磁共振成像设备.pptx

第八章磁共振成像设备磁共振成像设备第1页GEGE企业企业3 3.0.0T T超导磁体超导磁体磁共振成像设备第2页0.35T 0.2T 0.7T永磁体永磁体常常见MR机机0.5T1.5T1.0T3.0T磁磁磁共振成像设备第3页(一)MRI特点 1.以射以射频脉冲作脉冲作为成像能量源成像能量源 不使用电离辐射(X线)，对人体安全、无创；2.含有含有较高高组织对比度和分比度和分辩力力 能清楚地显示脑灰质、脑白质、肌肉、肌健、脂肪等软组织以及软骨结构，解剖结构和病变形态显示清楚、逼真；3.多方位成像多方位成像 能对被检验部位进行轴、冠、矢状位以及任何倾斜方位层面成像，且无须变动病人体位，便于再现体内解剖结构和病变空间位置和相互关系；磁共振成像设备第4页(一)MRI特点4.多参数成像、多序列成像多参数成像、多序列成像 经过分别获取T1加加权像像(T1 weighted image，TlWI)；T2加加权像像(T2 weighted image，T2WI)、质子密度加子密度加权像像(proton density weighted，PDWI)以及T2*WI、重T1WI、重T2WI，在影像上取得组织之间、组织与病变之间在T1、T2、T2*和PD上信号对比，对显示解剖结构和病变敏感；5.能进行形态学研究、进行功效、组织化学和生物化学方面研究。能够对脑脊液和血液流动作定量分析，提供一组相关流动非形态学信息。磁共振成像设备第5页(二二)主主 要要 用用 途途尤其适合于中枢神经系统、头颈部、肌肉关节系统以及心脏大血管系统检验，也适于纵隔、腹腔、盆腔实质器官及乳腺检验。中枢神经系统，MRI已成为颅颈交界区、颅底、后颅窝及椎管内病变最正确检验方式。对于脑瘤、脑血管病、感染疾病、脑变性疾病和脑白质病、颅脑先天发育异常等均含有极高敏感性，在发觉病变方面优于CT；对于脊髓病变如肿瘤、脱髓鞘疾病、脊髓空洞症、外伤、先天畸形等，为首选方法。磁共振成像设备第6页(二二)主主 要要 用用 途途头颈部，MRI应用大大改进了眼、鼻窦、鼻咽腔以及颈部软组织病变检出、定位、定量与定性。磁磁 共共 振振 血血 管管 成成 像像(magnetic resonance angiography，MRA)技术对显示头颈部血管狭窄、闭塞、畸形以及颅内动脉含有主要价值。在肌肉关节系统，已成为肌肉、肌腱、韧带、软骨病变影像检验主要伎俩之一。电影MRI技术还可进行关节功效检验。磁共振成像设备第7页心血管系统，使专心电门控和呼吸门控技术可对大血管病变如主动脉瘤、主动脉夹层、大动脉炎、肺动脉塞以及大血管发育等进行诊疗，也用于诊疗心肌、心包、心腔等病变。纵隔、腹腔、盆腔，MRI流动效应，能在静脉不注射对比剂情况下，直接对纵隔内、肺门区以及大血管周围实质性肿块与血管做出判别。对纵隔肿块、腹腔及盆腔器官，如肝、胰、脾、肾、肾上腺、前列腺病变发觉、诊疗与判别诊疗含有价值。MRI软组织极佳分辨率，成为诊疗乳腺病变有价值方法。(二二)主主 要要 用用 途途磁共振成像设备第8页(三三)主主 要要 内内 容容 MRI检验技术分为影像影像显示示和生化代生化代谢分析分析 影像显示技术主要由脉冲序列、流动现象赔偿技术、伪影赔偿技术和一系列特殊成像技术组成。主要特殊成像技主要特殊成像技术：1.磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)2.磁共振水成像(magnetic resonance hydrography)磁共振成像设备第9页(三三)主主 要要 内内 容容3.磁共振脑功效成像(functional magnetic resonance，fMRI)4.化学位移成像(chemical shift imaging)5.生生化化代代谢分分析析技技术：磁磁共共振振波波谱分分析析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)，用于提供组织化学成份数据信息。磁共振成像设备第10页(四四)磁共振成像不足磁共振成像不足 空间分辩力较低；对带有心脏起搏器或体内带有铁磁性物质病人不能进行检验；危重症病人不能进行检验；对钙化显示远不如CT，难以对病理性钙化为特征病变作诊疗；常规扫描信号采集时间较长，使胸、腹检验受到限制；对质子密度低结构，如肺、皮质骨显示不佳；设备昂贵。