中华医学会MRI技师培训基本结构.ppt

磁共振成像系统基本结构复旦大学附属华山医院复旦大学附属华山医院钱建国 2011年年12月月13日日1可整理ppt磁共振成像（磁共振成像（magnetic magnetic resonance imaging,MRIresonance imaging,MRI）技）技术是利用人体内原子核在磁场术是利用人体内原子核在磁场内与外加射频磁场发生共振，内与外加射频磁场发生共振，而产生影像的一种成像技术。而产生影像的一种成像技术。2可整理ppt MRI设备基本结构n n磁体系统n n梯度线圈系统n n射频发射/接受系统n n计算机系统3可整理ppt第一节 磁体系统n n用以产生磁化矢量，并可以激发核磁共振n n要求足够大孔径，非常高均匀度和稳定度磁体腔磁体腔Bo4可整理ppt磁体系统磁体产生原理：磁体产生原理：利用永久磁性材料产生磁场，利用永久磁性材料产生磁场，或利用通电线圈产生磁场。或利用通电线圈产生磁场。磁体特性：磁体特性：磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 1T(1T(特斯拉特斯拉)=10000()=10000(高斯）高斯）一般一般MRIMRI磁场强度为：磁场强度为：0.15T-3.0T0.15T-3.0T 磁场强度越高，组织磁化强度磁场强度越高，组织磁化强度越高，产生越高，产生MRMR信号强度越高。信号强度越高。均匀度均匀度均匀度均匀度 100ppm100ppm 决定图像空间分辨率和信噪比决定图像空间分辨率和信噪比决定图像空间分辨率和信噪比决定图像空间分辨率和信噪比 稳定度稳定度稳定度稳定度 是衡量磁场强度随时间漂移是衡量磁场强度随时间漂移是衡量磁场强度随时间漂移是衡量磁场强度随时间漂移程度的指标程度的指标程度的指标程度的指标 5可整理ppt磁体分类n n永久磁体(Permanent)n n电磁体(Resistive)n n混合型(Permanent/Resistive)n n超导磁体(Superconductive)All Types are Temperature Sensitive!All Types are Temperature Sensitive!永久无法关闭永久无法关闭永久无法关闭永久无法关闭消耗电力消耗电力消耗电力消耗电力消耗液氦消耗液氦消耗液氦消耗液氦6可整理ppt永久磁体n n利用永久性的强磁性利用永久性的强磁性材料制造材料制造n n永久磁场，无须电力永久磁场，无须电力或液氦消耗或液氦消耗n n磁场外泄漏小，因磁磁场外泄漏小，因磁体两极通过磁性材料体两极通过磁性材料连接在一起连接在一起n n可以制成开放式结构，可以制成开放式结构，减少病人幽闭恐惧症减少病人幽闭恐惧症7可整理ppt永久磁体的开放度大开放程度可达开放程度可达开放程度可达开放程度可达120 cm x 44 cm120 cm x 44 cm8可整理ppt可以开展介入治疗 运动成像9可整理ppt永久磁体的磁场收敛性极强永久磁体的磁场收敛性极强对周围环境没有影响对周围环境没有影响周围环境不产生影响周围环境不产生影响.只需极小的放置空间只需极小的放置空间.极低的场地建设成本极低的场地建设成本.极低的运行成本极低的运行成本.10可整理ppt永久型磁体的缺点n n磁场强度低 0.4T以下 n n磁体庞大，笨重 10t 以上n n磁场均匀度受环境温度影响大11可整理ppt电磁体(常导型)n n电磁体是在常温度下电磁体是在常温度下 采采取在一组多匝的线圈中取在一组多匝的线圈中通上大电流。通上大电流。