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1、核磁共振成像设备核磁共振成像设备系统的组成系统的组成磁体磁体 磁场磁场 永磁体永磁体 常导磁体常导磁体 超导磁体超导磁体 杂散场屏蔽杂散场屏蔽 匀场匀场 强磁场的优缺点强磁场的优缺点梯度系统梯度系统射频系统射频系统MRIMRIMRIMRIMRI系统的组成MRI系统的组成 磁体磁体 梯度线圈梯度线圈 梯度脉冲控制（发生梯度脉冲控制（发生+放大）放大）射频线圈射频线圈 射频控制（发生射频控制（发生+放大）放大）MRMR信号接受器（射频检测器）信号接受器（射频检测器）MRIMRI谱仪谱仪 计算机、图像显示和储存装置计算机、图像显示和储存装置射频系统射频系统梯度系统梯度系统磁体系统磁体系统微机系统微机
2、系统MRI系统之所以庞大的另一个原因，除系统之所以庞大的另一个原因，除了成像所需的设备外，还需要许多附属了成像所需的设备外，还需要许多附属设备与之配套设备与之配套常用的这类设备有：常用的这类设备有：磁屏蔽体磁屏蔽体射频屏蔽体射频屏蔽体冷水机冷水机不间断电源不间断电源空调空调超导磁体的低温保证设施超导磁体的低温保证设施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场。单位用高斯（围空间内都会产生磁场。单位用高斯（Gauss,G）或特斯拉）或特斯拉（Tesla,T），），1T=104G。IB0NS1.磁体磁体位于磁场中的磁
3、介质，一方面对磁场产生影响，另一方面由于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。这种状态称为为磁化状态磁化状态。所有物质都能被磁化，但磁化的程度却有很大区。所有物质都能被磁化，但磁化的程度却有很大区别。别。根据物质的磁性，磁介质可分为：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磁化方向与磁场方向相同的物质顺磁质（顺磁质（paramagnetic substance）。锰、铝、铬、氮、液氮、氯化铜等。将顺磁质移。锰、铝、铬、氮、液氮、氯化铜等。将顺磁质移近磁铁时她会
4、受到吸引。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磁化方向与磁场方向相反的物质抗磁质（抗磁质（diamagnetic substance）。水银、铜、铅、硫、氯、。水银、铜、铅、硫、氯、CO2、硫化钠、和惰性、硫化钠、和惰性气体。生物有机体的组织多属于抗磁质，如氢和水。也有少数气体。生物有机体的组织多属于抗磁质，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。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
5、近切抗磁质和大多数顺磁质的磁导率都接近1。3.铁磁质（铁磁质（ferromagnetic substance）：磁性很强的物质。在纯：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。磁导率等都具有铁磁质。磁导率1。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，这就是所谓的谓的剩磁（剩磁（remanent magnetism）现象）现象。具有剩磁现象的铁磁。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体就成了永久磁铁。因
6、此常用磁化铁磁体的方法来形成永久磁铁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。所要消除铁磁体中的剩磁，就必须给铁磁体加一个反向磁场。所需反向磁场的量值称为需反向磁场的量值称为矫顽力（矫顽力（coercive force）。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（而成为普通的顺磁质。这一温度由居里（p.Curie）发现，这一）发现，这一温度被称之为温度被称之为居里点居里点。当铁磁质的温度达到或高于居里点时，。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
7、通的磁性物质。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。不同物质的居里点不同。磁畴：铁磁质内部原已存在的许多自发饱和的小区域。磁畴：铁磁质内部原已存在的许多自发饱和的小区域。1015个个六六.MRI里描述磁场的三个技术指标里描述磁场的三个技术指标：磁场强度，要求质子成像用磁场强度，要求质子成像用0.12.0T；磁场均匀度或均匀场的范围磁场均匀度或均匀场的范围(homogeneity)；磁场的稳定度。磁场的稳定度。符合需要的有效孔径符合需要的有效孔径1.在一定范围内增加主磁场的强度，可提高图像在一定范围内增加主磁场的强度，可提高图像的信噪比（的信噪比（SNR）。
8、）。磁场和磁体造价成正比例。磁场和磁体造价成正比例。发达国家发达国家1.0T以上的超导磁体非常常见，我国每年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。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。需在主磁场之上还需要施加梯度磁场。需要单个体素上的要单个体素上的B变化量必须大于磁场偏变化量必须大于磁场偏差，否则将会扭曲定位信号，降低成像质差，否则将会扭曲定位信号，降低成像质量。量。1.5T 1ppm 0.0015mT均匀性标准还与所取测量空间的大小有关。均匀性标准还与所取测量空间的大小有关。整个孔径范围为整个孔径范围为50ppm。与磁体中心同心的直径为与磁体中心同