磁共振成像设备第11页磁共振成像原理磁共振成像原理原子核自旋，有角动量。因为核带电荷，它们自旋就产生磁矩。当原子核置于静磁场中，原来是随机取向双极磁体受磁场力作用，与磁场作同一取向。以质子即氢主要同位素为例，它只能有两种基本状态：取向“平行”和“反向平行”，他们分别对应于低能和高能状态。磁共振成像设备第12页准确分析证实，自旋并不完全与磁场趋向一致，而是倾斜一个角度。这么，双极磁体开始围绕磁场进动。进动频率取决于磁场强度。也与原子核类型相关。磁共振成像设备第13页它们之间关系满足拉莫尔关系：0=B0，即进动角频率0是磁场强度B0与磁旋比积。是每种核素一个基本物理常数。氢主要同位素，质子，在人体中丰度大，而且它磁矩便于检测，所以最适宇从它得到核磁共振图像。磁共振成像设备第14页以随机相位作进动自旋集合磁共振成像设备第15页多个磁距排列形成宏观磁化向量磁共振成像设备第16页从宏观上看，作进动磁矩集合中，相位是随机。它们合成取向就形成宏观磁化，以磁矩M表示。就是这个宏观磁矩在接收线圈中产生核磁共振信号。在大量氢核中，约有二分之一略多一点处于低等状态。磁共振成像设备第17页能够证实，处于两种基本能量状态核子之间存在动态平衡，平衡状态由磁场和温度决定。当从较低能量状态向较高能量状态跃迁核子数等于从较高能量状态到较低能量状态核子数时，就到达“热平衡”。磁共振成像设备第18页假如向磁矩施加符合拉莫尔频率射频能量，而这个能量等于较高和较低两种基本能量状态间磁场能量差值，就能使磁矩从能量较低“平行”状态跳到能量较高“反向平行”状态，就发生共振。磁共振成像设备第19页因为向磁矩施加拉莫频率能量能使磁矩发生共振，那么使用一个振幅为B1，而且与作进动自旋同时（共振）射频场，当射频磁场B1作用方向与主磁场B0垂直，可使磁化向量M偏离静止位置作螺旋运动，或称章动，即经射频场力迫使宏观磁化向量围绕它作进动。磁共振成像设备第20页假如各连续时间能使宏观磁化向量旋转90角，他就落在与静磁场垂直平面内。可产生横向磁化向量Mxy。假如在这横向平面内放置一个接收线圈，该线圈就能切割磁力线产生感生电压。当射频磁场B1撤除后，宏观磁化向量经受静磁场作用，就围绕它进动，称为“自由进动”。磁共振成像设备第21页因进动频率是拉莫尔频率，所感生电压也含有相同频率。因为横向磁化向量是不恒定，它以特征时间常数衰减至零为此，它感生电压幅度也随时间衰减，表现为阻尼振荡，这种信号就称为自由感应衰减信号(FID,Free Induction Decay)。信号初始幅度与横向磁化成正比，而横向磁化与特定体元组织中受激励核子数目成正比，于是，在磁共振图像中可区分氢原子密度差异。磁共振成像设备第22页同时旋转RF场B1可诱发横向磁化磁共振成像设备第23页B1连续时间足够长，使整个磁化向量落在横向平面内磁共振成像设备第24页RF脉冲后，横向磁化Mxy绕外磁场轴进动使横向平面内线圈感生交流信号磁共振成像设备第25页FID信号磁共振成像设备第26页因为拉莫尔频率与磁场强度成百分比，假如磁场沿X轴成梯度改变，得到共振频率也显然与体元在X轴位置相关。而要得到同时投影在二个坐标轴X-Y上信号，能够先加上梯度磁场GX，搜集和变换得到信号，再用磁场GY代替GX，重复这一过程。磁共振成像设备第27页在实际情况下，信号是从大量空间位置点搜集，信号由许多频率复合组成。利用数学分析方法，如富里叶变换，就不但能求出各个共振频率，即对应空间位置，还能求出对应信号振幅，而信号振幅与特定空间位置自旋密度成百分比。全部核磁共振成像方法都以这原理为基础。磁共振成像设备第28页第一节 概述一、基本知识回顾1.原子核自旋、磁矩和进动一群自旋着质子，显示每个核内周围电荷形成一个环形电流。这些环形电流方向是杂乱无章，这是自然状态下自旋核质子群。每一个环形电流周围将产生电磁效应，就是磁场。一个环形电流就好似一个小磁棒。理论上任何原子核所含质子或中子为奇数时，含有磁性。磁共振成像设备第29页原子核自旋磁共振成像设备第30页磁共振成像设备第31页磁共振成像设备第32页磁共振成像设备第33页磁共振成像设备第34页磁共振成像设备第35页2.