n n优点是系统简单优点是系统简单n n缺点是需要水冷，这是缺点是需要水冷，这是由于常导线圈具有一定由于常导线圈具有一定电阻，通大电流时会产电阻，通大电流时会产生大量热量生大量热量n n一般用于低场（一般用于低场（0.5T0.5T）的磁体系统，其磁场稳的磁体系统，其磁场稳定性受到电流变化等因定性受到电流变化等因素影响比较差素影响比较差 12可整理ppt混合型磁体(Permanent/Resistive)n n混合型磁体是将永久混合型磁体是将永久磁体和电磁体组合在磁体和电磁体组合在一起，一起，在永久磁体在永久磁体的磁极上绕上线圈并的磁极上绕上线圈并通上电流通上电流n n是对永久磁体的改进，是对永久磁体的改进，可以进一步提高磁场可以进一步提高磁场强度强度n n加上匀场线圈后可以加上匀场线圈后可以改善场均匀度改善场均匀度13可整理ppt超导磁体n n超超导导磁磁体体是是将将通通电电线线圈圈采采用用Vb/TiVb/Ti合合金金组组成成，这这种种材材料料的的超超导导状状态态的的临临界界点点大大约约在在8K8K左左右右，一一般般是是将将超超导导线线圈圈浸浸泡泡在在液液氦氦内内，达达到到绝绝对对温温度度零零度度（273 C)273 C)。14可整理ppt超导磁体n n磁场强度高，可达8T(一般为0.15-3T）n n超导磁体的磁场稳定n n基本不受环境温度影响n n成像质量高n n可作MR波谱分析及MR功能成像等15可整理ppt超导磁体n n以前为了保证液氦不大量蒸发，采取在液氦容器再套放在液氮容器中。n n需要定期补充液氦和液氮16可整理pptHen n目前一般是采用冷头制冷，将蒸发出来的氦气通过压目前一般是采用冷头制冷，将蒸发出来的氦气通过压缩制冷再送回磁体液氦容器罐的外圈，形成一个低温缩制冷再送回磁体液氦容器罐的外圈，形成一个低温隔热层，减少液氦的消耗。隔热层，减少液氦的消耗。17可整理ppt人为失超实例n n另一例失超另一例失超18可整理ppt被动屏蔽Passive Shielding两种方式：两种方式：n n用厚钢板建造屏蔽屋用厚钢板建造屏蔽屋Construction of thick Construction of thick steel to enclose the steel to enclose the magnet roommagnet roomn n在磁体上加上厚钢板在磁体上加上厚钢板Could bolt the metal to Could bolt the metal to the magnet itself(e.g.the magnet itself(e.g.1.5T Magnashield)1.5T Magnashield)19可整理ppt主动屏蔽Active Shieldingn n在原磁场外面套加上一在原磁场外面套加上一组反向磁场，减小对外组反向磁场，减小对外部影响（部影响（A secondary A secondary magnet is wrapped around magnet is wrapped around the primary magnet to the primary magnet to reverse the external field reverse the external field effectseffects）n n对移动大型金属敏感对移动大型金属敏感Susceptible to“moving Susceptible to“moving metal,”e.g.elevators,metal,”e.g.elevators,cars,trucks,and trainscars,trucks,and trainssmall fieldlarge fieldopposing fieldsprimarymagnetsecondarymagnet20可整理ppt磁场均匀度和匀场n n由于主磁场受到环境由于主磁场受到环境变化等诸多因素的影变化等诸多因素的影响，无法达到理想的响，无法达到理想的均匀度均匀度 不可能得到完全理想不可能得到完全理想的线圈的线圈 电流强度有可能发生电流强度有可能发生微小变化微小变化 磁体中存在的金属会磁体中存在的金属会影响磁场影响磁场21可整理ppt磁场均匀度和匀场Magnet Homogeneityn n当磁场存在严重不均匀时，当磁场存在严重不均匀时，在所成的图象上将出现伪影在所成的图象上将出现伪影n n对对因因此此对对每每个个新新安安装装的的磁磁共共振振磁磁体体必必须须测测量量其其空空间间多多点点的磁场强度的磁场强度n n采采取取匀匀场场方方式式来来改改善善磁磁场场均均匀匀度度，即即根根据据各各点点的的测测量量值值，计计算算出出各各补补偿偿位位置置的的应应有有的的补补偿偿数数值值，进进行行磁磁场场的的补补偿偿，提高均匀度。