放射醫(yī)學(xué)技術(shù)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備知識磁共振MR成像設(shè)備

放射醫(yī)學(xué)技術(shù)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)問磁共振MR成像設(shè)備一、MRI設(shè)備的分類和進展〔一〕MRI設(shè)備的分類按磁體類型分類MRIMRIMRIMRI按磁體產(chǎn)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(shè)備的磁場強度已達0.4T，其構(gòu)造為單柱型或雙柱非對稱型。開放式MRI設(shè)備的優(yōu)點是可消退MRI設(shè)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(xué)的進一步進展，將來可能消滅高溫超導(dǎo)磁體。二、MRI設(shè)備的構(gòu)成及其功能MRI設(shè)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(guān)心保障系統(tǒng)構(gòu)成?！惨弧炒朋w系統(tǒng)磁體的根本功能是為MRI設(shè)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(nèi)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(gòu)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(diào)系統(tǒng)將磁體間內(nèi)的溫度或磁體本身的溫度變化嚴(yán)格掌握在±1℃之內(nèi)。永磁型MRI設(shè)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(yīng)用于磁共振介入治療和磁共振導(dǎo)引的介入手術(shù)中。常導(dǎo)型磁體常導(dǎo)型磁體是用線圈中的恒定電流來產(chǎn)生MRI設(shè)備中的靜磁場，其磁場強度與導(dǎo)體中的電流強度、導(dǎo)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(zhì)量的大功率恒流電源MRI〔零下273.2攝氏度，標(biāo)為0K〕的超低溫時，其電阻為零，即處于超導(dǎo)狀態(tài)，這些具有超導(dǎo)性的物質(zhì)可稱為超導(dǎo)體。以超導(dǎo)體為線圈材料制造的磁體稱為超導(dǎo)型磁體?！埠喎Q超導(dǎo)線圈〕、高真空超低溫杜瓦容器、及其附屬部件構(gòu)成。三個步驟。其真空絕熱、保冷性能主要打算于它的真空度?！泊朋w〕內(nèi)4.2K〔-268.8℃，與室溫相差近300℃〕的過程。灌滿液氦：磁體預(yù)冷到4.2K后，液氦氣化減弱，液氦開頭駐留在磁體內(nèi)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(dǎo)線圈將實現(xiàn)從正常態(tài)至超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變，超導(dǎo)環(huán)境從而建立起來。電源的掌握下漸漸給超導(dǎo)線圈施加電流，建立預(yù)定靜磁場的過程。勵磁一旦成功，超導(dǎo)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(dǎo)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(gòu)造和線圈組份、超導(dǎo)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(zhuǎn)換為熱能，引起液氦氣化，噴射而出。失超的預(yù)防保護措施氧監(jiān)測器和應(yīng)急排風(fēng)機；緊急失超開關(guān)。超導(dǎo)型磁體具有高場強、高穩(wěn)定性、高磁場均勻性、線圈不高質(zhì)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(shù)構(gòu)造而成的磁體。常見的是永磁型和常導(dǎo)型兩種磁體的組合。在永磁型磁體的兩個磁極上繞以銅質(zhì)線圈〔繞線方向應(yīng)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(shè)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(guān)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(shè)計方案，現(xiàn)有MRI設(shè)備中依據(jù)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(jù)。因此MRI設(shè)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(shù)模轉(zhuǎn)換器梯度掌握器〔GCU〕的任務(wù)是按系統(tǒng)主控單元的指令，發(fā)出全數(shù)字化的掌握信號，該掌握信號〔DAC〕后，馬上轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓掌握信號，據(jù)此產(chǎn)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(chǎn)生的，而梯度電流是由梯度放大器產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備的核心和關(guān)鍵部件，其性能凹凸直接打算著MRI設(shè)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(shè)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(zhǔn)確度高及其可重復(fù)性好、梯度效率和利用率高等。〔三〕射頻系統(tǒng)射頻系統(tǒng)負責(zé)實施射頻〔RF〕鼓勵并接收和處理射頻信號，即MR各種翻轉(zhuǎn)角的射頻脈沖，還要接收成像區(qū)域內(nèi)1H〔氫質(zhì)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(zhì)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(nèi)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(yīng)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(shè)對輸出信號進展適當(dāng)?shù)慕M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(gòu)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(yīng)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(diào)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(gòu)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(shù)要求射頻放射單元還要能夠產(chǎn)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(yīng)進展嚴(yán)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(guān)斷后，共振質(zhì)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(chǎn)生自由感應(yīng)衰減〔FID〕信號，于是，線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，即磁統(tǒng)的靈敏度、放大倍數(shù)、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(chǎn)生的磁共振信號，并經(jīng)適當(dāng)放大和處理后供數(shù)據(jù)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?！菜摹承盘柌杉蛨D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(shù)〔A/D〕轉(zhuǎn)換，使之成為離散數(shù)字信號的過程。射頻信號采集單元的核心器件是A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的兩個重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)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(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從0.3T永磁型MRI7.0T超導(dǎo)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(wù)則是依據(jù)譜儀系統(tǒng)所供給的原始數(shù)據(jù)來計算可顯示的磁共振灰度圖像。圖像重建任務(wù)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(shù)據(jù)接收單元、高速緩沖存儲器、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、算術(shù)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(guān)心信息顯示器〔顯示受檢者心〔相機〕、網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(yīng)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(yīng)用軟件兩大類。其中系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)和常用例行效勞程序等三個模塊。應(yīng)用軟件包括磁共振成像、影像后處理及分析軟件包?！擦酬P(guān)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(xiàn)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(chǎn)生、傳輸及掌握，數(shù)據(jù)的全自動后處三、MRI設(shè)備的技術(shù)參數(shù)MRI設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)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