产生磁共振原子核生磁共振原子核只有奇数只有奇数质子或奇数中子数原子核子或奇数中子数原子核产生自旋生自旋磁矩磁矩 泡利不相容原理：泡利不相容原理：原子核内成原子核内成对质子或中子自旋相互抵消子或中子自旋相互抵消磁共振成像设备第36页磁共振成像设备第37页 在主磁场中，在主磁场中，1 1H H 原子核在绕本身原子核在绕本身轴旋转时，又沿主磁场方向做圆周运动，将质子轴旋转时，又沿主磁场方向做圆周运动，将质子磁矩这种运动称为进动或旋进。磁矩这种运动称为进动或旋进。宏观磁矩也做进动，其频率宏观磁矩也做进动，其频率w ，可用，可用LarmorLarmor公式表示：公式表示：B B0 0 为主磁场强度，为主磁场强度，r r 为为磁旋比磁旋比 42.542.5兆赫兆赫/T/Tw=g Bo共振共振进动频率率磁共振成像设备第38页（二）氢原子磁矩进动学说1.质子带正电荷，含有自旋性（就像旋转中地质子带正电荷，含有自旋性（就像旋转中地球），并有自己磁场，自然状态下，各个质球），并有自己磁场，自然状态下，各个质子磁场方向（自旋轴方向）处于杂乱无章排子磁场方向（自旋轴方向）处于杂乱无章排列状态，宏观磁矩列状态，宏观磁矩M=0M=0。磁共振成像设备第39页磁共振现象：分子、原子或原子核能级在外磁场中劈裂后，当外界电磁场（电磁波）频率适当（光子能量适当）时，处于低能态分子、原子或原子核等吸收电磁波能量跃迁至高能态，这种现象称为磁共振现象。磁共振成像设备第40页无外加磁场时自旋运动磁共振成像设备第41页2.氢原子置于磁场状态当质子进入强磁场，质子将重新排列，大多当质子进入强磁场，质子将重新排列，大多数质子（低能态）自旋轴方向平行于磁场方数质子（低能态）自旋轴方向平行于磁场方向，少数质子（高能态）反向，宏观磁矩为向，少数质子（高能态）反向，宏观磁矩为MzMz。磁共振成像设备第42页磁场对自旋量子化作用磁共振成像设备第43页NS当质子进入强磁场，质子将重新排列，大多数质子（低当质子进入强磁场，质子将重新排列，大多数质子（低能态）自旋轴方向平行于磁场方向，少数质子（高能态）能态）自旋轴方向平行于磁场方向，少数质子（高能态）反向，宏观磁矩为反向，宏观磁矩为MzMz。共振共振宏宏观磁矩磁矩磁共振成像设备第44页因为Mxy=0，平衡态时M=Mz平衡态时在B0中质子群：Mxy=0 M=Mz磁共振成像设备第45页3.施加射频脉冲原子核自旋系原子核自旋系统吸收相同吸收相同频率射率射频磁磁场能能量而从平衡量而从平衡态变为激激发态系系统激激发后特征：后特征：MZM0；MXY 0磁共振成像设备第46页射射频脉冲脉冲90脉冲脉冲 9090RFRF特点：特点：MxyMxy衰减快，信号难以采集，自衰减快，信号难以采集，自由感应衰减（由感应衰减（FIDFID）MxyMz共振共振磁共振成像设备第47页180RF180RF特点：特点：1 1、MxyMxy重聚焦，信号得以采集，重聚焦，信号得以采集，2 2、在、在TE/2TE/2激发激发 3 3、MxyMxy衰减，是因为质子失相位衰减，是因为质子失相位MxyMz去相位去相位复相位复相位180脉冲脉冲 共振共振磁共振成像设备第48页4.射频脉冲停顿后射频脉冲符合频率，被激励质子群发生共振，宏射频脉冲符合频率，被激励质子群发生共振，宏观磁化矢量（观磁化矢量（M M）离开平衡状态，当脉冲停顿）离开平衡状态，当脉冲停顿后，宏观磁化矢量又自发地回复平衡状态，后，宏观磁化矢量又自发地回复平衡状态，这个过程称为这个过程称为“核磁驰豫核磁驰豫”。磁共振成像设备第49页令M偏转角达90射频脉冲称为90射脉脉冲，也就是说90射频脉冲中止时，Mz=0，M=Mxy。磁共振成像设备第50页Mxy不停旋转，它磁场方向随时间而改变，这是一个振荡磁场，传输至附近一处固定天线内即可产生感应电流。Mxy振荡磁场就是组织发放出磁共振信号，天线内感应生成电流即为接收信号。磁共振成像设备第51页磁共振成像设备第52页自由感自由感应衰减信号（衰减信号（free induced decay,FID):射频脉冲停顿后样品射频辐射。（1）弛豫过程（relaxation process)：磁矩在射频场结束后，在主磁场作用下，进行“自由旋转”，因为粒子之间能量交换，全部磁矩将从不平衡态逐步过渡到平衡态，这一过程称为弛豫过程。这一过程将发生相对独立纵向弛豫和横向弛豫。下面以90度脉冲后弛豫过程加以说明。