提高均匀度。MILKNon-homogeneousHomogeneous22可整理ppt磁场均匀度和匀场Magnet Homogeneityn n因因此此对对每每个个新新安安装装的的磁磁共共振振磁磁体体必必须须测测量量其其空空间间多多点点的的磁磁场场强强度度，计计算算出出磁磁场场偏偏差差值值，对对不不满满足足设设计计要要求求 的的，必必 须须 匀匀 场场(Shimming)(Shimming)n n匀匀场场按按照照其其实实现现方方式式区区分分，分分为为无无源源匀匀场场和有源匀场。和有源匀场。23可整理ppt无源匀场Passive Shimmingn n用许多各种规格的铁用许多各种规格的铁条、铁片或铁点放在条、铁片或铁点放在磁场的各个补偿位置，磁场的各个补偿位置，它们将受到磁化，并它们将受到磁化，并改变其周围的局部磁改变其周围的局部磁场，提高均匀度场，提高均匀度24可整理ppt有源匀场Active Shimmingn n利用一组不同形状的利用一组不同形状的匀场线圈放在磁体内，匀场线圈放在磁体内，通以适当的电流来产通以适当的电流来产生补偿磁场，达到匀生补偿磁场，达到匀场的目的场的目的n n线圈在液氦腔内：超线圈在液氦腔内：超导匀场；线圈在液氦导匀场；线圈在液氦腔外：常温匀场腔外：常温匀场n n比被动匀场容易实现比被动匀场容易实现和改变，但制造昂贵和改变，但制造昂贵匀场线圈shim coilspatientopening磁体magnet26可整理pptx x y y xx22 xx22-y-y22 Typ.0.05 0.10.25 0.50.63 1.7*ppmDSV 102030404550cm主动匀场主动匀场1818对超导匀场线圈对超导匀场线圈对超导匀场线圈对超导匀场线圈27可整理ppt磁体技术的发展n n向更加节省液氦方向向更加节省液氦方向发展，如发展，如GEGE的的K4K4磁磁体，可以体，可以2 2年补充液年补充液氦氦28可整理ppt磁体技术的发展n n磁体向更加短小和更磁体向更加短小和更加开放方向发展，早加开放方向发展，早期的磁体长度为期的磁体长度为210-210-240cm240cm。如今。如今PhilipsPhilips的的3T3T磁体也仅为磁体也仅为157cm157cm29可整理ppt宽口径外形设计宽口径外形设计以前的样子以前的样子以前的样子以前的样子.磁磁 体体 腔腔磁磁 体体 腔腔病人扫描孔道病人扫描孔道直径直径直径直径60 cm60 cm开口外形开口外形开口外形开口外形长度长度长度长度 210 cm210 cm领先的磁体技术与梯度技术领先的磁体技术与梯度技术领先的磁体技术与梯度技术领先的磁体技术与梯度技术30可整理ppt开口、孔道与病人开口、孔道与病人 以前的样子以前的样子以前的样子.身高身高身高身高 1.5 M 1.5 M 1.5 M 1.5 M 的病人的病人的病人的病人病人需要更多舒适的检查空间病人需要更多舒适的检查空间病人需要更多舒适的检查空间病人需要更多舒适的检查空间磁磁 体体 腔腔磁磁 体体 腔腔大夫，大夫，里面太闷了！里面太闷了！呜呜.31可整理ppt长度长度长度长度 172 cm172 cm射频扫描筒长射频扫描筒长射频扫描筒长射频扫描筒长 =70 cm=70 cm66 cm66 cm60 cm60 cm更短的宽口径外形设计更短的宽口径外形设计更短的宽口径外形设计更短的宽口径外形设计翻开历史新的一页翻开历史新的一页翻开历史新的一页翻开历史新的一页.