核磁共振成像设备.ppt

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1、核磁共振成像设备,系统的组成磁体 磁场 永磁体 常导磁体 超导磁体 杂散场屏蔽 匀场 强磁场的优缺点梯度系统射频系统,MRI,MRI,MRI,MRI,MRI系统的组成,MRI系统的组成,磁体梯度线圈梯度脉冲控制（发生+放大）射频线圈射频控制（发生+放大）MR信号接受器（射频检测器）MRI谱仪计算机、图像显示和储存装置,射频系统,梯度系统,磁体系统,微机系统,MRI系统之所以庞大的另一个原因，除了成像所需的设备外，还需要许多附属设备与之配套常用的这类设备有：磁屏蔽体射频屏蔽体冷水机不间断电源空调超导磁体的低温保证设施,一.磁场磁场是物质存在的一种基本形式，任何运动电荷或电流在周围空间内都会产生磁

2、场。单位用高斯（Gauss,G）或特斯拉（Tesla,T），1T=104G。,1.磁体,二.磁介质位于磁场中的磁介质，一方面对磁场产生影响，另一方面由于磁场的作用，使它本身也处于一种特殊状态之中。这种状态称为磁化状态。所有物质都能被磁化，但磁化的程度却有很大区别。根据物质的磁性，磁介质可分为：1.磁化方向与磁场方向相同的物质顺磁质（paramagnetic substance）。锰、铝、铬、氮、液氮、氯化铜等。将顺磁质移近磁铁时她会受到吸引。,2.磁化方向与磁场方向相反的物质抗磁质（diamagnetic substance）。水银、铜、铅、硫、氯、CO2、硫化钠、和惰性气体。生物有机体的组织

3、多属于抗磁质，如氢和水。也有少数顺磁质，如自由基。将抗磁质移近磁铁时，它会受到排斥作用。但是迄今发现的抗磁质在外磁场中所呈现的磁性都很微弱，一切抗磁质和大多数顺磁质的磁导率都接近1。3.铁磁质（ferromagnetic substance）：磁性很强的物质。在纯化学物质中，除了铁以外，过度族中的镍、钴和稀土族中的钬等都具有铁磁质。磁导率1。,三.剩磁现象和矫顽力外磁场撤去之后，铁磁体中上有剩余磁化强度存在，这就是所谓的剩磁（remanent magnetism）现象。具有剩磁现象的铁磁体就成了永久磁铁。因此常用磁化铁磁体的方法来形成永久磁铁要消除铁磁体中的剩磁，就必须给铁磁体加一个反向磁场。

4、所需反向磁场的量值称为矫顽力（coercive force）。,四.居里点任何铁磁质，当其温度超出某一特定值时，铁磁性会完全消失而成为普通的顺磁质。这一温度由居里（p.Curie）发现，这一温度被称之为居里点。当铁磁质的温度达到或高于居里点时，铁磁质中自发的磁化区域就完全瓦解而成为普通的磁性物质。不同物质的居里点不同。,五.磁畴（magnetic domain）磁畴：铁磁质内部原已存在的许多自发饱和的小区域。1015个,六.MRI里描述磁场的三个技术指标：磁场强度，要求质子成像用0.12.0T；磁场均匀度或均匀场的范围(homogeneity)；磁场的稳定度。符合需要的有效孔径,在一定范围内增

5、加主磁场的强度，可提高图像的信噪比（SNR）。磁场和磁体造价成正比例。发达国家1.0T以上的超导磁体非常常见，我国每年以数十台的惊人势头发展着。,2.在主磁场之上还需要施加梯度磁场。需要单个体素上的B变化量必须大于磁场偏差，否则将会扭曲定位信号，降低成像质量。1.5T 1ppm 0.0015mT均匀性标准还与所取测量空间的大小有关。整个孔径范围为50ppm。与磁体中心同心的直径为40cm和50cm的球体内分别是5ppm和10ppm。被测标本区每立方厘米的空间应小于0.01ppm。,受磁体附近铁磁性物质、环境温度或匀场电源电源漂移等因素影响，磁场的均匀性或场值也会发生变化，这就是常说的磁场漂移。