磁共振成像设备第53页弛豫弛豫 原子核系原子核系统从受激不平衡从受激不平衡态向向 平衡平衡态恢复恢复过程程 包含两方面包含两方面:纵向磁化分量向磁化分量MZ恢复恢复 横向磁化分量横向磁化分量 MXY衰减衰减磁共振成像设备第54页MzT1T1（纵向弛豫时间）：（纵向弛豫时间）：9090脉冲停顿后，脉冲停顿后，MzMz到达其最终平到达其最终平衡状态衡状态63%63%时间。时间。T2T2（横向弛豫时间）：（横向弛豫时间）：9090脉冲停顿后，脉冲停顿后，MxyMxy衰减到原来值衰减到原来值37%37%时间。时间。MxyMz T1 63 T2 37 核磁弛豫核磁弛豫Mz，MxyMXY 共振共振磁共振成像设备第55页 磁化磁化强度矢量弛豫度矢量弛豫过程程磁共振成像设备第56页a.横向弛豫：在垂直于主磁场横向磁化矢量由初始值逐步复零过程。满足下式，T2称为横向弛豫时间，经过T2，Mxy降低63%。因为磁矩之间相互作用，各磁矩旋进速度不一样，从而使基本一致取向逐步消失，变为在横向杂乱无章排列，从而使横向磁化矢量减小至最终为零。又称自旋自旋弛豫。主要反应样品磁环境不均匀性。磁共振成像设备第57页b.纵向弛豫：和主磁场方向平行磁化矢量由零逐步恢复最大值过程。满足下式，T1称为纵向弛豫时间，经过T1，Mz恢复63%。这是因为热辐射存在，从低能态跃迁至高能态磁矩逐步跃迁至低能态，恢复平衡态。这一驰豫过程常又称热弛豫或自旋晶格弛豫。主要反应局部能量交换信息。普通说来，纵向弛豫时间远大于横向弛豫时间。而且，不一样组织与器官弛豫时间显著不一样，从而对软组织及器官有特殊分辨能力。在主磁场为0.42T时，人体组织T1103ms，T2102ms。磁共振成像设备第58页纵向磁化向磁化对比（比（组织对比）比）各种各种组织在在纵向磁化完全恢复之前，向磁化完全恢复之前，已恢复已恢复纵向磁化内向磁化内产生不一生不一样组织T1不一不一样而形成而形成纵向磁化不一向磁化不一样现象。象。磁共振成像设备第59页 不一不一样组织纵向弛豫向弛豫时间常数常数 磁共振成像设备第60页 在在1.0T 磁磁场中不一中不一样组织横向弛豫横向弛豫时间常数常数磁共振成像设备第61页T2*弛豫弛豫有效横向弛豫有效横向弛豫T2弛豫效弛豫效应因因为磁磁场不均匀性所致不均匀性所致横向弛豫效横向弛豫效应T2*弛豫弛豫由由T2弛豫效弛豫效应和和T2弛豫效弛豫效应共同作用所共同作用所产生横向弛豫生横向弛豫 1/T2*=1/T2+1/T2磁共振成像设备第62页不一样组织间不一样组织间T1T1、T2T2值有差异，又相对值有差异，又相对固定，这是固定，这是MRMR成像基础，用不一样灰度成像基础，用不一样灰度表示。表示。MRIMRI图像主要反应组织间图像主要反应组织间T1T1差异，为差异，为T1T1加加权（权（T1 weighted imaging,T1WI)T1 weighted imaging,T1WI)。主要反应组织间主要反应组织间T2T2差异，为差异，为T2T2加权（加权（T1 T1 weighted imaging,T2WI)weighted imaging,T2WI)。共振共振加权成像加权成像磁共振成像设备第63页加权成像加权成像主要反应组织间质子（氢核）密度差异，为（主要反应组织间质子（氢核）密度差异，为（proton density weighted image proton density weighted image，PDWIPDWI）磁共振成像设备第64页T2*T2*加权又称磁敏感加权加权又称磁敏感加权 磁敏感对比磁敏感对比MRIMRI常采集常采集T2*T2*产生产生T2*T2*加权图象，用于发加权图象，用于发觉含有磁化率不一样病灶觉含有磁化率不一样病灶磁共振成像设备第65页n短T1组织吸收能量多显示强信号，长T1组织因饱和不能吸收太多能量，表现低信号n组织间信号强度改变使图像T1对比度得到增强n因为信号检测总是在横向进行，采取短TE可最大程度削减因为T2弛豫造成横向信号损失，排除了T2作用。T T1 1加加权像（短像（短TETE、短、短TRTR）磁共振成像设备第66页在在SE序列中，序列中，T1加加权成像成像时要要选择较短短TR和和TE值，普通，普通TR为500ms左右，左右，TE为20ms左右，左右，能取得很好能取得很好T1加加权图像。