全新概念、全新享受全新概念、全新享受全新概念、全新享受全新概念、全新享受磁磁 体体 腔腔磁磁 体体 腔腔病人扫描孔道病人扫描孔道32可整理pptMagnet VesselMagnet Vessel两级两级两级两级开放开放开放开放 更短的宽口径外形设计更短的宽口径外形设计更短的宽口径外形设计更短的宽口径外形设计病人更加舒适病人更加舒适病人更加舒适病人更加舒适.70 cm 70 cm 扫描孔道扫描孔道扫描孔道扫描孔道高均匀磁场、高性能梯度场与高舒适孔道的完美结合高均匀磁场、高性能梯度场与高舒适孔道的完美结合高均匀磁场、高性能梯度场与高舒适孔道的完美结合高均匀磁场、高性能梯度场与高舒适孔道的完美结合磁磁 体体 腔腔磁磁 体体 腔腔33可整理ppt第二节 梯度场系统n n功能和特性n n梯度线圈和梯度场n n涡流34可整理ppt梯度线圈和梯度磁场n n梯度线圈是紧贴着安梯度线圈是紧贴着安装在常温的磁体腔内装在常温的磁体腔内n n为防止震动移位，通为防止震动移位，通常将三组线圈用环氧常将三组线圈用环氧树脂胶封作为一个单树脂胶封作为一个单元元35可整理ppt梯度线圈和梯度磁场n nZ Z梯度线圈梯度线圈36可整理ppt梯度线圈和梯度磁场n nX X梯度线圈梯度线圈37可整理ppt梯度线圈和梯度磁场n nY Y梯度线圈梯度线圈38可整理ppt梯度系统的特性梯度系统的特性n n梯度场强梯度场强n n决定最小层厚决定最小层厚n n决定最小决定最小FOVFOV39可整理ppt梯度系统的特性梯度系统的特性梯度系统的特性梯度系统的特性切换率切换率最大梯度场强最大梯度场强上升时间上升时间=梯度场强梯度场强梯度场强梯度场强mT/mmT/m上升时间上升时间上升时间上升时间 (msec)(msec)最大梯度场强最大梯度场强最大梯度场强最大梯度场强rise time最高梯度场强最高梯度场强最高梯度场强最高梯度场强 23-30mT/m23-30mT/m23-30mT/m23-30mT/m最高的梯度切换率最高的梯度切换率最高的梯度切换率最高的梯度切换率 120-150mT/m/ms120-150mT/m/ms120-150mT/m/ms120-150mT/m/ms梯度切换率：上升和下降时间40可整理ppt非共振式梯度系统非共振式梯度系统非共振式梯度系统非共振式梯度系统共振式梯度系统共振式梯度系统共振式梯度系统共振式梯度系统 切换率为名义切换率切换率为名义切换率切换率为名义切换率切换率为名义切换率 仅用于仅用于仅用于仅用于EPIEPI 常规扫描仍为低切换率扫描常规扫描仍为低切换率扫描常规扫描仍为低切换率扫描常规扫描仍为低切换率扫描 振荡电路，振荡电路，振荡电路，振荡电路，Siemens/Toshiba Siemens/Toshiba 使用使用使用使用 切换率为实际切换率切换率为实际切换率切换率为实际切换率切换率为实际切换率 用于用于用于用于EPIEPI和常规扫描和常规扫描和常规扫描和常规扫描 最新高频电源技术最新高频电源技术最新高频电源技术最新高频电源技术 GE/Philips/Picker GE/Philips/Picker 使用使用使用使用梯度电源两种工作形式41可整理ppt MRI SE Gradient Echo FOV /Fast SE,more echo Shorter TR Shorter TE /SNR /EPI 3D FastSE Fast Cardiac42可整理ppt非共振式梯度系统满足非共振式梯度系统满足 100%工作周期工作周期 最高的梯度切换率最高的梯度切换率最高的梯度切换率最高的梯度切换率 SR 20/77/120SR 20/77/120SR 20/77/120SR 20/77/120 