9、心的直径为40cm和和50cm的球的球体内分别是体内分别是5ppm和和10ppm。被测标本区。被测标本区每立方厘米的空间应小于每立方厘米的空间应小于0.01ppm。3.受磁体附近铁磁性物质、环境温度或匀场电源电源漂移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，这就是常说的是常说的磁场漂移磁场漂移。稳定性就是衡量这种变化的指标。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。定程度上会影响图像质量。时
10、间稳定性：磁场随时间变化程度时间稳定性：磁场随时间变化程度 以以1h或数小时作为限度或数小时作为限度 短期（短期（12h）漂移不能大于）漂移不能大于5ppm 长期（长期（8h为周期）漂移不能大于为周期）漂移不能大于10ppm热稳定性：永磁和常导热稳定性差，对环境温度要热稳定性：永磁和常导热稳定性差，对环境温度要 求很高。求很高。超导的时间稳定性和热稳定性都可以超导的时间稳定性和热稳定性都可以 满足要求满足要求4.孔径是指梯度线圈、匀场线圈、射频线圈孔径是指梯度线圈、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和内护板等部件均安装完毕后柱形空间的有效内径。有效内径。牛津公司牛津公司UN
11、ISYTAT磁体本身内径磁体本身内径1050mm，装入匀场线圈后装入匀场线圈后920mm，安装梯度线圈后，安装梯度线圈后750mm。Open式永磁式永磁MRI发展很快。发展很快。2.2.永磁体（永磁体（permanent magnetpermanent magnet）一般材料一般材料：铝镍钴、铁氧体、稀土钴（钕铁硼）：铝镍钴、铁氧体、稀土钴（钕铁硼）工艺工艺：多块永磁铁堆积或拼接而成：多块永磁铁堆积或拼接而成要求要求：既满足构成一定的成像空间，又要保证一定：既满足构成一定的成像空间，又要保证一定 的磁场均匀性的磁场均匀性优点优点：寿命长，没有明显磁场损失：寿命长，没有明显磁场损失 功率少，不产
12、生热功率少，不产生热 不需要液氦冷却，维护费用少不需要液氦冷却，维护费用少 整机价格低整机价格低 构造简单，杂散场小构造简单，杂散场小缺点缺点：体积大，场强小：体积大，场强小 产生产生0.2T0.2T需要，限制其磁力线的铁需要，限制其磁力线的铁 要要2323吨吨多用于多用于：头部、四肢、乳腺和微成像等系：头部、四肢、乳腺和微成像等系统统永磁型磁体的磁场均匀性受到限制：永磁型磁体的磁场均匀性受到限制：1.1.每块永磁材料的性能不可能完全一致每块永磁材料的性能不可能完全一致2.2.受磁极平面加工精度的限制受磁极平面加工精度的限制3.3.磁体本身边缘效应（磁极轴线与边缘磁场磁体本身边缘效应（磁极轴线
13、与边缘磁场的不均匀效应）的不均匀效应）4.4.永磁型磁体的温度系数较大（对温度敏感，永磁型磁体的温度系数较大（对温度敏感，使其稳定性变差）使其稳定性变差）此种被称之为此种被称之为横向磁横向磁场场，受检者体轴与磁，受检者体轴与磁场方向相垂直，设计场方向相垂直，设计适合于此种磁体的适合于此种磁体的RFRF线圈相对来说比较困线圈相对来说比较困难，因为射频线圈平难，因为射频线圈平面必须与主磁场面必须与主磁场B B。正交，相比之下纵向正交，相比之下纵向磁场的线圈设计容易磁场的线圈设计容易得多。得多。对于一家具有全身对于一家具有全身MRIMRI系系统的医院来说，在添置统的医院来说，在添置一台廉价的专用系统
14、来一台廉价的专用系统来检查头部、四肢等部位检查头部、四肢等部位就是一种优化组合。就是一种优化组合。3.3.常导磁体（常导磁体（conventional magnetconventional magnet）一般材料一般材料：铜线绕制，铝片：铜线绕制，铝片工艺工艺：空心电磁铁：空心电磁铁要求要求：铜具有电导率，又称之为（：铜具有电导率，又称之为（resistive resistive magnetmagnet），为了产生足够场强和足够中空直径，往），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。往数个并用，所以散热要求很高。优点优点：造价低于超导：造价低于超导 不工作时可以停电不
15、工作时可以停电 低场强获得较好的图像（低场强获得较好的图像（0.020.2T0.020.2T）缺点缺点：1.1.场强越强，需要电流越大场强越强，需要电流越大 0.15T 0.15T 需要需要 200250A200250A的电流，产生约的电流，产生约50KW 50KW 的热量的热量2.2.电流波动导致场不稳定电流波动导致场不稳定3.3.场不均匀性场不均匀性1.1.常导磁体的线圈由高导电性的金属导线或薄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）铜比铝导电性高片绕制而成，（铜、铝）铜比铝导电性高40%40%，但铝比铜密度小但铝比铜密度小1/31/3。铝质量轻，价格低，因。铝质量轻，
16、价格低，因此常用铝薄片作线圈（大约此常用铝薄片作线圈（大约15cm15cm宽），每个宽），每个线圈绕制几千层。线圈两旁流动去离子水将线圈绕制几千层。线圈两旁流动去离子水将热量带走，传到外部热交换器中。热量带走，传到外部热交换器中。2.2.气冷磁体气冷磁体 0.15T0.15T 水冷磁体水冷磁体 0.2T0.2T4.4.超导磁体（超导磁体（superconducting magnetsuperconducting magnet）一般材料一般材料：常用超导材质铌钛合金，临界场强：常用超导材质铌钛合金，临界场强10T10T，临界温度临界温度9K9K，临界电流密度，临界电流密度3 3*10103 3A/mmA/mm2 2。工艺工艺：做成一束细丝埋在铜线里：做成一束细丝埋在铜线里要求要求：螺线管结构即可。改变超导磁体的匝数和电：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流可以改变场强。在两端点处场强减小50%50%，可以，可以增加两头匝数。增加两头匝数。人们认为人们认为0 0电阻导体会携带一无穷大电流，但实际上在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