像。n参数设置（SE）：短TR（TRT1），提升T1W；短TE（TETTRT1 1）长长TE TE （TETTETTRT1 1）；短）；短TE (TETTE (TET2 2)磁共振成像设备第75页质子密度反子密度反应单位位组织中中质子含量多少。子含量多少。在在SE序列中，普通采取序列中，普通采取较长TR和和较短短TE时可取得可取得质子密度加子密度加权图像，普通像，普通TR为2 500ms左右，左右，TE为20ms左右左右时，SE序列成序列成像可取得很好像可取得很好质子密度加子密度加权图像。像。磁共振成像设备第76页脉冲序列脉冲序列 饱和脉冲序列和脉冲序列 在一系列等间距900激励脉冲组成脉冲序列中，选取很长TR（第一个900激励脉冲作用后，组织纵向磁化强度矢量M0有足够时间恢复）和最小TE，这么脉冲序列称为饱各脉冲序列。这一脉冲序列在实际中没有应用。磁共振成像设备第77页三、脉冲序列三、脉冲序列 自旋回波脉冲序列自旋回波脉冲序列 SE是取得质子密度加权成像最好方法。梯度回波脉冲序列梯度回波脉冲序列（不（不惯用于取得用于取得质子密度加子密度加权图像）像）优点：信噪比和效率都相当好 缺点：极难除去T2*对比及化学位移影响。质子密度加子密度加权脉冲序列脉冲序列对照照 脉冲序列 质子密度对比信噪比去伪影自旋回波良优优快速自旋回波良优良梯度回波良优良磁共振成像设备第78页磁共振成像设备第79页不论何种加权像，均会包含一定质子密度、T1 和T2对比度。因为不论TR和TE怎样取值，纵向磁化MZ总是受质子密度影响；在可供测量信号出现之前，一定程度弛豫已经发生；经过序列参数选择，总能使图像某种对比度得以突出，同时使其它对比度影响大大降低。说明明磁共振成像设备第80页序列参数序列参数优化化一.序列参数分类n初级参数 TR、TE、TI、等n导出参数 图像对比度、空间分辨率、SNR、成象时间二二.参数参数优化内容化内容1.对比度影响参数及优化n影响参数TR、TE、TI、2.空间分辨率影响参数及优化3.信噪比影响参数及优化磁共振成像设备第81页（三）梯度磁场与定位磁共振成像设备第82页梯度梯度场与与层面厚度关系面厚度关系磁共振成像设备第83页第二节 主磁体系统磁体系统是磁共振成像系统最主要、成本磁体系统是磁共振成像系统最主要、成本最高部件，是磁共振系统中最强大磁场，最高部件，是磁共振系统中最强大磁场，平时我们评论磁共振设备大小就是指平时我们评论磁共振设备大小就是指静磁静磁场场强数值场场强数值，单位用，单位用特斯拉特斯拉（TeslaTesla，简称，简称T,T,垂直于磁场方向垂直于磁场方向1 1米长导线，经过米长导线，经过1 1安培电流，受到磁场作用力为安培电流，受到磁场作用力为1 1牛顿牛顿时，通电导线所在处磁感应强度就是时，通电导线所在处磁感应强度就是1 1特斯拉特斯拉。）或。）或高斯高斯（GaussGauss）表示，）表示，1T=11T=1万高斯。万高斯。磁共振成像设备第84页临床上磁共振成像要求磁场强度在临床上磁共振成像要求磁场强度在0.050.053T3T范围内。普通将范围内。普通将0.3T0.3T称为低场，称为低场，0.3T0.3T1.0T1.0T称为中场，称为中场，1.0T1.0T称为高场。磁场称为高场。磁场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁场强度过高也带来一些不利原因。但磁场强度过高也带来一些不利原因。磁共振成像设备第85页为了取得不一样场强磁体，生产厂商制造为了取得不一样场强磁体，生产厂商制造出了不一样类型磁体，出了不一样类型磁体，常见磁体常见磁体有有永久磁永久磁体体、常导磁体常导磁体和和超导磁体超导磁体。磁共振成像设备第86页一、主磁体性能指标（1 1）磁场强度）磁场强度 磁共振设备磁场强度大小就是指静磁磁共振设备磁场强度大小就是指静磁场场强数值大小，单位用特斯拉（场场强数值大小，单位用特斯拉（TeslaTesla，简称简称T T）或高斯（）或高斯（GaussGauss）来表示，）来表示，1T=11T=1万万高斯。高斯。（2 2）磁场均匀度）磁场均匀度 所谓磁场均匀度是指在特定容积（常所谓磁场均匀度是指在特定容积（常取球形空间）程度内磁场同一性程度，即取球形空间）程度内磁场同一性程度，即穿过单位面积磁感应线是否相同。