6、稳定性就是衡量这种变化的指标。稳定性下降意味着单位时间内磁场的变化率增高，在一定程度上会影响图像质量。,时间稳定性：磁场随时间变化程度 以1h或数小时作为限度 短期（12h）漂移不能大于5ppm 长期（8h为周期）漂移不能大于10ppm热稳定性：永磁和常导热稳定性差，对环境温度要 求很高。超导的时间稳定性和热稳定性都可以 满足要求,4.孔径是指梯度线圈、匀场线圈、射频线圈和内护板等部件均安装完毕后柱形空间的有效内径。牛津公司UNISYTAT磁体本身内径1050mm，装入匀场线圈后920mm，安装梯度线圈后750mm。Open式永磁MRI发展很快。,2.永磁体（permanent magnet）

7、一般材料：铝镍钴、铁氧体、稀土钴（钕铁硼）工艺：多块永磁铁堆积或拼接而成要求：既满足构成一定的成像空间，又要保证一定 的磁场均匀性,优点：寿命长，没有明显磁场损失 功率少，不产生热 不需要液氦冷却，维护费用少 整机价格低 构造简单，杂散场小缺点：体积大，场强小 产生0.2T需要，限制其磁力线的铁 要23吨多用于：头部、四肢、乳腺和微成像等系统,永磁型磁体的磁场均匀性受到限制：每块永磁材料的性能不可能完全一致受磁极平面加工精度的限制磁体本身边缘效应（磁极轴线与边缘磁场的不均匀效应）永磁型磁体的温度系数较大（对温度敏感，使其稳定性变差）,此种被称之为横向磁场，受检者体轴与磁场方向相垂直，设计适合于

8、此种磁体的RF线圈相对来说比较困难，因为射频线圈平面必须与主磁场B。正交，相比之下纵向磁场的线圈设计容易得多。,对于一家具有全身MRI系统的医院来说，在添置一台廉价的专用系统来检查头部、四肢等部位就是一种优化组合。,3.常导磁体（conventional magnet）一般材料：铜线绕制，铝片工艺：空心电磁铁要求：铜具有电导率，又称之为（resistive magnet），为了产生足够场强和足够中空直径，往往数个并用，所以散热要求很高。,优点：造价低于超导 不工作时可以停电 低场强获得较好的图像（0.020.2T）缺点：场强越强，需要电流越大 0.15T 需要 200250A的电流，产生约50

9、KW 的热量电流波动导致场不稳定场不均匀性,常导磁体的线圈由高导电性的金属导线或薄片绕制而成，（铜、铝）铜比铝导电性高40%，但铝比铜密度小1/3。铝质量轻，价格低，因此常用铝薄片作线圈（大约15cm宽），每个线圈绕制几千层。线圈两旁流动去离子水将热量带走，传到外部热交换器中。气冷磁体 0.15T 水冷磁体 0.2T,4.超导磁体（superconducting magnet）一般材料：常用超导材质铌钛合金，临界场强10T，临界温度9K，临界电流密度3*103A/mm2。工艺：做成一束细丝埋在铜线里要求：螺线管结构即可。改变超导磁体的匝数和电流可以改变场强。在两端点处场强减小50%，可以增加两

10、头匝数。,人们认为0电阻导体会携带一无穷大电流，但实际上在给定的温度和场强下，给定的导体所能携带的电流有一界限，超过这一界限，超导磁体就变成常导磁体，产生热失去超导性失超。不同的超导材料还存在不同的临界磁场，超过这一磁场界限，超导材料也会失超。,为了稳定，大约30束直径0.1mm的铌钛纤维包埋在2mm的铜材（copper matrx）里。这种导线负载最多可达700A的电流。20K时变成超导,优点：强磁场，一般大于0.5T（工业上用 24T，临床4T，研究22T）高度均匀性 长期稳定性缺点：场强越高，相应的磁力线分布的空间越大，机架外的杂散场越不易控制,超导材料的选择要考虑的几个重要因素：必须能

11、够负载产生强磁场所需的大电流材料必须能够保持超导状态，临界温度必须高于制冷剂如液氦的沸点维持超导所需的低温设备材料必须有合适的物理特性（柔软、可塑性）可以制成导线,安装：超导线圈液氦冷却励磁电流一定强度停止注入电流维持足够的冷却，电流将一直运行，无需另外输入电功率，每年大约几高斯的场强降落磁场稳定。维护：几年内的维护补充液氦，维持真空,失超（quench）：当磁体超导线圈中的局部导体变为常导，电流经过这段导体时会产生电阻欧姆损耗，磁场通过耗能释放出焦耳热，热量导致更大段的超导线变为常导线，恶性循环，最终发生失超。失超时注意事项：失超产生气体巨大的磁场落差伤害人体,各种磁体的技术性能比较,技术特

