出全數字化的掌握信號，該掌握信號〔DAC〕后，馬上轉換成相應的模擬電壓掌握信號，據此產生梯度放大器輸出的梯度電流。梯度放大器XYZ電流〔即梯度電流〕的鼓勵下產生的，而梯度電流是由梯度放大器產生并輸出。長、散熱系統(tǒng)優(yōu)良牢靠等特點。梯度冷卻系統(tǒng)100A線圈中產生大量的熱量，因此必需承受水冷的冷卻方式。梯度系統(tǒng)作為MRI設備的核心和關鍵部件，其性能凹凸直接打算著MRI設備的掃描速度〔時間區(qū)分率〕、最小掃描層厚〔空間區(qū)分率〕、XYZ三軸有效掃描范圍、影像的幾何保真度。MRI設備對梯度系統(tǒng)的要求就是梯度場強高、梯度上升速度快、梯度切換率高、梯度線性度好、梯度輸出波形的準確度高及其可重復性好、梯度效率和利用率高等?！踩成漕l系統(tǒng)射頻系統(tǒng)負責實施射頻〔RF〕鼓勵并接收和處理射頻信號，即MR各種翻轉角的射頻脈沖，還要接收成像區(qū)域內1H〔氫質子、31P、3He、23Na、13C等的磁共振信號。射頻系統(tǒng)由射頻線圈、射頻脈沖放射單元、以及射頻脈沖接收單元等局部組成。射頻線圈一般概念：射頻線圈既是氫質子、31P、3He、23Na、13C〔以下爭論均信號。射頻線圈的種類按功能分類：可分為放射/接收兩用線圈以及接收線圈。積線圈、外表線圈、體腔內線圈、相控陣線圈五類。其中相控陣線圈是由兩個以上的小線圈或線圈單元組成的線圈陣列。這些線圈可彼此連接，組成一個大的成像區(qū)間，使有效空間增大；各線圈單元也可相互分別，每個線圈單元也可作為獨立線圈應用?！残巍硺O化兩種線圈。其中圓形極化線圈也可稱為正交線圈，它的兩個繞組工作時接收同一磁共振信號，但得到的噪聲卻是互不相干，假設對輸出信號進展適當的組合，就可使線圈的信噪比提高，故正交線/接收體線圈就是正交線圈，此外還有正交頭線圈等。線管線圈，以及用于縱向靜磁場的磁體中的鞍形線圈。它們是體線圈的主要形式。按繞組形式分類：可分為亥姆霍茲線圈、螺線管線圈、四線構造線圈〔鞍形線圈、穿插橢圓線圈等〕、STR〔管狀諧振器〕線圈和鳥籠式線圈等多種形式。其中鳥籠式線圈應用廣泛。射頻脈沖放射單元射頻脈沖放射單元由射頻掌握器、射〔射頻脈沖源、頻率合成器、濾波放大器、波形調制器、射頻脈沖功率放大器、放射終端匹配電路及射頻放射線圈等功能組件構成。在射頻掌握器的統(tǒng)一指揮下，上述各個部件協(xié)同工作以生成MR掃描序列所需的各種角度和功率的射頻脈沖。MRI中最常用的射頻脈沖有900和1800兩種，但是，各種小角度射頻脈沖鼓勵技術要求射頻放射單元還要能夠產生任意角度的射頻脈沖進展RF激發(fā)。射頻能量在人體中累積狀況，即特別吸取比率〔SAR值〕能引起灼傷大事的發(fā)生，應進展嚴格治理和掌握。SAR值是計量電磁波W/kg或mW/g來表示。射頻脈沖接收單元射頻鼓勵脈沖關斷后，共振質子的磁化強度矢量就要回到其平衡態(tài)位置，從而在射頻接收線圈中產生自由感應衰減〔FID〕信號，于是，線圈兩端產生感應電壓，即磁統(tǒng)的靈敏度、放大倍數、抗干擾力量都要格外高。射頻脈沖接收單元的功能是接收人體產生的磁共振信號，并經適當放大和處理后供數據采集系統(tǒng)使用。射頻脈沖接收單元由信號接收〔前置放大器、混頻器、中頻放大器〕、信號處理〔相敏檢波、低通濾波器〕、射頻接收掌握器等電路組成。〔四〕信號采集和圖像重建系統(tǒng)信號采集信號采集是指對磁共振射頻接收信號進展模數〔A/D〕轉換，使之成為離散數字信號的過程。射頻信號采集單元的核心器件是A/D轉換器。A/D轉換器的兩個重要指標是轉換速度和精度。目前多通道〔4、8、16、32通道射頻信號采集技術已經廣泛應用于從0.3T永磁型MRI7.0T超導MRI圖像重建在MRI稱為譜儀系統(tǒng)〔測量系統(tǒng)〕。圖像重建的任務則是依據譜儀系統(tǒng)所供給的原始數據來計算可顯示的磁共振灰度圖像。圖像重建任務在專用的圖像陣列處理器中完成。圖像陣列處理器一般由數據接收單元、高速緩沖存儲器、數據預處理單元、算術和規(guī)律運算部件、掌握部件、直接存儲器存取通道、以及快速傅里葉變換器〔FFT〕組成。目前重建一幅MR圖像的最快速度588.21700〔五〕主控計算機系統(tǒng)主控計算機系統(tǒng)組成及功能主控計算機系統(tǒng)由主控計算機、掌握臺、主控圖像顯示器、關心信息顯示器〔顯示受檢者心〔相機〕、網絡適配器以及譜儀系統(tǒng)的接口部件等組成。主控計算機系統(tǒng)掌握用戶與MRI設備各系統(tǒng)之間的通信，并通過運行掃描軟件來滿足用戶的全部應用要求。主控計算機擁有〔包括自檢〕等功能。主控計算機中的軟件MRI的軟件可分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。其中系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數據庫治理系統(tǒng)和常用例行效勞程序等三個模塊。應用軟件包括磁共振成像、影像后處理及分析軟件包?！擦酬P心保障系統(tǒng)為了實施特別成像，需要配置對生理信號進展采集、處理、分析的單元。為了實現實時腦功能成像，需要配置特別的射頻脈沖實時跟蹤，試驗刺激的產生、傳輸及掌握，數據的全自動后處三、MRI設備的技術參數MRI設備的主要技術參數有磁場強度〔T，特斯拉〕，磁體重量〔噸〕，磁體長度〔米〕，5高斯線空間分布范圍〔米〕，液