穿过单位面积磁感应线是否相同。磁共振成像设备第87页（3）磁场稳定度 磁场稳定度分磁场稳定度分时间稳定度时间稳定度和和热稳定度热稳定度两种。两种。时间稳定度时间稳定度是指磁场随时间而改变程是指磁场随时间而改变程度。磁场随时间改变会产生相位差，造成度。磁场随时间改变会产生相位差，造成图像伪影。图像伪影。热稳定度热稳定度是指磁场值随环境温度改变是指磁场值随环境温度改变而漂移程度。永磁体和常导磁体热稳定度而漂移程度。永磁体和常导磁体热稳定度较差，超导磁体时间稳定度和热稳定度都较差，超导磁体时间稳定度和热稳定度都能满足要求。能满足要求。磁共振成像设备第88页（4 4）有效孔径）有效孔径 有效孔径是指梯度线圈、匀场线圈、射有效孔径是指梯度线圈、匀场线圈、射频体线圈和内护板等部件均安装完成后所频体线圈和内护板等部件均安装完成后所得到空间）。全身得到空间）。全身MRIMRI设备，磁体有效孔径设备，磁体有效孔径须足以容纳人体为宜，普通来说，内径应须足以容纳人体为宜，普通来说，内径应大于大于6565厘米。孔径较小可使病人产生幽闭厘米。孔径较小可使病人产生幽闭恐惧感。恐惧感。开放式磁体使病人躺在半敞开检验床上，开放式磁体使病人躺在半敞开检验床上，不会产生幽闭恐惧感，并能开展磁共振介不会产生幽闭恐惧感，并能开展磁共振介入治疗项目。入治疗项目。磁共振成像设备第89页（5 5）磁场逸散度）磁场逸散度 强大主磁体周围形成逸散磁场，其逸散程强大主磁体周围形成逸散磁场，其逸散程度称为逸散度。它危害是对附近铁磁性物体度称为逸散度。它危害是对附近铁磁性物体产生很强吸引力，对人体健康、医疗仪器设产生很强吸引力，对人体健康、医疗仪器设备受到不一样程度损害、干扰和破坏。逸散备受到不一样程度损害、干扰和破坏。逸散程度办法是对磁体采取各种有效屏蔽。程度办法是对磁体采取各种有效屏蔽。磁共振成像设备第90页二、主磁体种类与特点磁共振成像设备第91页（1）永久磁体 永久磁体是由永久磁铁（如铁氧体或铷铁）磁砖拼砌而成。它结构主要有两种，即环型和轭型。优点：造价低，场强能够到达0.3T，能产生优质图像，需要功率极小，维护费用低，可装在一个相对小房间里。缺点：磁场强度较低，磁场均匀度和强度欠稳定，易受外界原因影响（尤其是温度），不能满足临床波谱研究需要。磁共振成像设备第92页 （2）超导磁体 荷兰科学家昂尼斯（Kamerlingh Onnes）在1911年首先发觉一些物质电阻在超低温下急剧下降为零超导性质，电阻突然消失意味着物质已转变为某种新状态，这些物质称为超导体。科学家昂尼斯取得了1913年诺贝尔物理学奖。优点：场强高，稳定性和均匀度好，所以可开发更多临床应用功效。缺点：技术复杂和成本高。磁共振成像设备第93页（3 3）常导磁体）常导磁体 常导磁体是依据电流产生磁场原理设计。常导磁体是依据电流产生磁场原理设计。当电流经过圆形线圈时，当电流经过圆形线圈时，在导线周围会产生磁场在导线周围会产生磁场。常导磁体线圈是由高导电性金属导线或薄片。常导磁体线圈是由高导电性金属导线或薄片绕制而成。它结构主要由各种线圈组成。绕制而成。它结构主要由各种线圈组成。优点：优点：造价较低，不用时能够停电，在造价较低，不用时能够停电，在0.2T0.2T以下能够取得很好临床图以下能够取得很好临床图像。像。缺点：缺点：磁场不稳定性原因主要是受供电电源电压波动影响，均匀度差磁场不稳定性原因主要是受供电电源电压波动影响，均匀度差。另外易受环境原因（如温度、线圈绕组位置或尺寸）影响。另外易受环境原因（如温度、线圈绕组位置或尺寸）影响.磁共振成像设备第94页三、主磁体匀场办法1.有源匀场（主动调整）利用匀场线圈调整磁场强度2.无源匀场（被动调整）利用铁片产生附加磁场调整磁共振成像设备第95页第三节 梯度磁场梯度磁场简称梯度场，梯度是指磁场强度按其磁场位置（距离）改变而改变，它产生是由梯度线圈完成，普通在主磁体空间沿着X、Y、Z三个方向放置。梯度线圈有三组即GX、GY、GZ，叠加在静磁场磁体内，当线圈通电时可在静磁场中形成梯度改变。磁共振成像设备第96页磁共振成像设备第97页一、梯度磁场作用和性能指标（1）有效容积（梯度场均匀容积）有效容积是指线圈所包容、其梯度场能够有效容积是指线圈所包容、其梯度场能够满足一定线性要求空间区域。