12、性 超导型 常导型 永磁型（轭形）（环形）,磁场强度 高（4.0T）低（0.3T）低（0.3T）低（0.3T）磁场方向 轴向 轴向 垂直 垂直或水平均匀场合/有效容积 好 中 中 中稳定性 好 取决于电源 取决于温度 取决于温度外部干扰 明显 无 低 低杂散场 大 中 低 低重量（吨）46 1.5 1050 6价格 高 低 中 低功率 除低温容器外，低 高 无 无冷却 液氦和液氮 冷却水 无 无,A.环形永磁体B.轭形永磁体C.轭形常导磁体D.空心常导磁体E.空心超导磁体,5.杂散场（stray field）屏蔽：美国联邦法律要求，如果公众出入区域的场强超出5高斯，则必须对该区域加以控制。如果

13、场地有限就需要提供足够的屏蔽来控制磁体的杂散场。方法：,无源屏蔽有源屏蔽,房间铁磁屏蔽磁铁自屏蔽,常导有源屏蔽超导有源屏蔽,6.匀场不均匀性的产生：磁体本身 磁体环境中的铁磁材料检查方法：使用特设探头沿着50cm球形表面测量成像容积表面多个点的磁场强度，然后利用基于球形谐波展开式（spherical harmonic expansion）的数学方法校正磁场不均匀性的匀场系数,匀场方法：无源匀场有源匀场 超导匀场线圈 常导匀场线圈 梯度线圈,位于磁体孔径内的线圈组件,7.强磁场的优缺点优点：强信号缺点：化学位移伪影 射频功率沉积 射频穿透性 T1弛豫 更强的梯度要求 价格 对人群影响 安全,梯度

14、磁场是由通过电流的梯度线圈产生的空间线性变化磁场。梯度磁场强度通常是静磁场的几百分之一。典型值为0.1高斯/厘米。,B0=6000G,f0=25.400MHz,0,50cm,50cm,25.325MHz,25.425MHz,5950G,6050G,梯度系统,均匀磁场,梯度场,Z向梯度场,X向梯度场和Y向梯度场,射频系统,置于静磁场B0中的受检体产生核磁共振现象，必须加入于B0场垂直的射频磁场B1。射频系统包括射频线圈、射频控制和磁共振接收器。,（一）.射频线圈和MR信号接受器（射频检测器）分类：按功能分：发射线圈和接受线圈。一般发射线圈和接收线 圈共用。按适用范围分：全容积线圈，分为体线圈和头

15、线圈 表面线圈 部分容积线圈 相控阵线圈,体线圈有螺线管和马鞍形线圈，主要用于激励和接收大的样品组织的MR信号；其他线圈，主要用于激励和检测小的组织区域的MR信号。,腔内线圈（intracavitary coil）：是近年新出现的一种小型线圈。使用时置于人体有关腔内，以便对体内的某些结构实施近距离高分辨率成像。美国Surgi-Vision 食道和周围区域成像的腔内线圈 经鼻插入直肠内线圈等可用于直肠、前列腺、子宫等盆腔内结构成像相控阵线圈：由两个以上的小线圈或线圈单元组成的线圈阵列。这些线圈可以彼此连接，组成一个大的成像区域，也可以分离。脊柱成像专用长型多线圈单平面阵列肩和盆部成像的多平面阵列

16、双颞颌关节成像专用相距较远的线圈对阵列,双肩、乳腺盆腔中髋关节成像,表浅组织器官成像颞颌关节、眼、耳等,多用途表面线圈,腹部表面线圈,（二）.射频控制射频控制系统包括两个部分，即RF发生和放大。,（三）.射频房间屏蔽由于从病体获得的信号极其微弱，而空间各种频率和强度的无线电信号却无处不在、无时不在，如果这些无线电信号的频率与射频系统的共振频率相同或相近，或者是共振频率的谐波分量，这些信号就会混入接受信号之中，形成干扰。这些信号将降低图像质量，产生伪影。另外RF系统也向外界发射信号，这些信号同样会对周围的设备产生干扰，射频屏蔽防止射频场向外泄漏。方法：房间六面铜板，观察窗双层玻璃中间夹铜网，进出屏蔽房间的导线安装滤波装置。,