最短梯度回波序列最短梯度回波序列最短梯度回波序列最短梯度回波序列(GRE)TE(GRE)TE(GRE)TE(GRE)TE 时间时间时间时间 0.9 ms0.9 ms0.9 ms0.9 ms 快速自旋回波回波间隔小于快速自旋回波回波间隔小于快速自旋回波回波间隔小于快速自旋回波回波间隔小于 4.6 ms4.6 ms4.6 ms4.6 ms单次激发快速自旋回波回波间隔小于单次激发快速自旋回波回波间隔小于 4.34.3msms 平面回波成象平面回波成象平面回波成象平面回波成象(EPI)(EPI)(EPI)(EPI)采集最快采集最快采集最快采集最快 64ms64ms64ms64ms 超薄超薄超薄超薄 3D 3D 3D 3D 层厚层厚层厚层厚 0.1mm0.1mm0.1mm0.1mm 最高梯度场强最高梯度场强最高梯度场强最高梯度场强 23 mT/m23 mT/m23 mT/m23 mT/mGE Signa 1.5T GE Signa 1.5T GE Signa 1.5T GE Signa 1.5T 梯度系统梯度系统梯度系统梯度系统SX43可整理ppt梯度磁场的发展44可整理ppt梯度磁场的发展n n静音技术n nFSE序列45可整理ppt第三节 射频系统n n功能和特性n n线圈构型n n线圈信噪比n n线圈质量n n发射器和发射带宽n n接受器和接受通道数、带宽和采样率46可整理ppt功能和特性n n产生并收集磁共振信产生并收集磁共振信号号n n发射器功率为几百瓦，发射器功率为几百瓦，而单个体元的磁化矢而单个体元的磁化矢量仅为量仅为0.1uv0.1uvn n发生器和接受器的发生器和接受器的B1B1方向必须和方向必须和B0B0方向垂方向垂直直47可整理ppt线圈构型n n体线圈体线圈 在超导磁场下，常采用马在超导磁场下，常采用马鞍型鞍型/鸟笼型线圈鸟笼型线圈n n头，肢体线圈头，肢体线圈 在超导磁场下，常采用小在超导磁场下，常采用小尺寸马鞍型尺寸马鞍型/鸟笼型线圈鸟笼型线圈 48可整理ppt线圈构型n n体线圈体线圈 在永久磁场下，常采在永久磁场下，常采用螺线型线圈用螺线型线圈n n头，肢体线圈头，肢体线圈 在永久磁场下，常采在永久磁场下，常采用小的螺线型线圈用小的螺线型线圈49可整理ppt线圈构型n n表面线圈，可以进一表面线圈，可以进一步提高局部步提高局部SNRSNR，但，但均匀性差均匀性差n n如腰椎线圈、肩关节如腰椎线圈、肩关节线圈等线圈等50可整理ppt线圈构型n n相共振线圈，可以克相共振线圈，可以克服表面线圈成像范围服表面线圈成像范围小，均匀度差的缺点小，均匀度差的缺点n n相共振线圈采用多个相共振线圈采用多个小线圈排列在一起，小线圈排列在一起，每个线圈都有自己的每个线圈都有自己的信号通道信号通道n n如颈胸腰椎线圈、如颈胸腰椎线圈、TorsoTorso线圈等线圈等51可整理ppt线圈与发射和接受n nRF线圈分为三种：只发射、只接受和既发射又接受只发射、只接受和既发射又接受n n体线圈：既发射又接受n n头线圈：有既发射又接受型的，也有只 接受的n n表面线圈：只接受(此时采用体线圈发射)52可整理ppt可作运动成像的特殊线圈53可整理ppt高质量的正交头线圈高质量的正交头线圈Dim:27cm length:Dim:27cm length:41cm41cm16 ETL Works-in-ProgressFSEET:16TR:5000TE:96/Ef 12/02:09256x192/2 NEX54可整理ppt正交的多功能正交的多功能 spine/body coil48x120 48x15048x120 48x150MediumMediumLargeLarge55可整理ppt 用途广泛的表面线圈用途广泛的表面线圈shoulder coil shoulder coil SETR:466TE:18/Fr 9/07:36256x192/5 NEX56可整理ppt灵敏的正交灵敏的正交 Extremity