满足一定线性要求空间区域。磁共振成像设备第98页（2）梯度场线性 梯度场线性是衡量梯度场平稳度指标。梯度场线性是衡量梯度场平稳度指标。线性越好，表明梯度场越准确，图像质量就线性越好，表明梯度场越准确，图像质量就越好。越好。磁共振成像设备第99页（3 3）梯度场强度）梯度场强度 梯度场强度是指梯度场强度是指梯度场能够到达最大值梯度场能够到达最大值。与主磁场相比梯度磁场是相当微弱。梯度场与主磁场相比梯度磁场是相当微弱。梯度场强度大，磁场梯度就能够更大些，可进行超强度大，磁场梯度就能够更大些，可进行超薄层面扫描。薄层面扫描。磁共振成像设备第100页（4 4）梯度场改变率和梯度上升时间）梯度场改变率和梯度上升时间 梯度场改变率是指梯度场改变率是指单位时间内梯度场改单位时间内梯度场改变程度变程度，即最大梯度与上升时间比率，亦称，即最大梯度与上升时间比率，亦称梯度切换率。梯度上升时间是指梯度场到达梯度切换率。梯度上升时间是指梯度场到达某一预定值所需时间。梯度上升性能提升，某一预定值所需时间。梯度上升性能提升，可开发更加快速成像序列可开发更加快速成像序列.磁共振成像设备第101页（5）梯度场工作周期 梯度场工作周期是指在一个成像周期时间内梯度场工作时间所占百分数。成像周期是指MRI设备采集一次数据所需时间，即一个脉冲序列执行一遍所需时间。梯度场工作周期与成像层数相关，成像层数越多，梯度场工作周期百分数越高。磁共振成像设备第102页二、梯度磁场产生由中央处理单元中时序控制器（pPSC）给出18位串行信号，经梯度控制器进行D/A转换、涡流赔偿、阻抗匹配送出3组直流信号加到X向、Y向、Z向三个独立放大器上，经增益放大后直接输送到对应X向、Y向、Z向三个梯度线圈上。磁共振成像设备第103页梯度线圈磁共振成像设备第104页梯度场B0B0超导磁体系统磁共振成像设备第105页梯度放大器 梯度放大器电路板安装在控制柜中。梯度放大器是功率放大器，要求输出功率大、开关时间短、响应快、输出电流准确。大功率输出要求：输出电流大（决定梯度磁场强度）、输出电压高（决定梯度磁场切换率）。为了使3个梯度线圈工作互不影响，配置了3个独立梯度放大器，在CCC控制下，分别独立工作，输出所需电流。磁共振成像设备第106页Z轴梯度线圈与磁场 磁共振成像设备第107页X轴、Y轴梯度线圈与磁场磁共振成像设备第108页第四节 射频发射与接收系统射频场系统包含射频脉冲发射系统和射频信号接收系统两部分。用于建立RF场RF线圈叫发射线圈。用于检测MR信号RF线圈叫接收线圈磁共振成像设备第109页发射线圈磁共振成像设备第110页 各种型号接收线圈磁共振成像设备第111页射射频脉冲脉冲90脉冲脉冲 9090RFRF特点：特点：MxyMxy衰减快，信号难以采集，自衰减快，信号难以采集，自由感应衰减（由感应衰减（FIDFID）MxyMz共振共振磁共振成像设备第112页180RF180RF特点：特点：1 1、MxyMxy重聚焦，信号得以采集，重聚焦，信号得以采集，2 2、在、在TE/2TE/2激发激发 3 3、MxyMxy衰减，是因为质子失相位衰减，是因为质子失相位MxyMz去相位去相位复相位复相位180脉冲脉冲 共振共振磁共振成像设备第113页发射线圈发射线圈用来产生RF磁场，必须让RF功率放大器输出电压加到线圈两端，使使发射线圈共振于RF频率，这么线圈流过电流最大，产生RF磁场也最大。下列图：线圈与电容谐振电路。线圈L与电容C2并联，当满足共振条件时，即产生谐振，线圈中电流将是总电流Q倍。因为发射线圈电阻很小，Q值为几十几百。LC2C1磁共振成像设备第114页发射线圈类型：圆形线圈；鞍形线圈；螺线管线圈；低频鸟笼式线圈；高频鸟笼式线圈。磁共振成像设备第115页磁共振成像卷高频鸟笼式线圈磁共振成像设备第116页发射通道：含有形成RF脉冲形状、对脉冲进行衰减控制、功率放大和监视等功效。1、频率合成器：发射部分需要一路中频信号和一路同中频进行混频信号；接收部分需要用到两路含有90相位差中频信号，和用于混频一路RF信号；整个RF部分控制还要一个公用时钟信号。这些都有频率合成器来产生。2、发射混频器：它经过两种信号混频，产生RF信号，同时经过门控电路形成RF脉冲波形。3、发射调制器：对RF信号进行幅度调制。磁共振成像设备第117页4、功率放大器：将RF信号由0.5V，1mW左右，放大到足够大功率。30w功率分解600w600w功率合成10kw放大器放大器放大器5、发射控制器：控制、协调磁共振成像设备第118页接收线圈与接收通道接收线圈：用于接收人体所产生MR信号。能够和发射线圈使用同一线圈，也可独立使用。线圈越靠近人体组织接收信号越强；线圈越小、噪声越小。惯用一些专用线圈：头部线圈，关节表面线圈，脊柱相控阵线圈等。磁共振成像设备第119页接收通道MR信号感生电流很小，必须经接收通道放大、混频、滤波、检波、A/D转换等一系列处理后才能送到计算机。接收线圈前置放大器混频器中频滤波器相敏检波器低频放大器A/D转换器相敏检波器低频放大器A/D转换器磁共振成像设备第120页1、前置放大器：位于开端，要求匹配，尤其要低噪。2、混频器与滤波器 混频器：将信号频谱搬移到中频上。滤波器：滤除无须要频率组合，滤噪。3、相敏检波器：从来自中频滤波电路中频信号中检测出低频MR信号。4、低频放大与低通滤波5、ADCA/D 磁共振成像设备第121页第五节 计算机系统主计算机系统：由主机、磁盘存放器、光盘存放器、控制台、主图像显示器、辅图像显示器、网络适配器以及测量系统接口部件等组成。射频发射射频线圈射频接收梯度形成梯度放大与线圈射频控制梯度控制计算机重建控制显示控制阵列机AP显示设备（计算机功效框图）磁共振成像设备第122页梯度场控制每个梯度场都有一定形状有一定形状，而且X、Y、Z三个方向梯度之间有有严格格时序关系序关系，必须用计算机控制。直接控制：间接控制：CPU缓存器D/A梯度驱动梯度存放器缓存器D/ACPU计算机梯度驱动解放了CPU磁共振成像设备第123页射频脉冲控制依据成像方法需要，MRI以一定时间间隔，产生一定形状RF脉冲波。包含：RF脉冲波形成、相位控制、脉冲开关等。（还包含RF接收衰减及滤波控制）计算机RF地址计数器数据存放器RF存放器RF数据锁存放器DAC磁共振成像设备第124页图像重建IOP 输入输出口AP 快速数据处理机CPU采集部分IOP地址版IOP数据AP海量存放器错误检校板MRI总线图像重建部分结构框图磁共振成像设备第125页图像显示帧存1帧存2视频输出处理器图像显示器字符数字版时钟与控制操作员终端帧存接口总线接口图像显示部分框图磁共振成像设备第126页第六节 磁场屏蔽一、等高斯线磁场与环境相互影响：磁体所产生磁场，向空间各个方向散布，称为杂散磁场。它强弱与空间位置相关。惯用等高斯线图来形象地表示杂散磁场上述分布。磁共振成像设备第127页磁共振成像设备第128页当杂散磁场场强到达一定程度时，可能干扰周围环境中磁敏感性强设备，影响正常工作。这种影响通常在 5 高斯线内区域非常显著。磁共振成像设备第129页杂散磁场对部分医疗设备影响杂散磁场对部分医疗设备影响磁共振成像设备第130页磁共振成像系统部分磁场干扰源磁共振成像系统部分磁场干扰源磁共振成像系统部分磁场干扰源磁共振成像系统部分磁场干扰源干扰源至磁体中心最小距离（m）地板内钢筋网（15 千克m 2)1钢梁、支持物、混凝支柱5轮椅、担架8大功率电缆、变压器10活动床、电瓶车、小汽车12起重机、卡车 15铁路、地铁、电车30磁共振成像设备第131页磁屏蔽分类磁屏蔽分类磁屏蔽分类磁屏蔽分类可分为有源和无源两种：有源屏蔽（活跃盾）是由一个线圈或线圈系统组成磁屏蔽。与工作线圈（内线圈）相比，屏蔽线圈可称为外线圈。这种磁体内线圈中通以正向电流，以产生所需工作磁场；外线圈中通以反向电流，以产生反向磁场来抵消工作磁场杂散磁场，到达屏蔽目标。磁共振成像设备第132页无源屏蔽（消极盾）使用是铁磁性屏蔽体，即上面所说软磁材料罩壳。无源磁屏蔽可分为下述 3 种：（1)房屋屏蔽：在磁体室上下及四面墙体镶入 厚钢板，组成封闭磁屏蔽间。用材多（十吨左右），价格昂贵。磁共振成像设备第133页（2)定向屏蔽：若杂散磁场分布仅在某个方向超出了要求程度（如 5 高斯），可在该方向墙壁中安装屏蔽物，形成定向屏蔽。此法适合用于磁共振成像室和 CT 室共用一建筑物情形。（3)自屏蔽（自我 shelding）：是指仅在磁体周围安装铁磁材料屏蔽体屏蔽方法。效果很好，体积大而重。磁共振成像设备第134页磁共振成像设备第135页