CoilExtremity CoilExtremity CoilSE/90TR:400TE:25 12/07:47512X196/6 NEX57可整理pptRF发射器n n产生一个时间稳定的产生一个时间稳定的RFRFn n合适的波形合适的波形n n通过开关定时发射通过开关定时发射RFRF射频射频n n发射器的线性：输出发射器的线性：输出功率必须正比于输入功率必须正比于输入功率功率58可整理ppt信号接受系统n n将接受到高频将接受到高频MRMR信信号进行信号放大号进行信号放大(前前置放大器置放大器)，经过滤，经过滤波器得到所需的波器得到所需的MRMR音频信号，对此音频信号，对此MRMR音频信号进行数字化音频信号进行数字化采样采样n n正交发射和接受检测正交发射和接受检测n n数字采样率数字采样率n n带宽带宽59可整理pptRF屏蔽n nMRMR信号幅度非常小，为信号幅度非常小，为uVuV级，容易受外界几十级，容易受外界几十MHzMHz的无线电波的干扰。的无线电波的干扰。n n为避免外界干扰，需要为避免外界干扰，需要将磁共振信号探测系统将磁共振信号探测系统与外界隔离与外界隔离n n常采用将扫描室用薄铜常采用将扫描室用薄铜皮全部包裹，作成皮全部包裹，作成RFRF屏屏蔽室，一般屏蔽要求电蔽室，一般屏蔽要求电磁波衰减达到磁波衰减达到90-100db.90-100db.60可整理pptRF技术发展n n接受器的信号通道数接受器的信号通道数从早期的从早期的1 1个成为现个成为现在在6 6个、个、8 8个，提高了个，提高了相共振线圈的性能相共振线圈的性能n n多通道并行采集技术多通道并行采集技术（SENSESENSE）n n数字化射频发射和接数字化射频发射和接受受61可整理ppt多通道并行采集技术（SENSE）62可整理ppt第四节 计算机及数据处理系统主机主机n n 主主机机系系统统是是MRMR系系统统的的指指令令和和控控制制中中心心，它它执执行行病病人人资资料料输输入入、扫扫描描参参数数定定义义、执执行行扫扫描描序序列列、控控制制数数据据采采集集、重重建建处处理理、显显示示和和存存贮贮以以及及相相机机打打印印各各功功能能，要要求求计计算算机机速速度度快快、内内存存大大、硬硬盘盘大大并并具具有有并并行行处处理理能能力力，可可以以边边扫扫描描边边调调整整下下一一个个病病人人扫扫描描参参数数，同同时时进进行行后后台台相机打印操作。相机打印操作。63可整理ppt计算机即辅助系统n n阵列处理机目前目前MRMR系统中一般均配备阵系统中一般均配备阵列处理机来进行列处理机来进行2DFFT2DFFT和和3DFFT3DFFT的大量运算工作，可的大量运算工作，可以单独执行，无需占用主机以单独执行，无需占用主机时间，因是采用硬件处理时间，因是采用硬件处理FFTFFT变换，成像速度快，在变换，成像速度快，在1.5TMR1.5TMR设备上重建速度普遍设备上重建速度普遍达到达到100100帧帧/秒以上的重建速秒以上的重建速度。度。64可整理ppt1 Screen 3 Step Operation软件操作界面65可整理ppt主计算机系统信能指标66可整理ppt 北北 南南1.1.磁磁 体体2.2.梯梯 度度 系系 统统3.3.射射 频频 系系 统统4.4.数数 据据 处处 理理 系系 统统5.5.外外 围围 设设 备备 稳稳 压压 器器 水水 冷冷 机机 照照 相相 机机/洗洗 片片 机机 数数 据据 管管 理理 系系 统统 梯梯 度度 放放 大大 器器RF 射射 频频 主主 计计 算算 机机 采采 集集 存存 储储 器器射频射频 接收接收 磁磁 体体 梯梯 度度 系系 统统 操操 作作 台台 照照 相相 机机 联联 网网 存存 储储 装装 置置 脉脉 冲冲 控控 制制 器器RF 系系 统统 磁磁 体体 梯梯 度度 系系 统统梯度放大器梯度放大器67可整理ppt68可整理ppt