第十五章 磁共振成像設(shè)備課件

第十五章磁共振成像設(shè)備

第七章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備前言第十五章磁共振成像設(shè)備猜猜：哪臺是CT？哪臺是MRI?第十五章磁共振成像設(shè)備CreanovaMagneticResonanceImagingScannerOpenMagneticResonanceImaging(MRI)Machine第十五章磁共振成像設(shè)備磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)

利用生物內(nèi)特定原子磁性核(多為氫核)在磁場中特性表現(xiàn)而進(jìn)行圖像成像的一種技術(shù).第十五章磁共振成像設(shè)備ASimpleMRMachineNorthSouthtransmitreceive第十五章磁共振成像設(shè)備第一節(jié)概論第十五章磁共振成像設(shè)備一、磁共振成像簡史1946年——美國加州大學(xué)Bloch和麻省哈佛大學(xué)Purcell發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象，并用于化學(xué)分析。60年代—

人們用磁共振技術(shù)檢測了動物體內(nèi)分布的氫，磷，氮的NMR信號，開始了對生物組織的化學(xué)分析研究。1971年——美國紐約州立大學(xué)Damadian發(fā)現(xiàn)老鼠正常組織與癌變組織氫原子核弛豫時間不同，腫瘤的T1、T2時間延長。1972年—紐約州立大學(xué)Lauterbur首先提出了利用磁場和射頻相結(jié)合的方法來獲得核磁共振圖像（兩個充水試管MR像）。第十五章磁共振成像設(shè)備布洛赫(FelixBloch)帕塞爾(EdwardPurcell)第十五章磁共振成像設(shè)備1973年——Lauterbur用反投影法完成MRI實(shí)驗(yàn)室成像的工作。1974年—Lauterbur做出活鼠MR像。1977年—英國阿伯丁大學(xué)的Hinshow和Bottomley取得了第一幅人手腕關(guān)節(jié)剖面MR像。

Damadian獲得胸部MR像。1978年——英國阿伯丁大學(xué)Mallard取得了人體頭部的磁共振圖像。1980年——完成了MRI全身掃描。第十五章磁共振成像設(shè)備1989年—

國產(chǎn)MR機(jī)商品化。1993年—

至今，MR機(jī)更新?lián)Q代發(fā)展迅速，目前已形成以下幾種形式：綜合型（0.3T—3.0T臨床）開放式（OPEN以低場為主）專業(yè)型（神經(jīng)、心臟、骨關(guān)節(jié)、乳腺等）超高場機(jī)型（4.0T、7.0T、8.0T、9.4T、17.6T研究）超高速型（掃描成像速度極快、亞毫秒級，具有MR實(shí)時成像及多種功能）第十五章磁共振成像設(shè)備核磁共振空間定位方法開拓者勞特伯

(PaulLauterbur)磁共振EPI序列發(fā)明者曼斯菲爾德

(PeterMansfield)第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備二、磁共振成像特點(diǎn)(優(yōu)點(diǎn))1,多參數(shù)成像2,多方位成像,任意層面和三維空間圖像3,大視野成像4,組織特性成像5,人體能量代謝研究,直接觀察細(xì)胞活動6,無電離輻射(無創(chuàng)傷性檢查)7,無骨和氣體偽影干擾8,心血管系統(tǒng)成像不需要造影劑第十五章磁共振成像設(shè)備二、磁共振成像的局限性(缺點(diǎn))1,成像速度慢2,對鈣化灶(Ca)和骨皮質(zhì)病灶不敏感3,圖像易受多種偽影影響：射頻，磁場，化學(xué)位移，靜電…4,禁忌證較多:起博器,假牙,絕育環(huán),監(jiān)護(hù)儀器.5,定量診斷困難:只有質(zhì)子密度加權(quán),T1&T26,MRI系統(tǒng)龐大運(yùn)行費(fèi)用高→檢查費(fèi)高第十五章磁共振成像設(shè)備三、磁共振的臨床應(yīng)用1.MR在臨床上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①各種參數(shù)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)圖像，用以區(qū)別不同器官和組織；②對組織的物理和生物特性，進(jìn)行組織特性的評價；③評價血流和腦脊液的流動。第十五章磁共振成像設(shè)備2.磁共振波譜（MRS）利用MRS能揭示組織內(nèi)生理、生化的情況，還可以用于鑒別診斷、病理預(yù)后評估、治療方案制定以及治療過程的監(jiān)控。3.介入磁共振所謂介入MRI，是在開放MRI設(shè)備下實(shí)現(xiàn)精確定位以及圖像引導(dǎo)，達(dá)到某種診斷和治療目的的新技術(shù)。第十五章磁共振成像設(shè)備第二節(jié)磁共振成像的物理基礎(chǔ)第十五章磁共振成像設(shè)備一、磁共振現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)磁共振信號的產(chǎn)生必備三個基本條件：①能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核。②恒定的靜磁場。③一定頻率的交變磁場。第十五章磁共振成像設(shè)備二、原子核的特性（一）原子核的自旋任何原子核都有一個特性，就是總以一定的頻率繞著自己的軸進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，我們把原子核的這一特性稱為自旋。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備用于人體磁共振成像的原子核為質(zhì)子（1H），選擇1H的理由有：（1）1H是人體中最多的原子核，約占人體中總原子核數(shù)的2/3以上；（2）1H的磁化率在人體磁性原子核中是最高的。1H是氫原子核，僅有一個質(zhì)子而沒有中子，由于人體MR圖像一般采用1H作為成像對象，因此除非特殊說明，一般所指的MR圖像即為1H的共振圖像。

第十五章磁共振成像設(shè)備（二）原子核的進(jìn)動和拉莫爾頻率1、進(jìn)動（precession）：處于主磁場的質(zhì)子，除了自旋運(yùn)動外，還繞著主磁場軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擺動，稱為進(jìn)動。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備2、進(jìn)動頻率（precessionfrequency）：質(zhì)子進(jìn)動的頻率非常快，每秒進(jìn)動的次數(shù)稱“進(jìn)動頻率”。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備三、靜磁場的作用（一）進(jìn)入主磁場前，小磁場的排列是隨機(jī)無序（即雜亂無章）的，使每個質(zhì)子產(chǎn)生的磁化矢量相互抵消。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備（二）進(jìn)入主磁場后人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài)進(jìn)入主磁場后，質(zhì)子產(chǎn)生的小磁場有兩種排列方式，1、與主磁場方向平行且方向相同——低能級。2、與主磁場平行但方向相反——高能級。3、處于平行同向的質(zhì)子略多于處于平行反向的質(zhì)子——宏觀縱向磁化矢量。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備四、射頻場的作用1、共振的概念（經(jīng)典力學(xué)）：物理學(xué)上，共振被定義為能量從一個振動著的物體傳遞到另一個物體，而后者以前者相同的頻率振動。從這個概念可以看出，共振的條件是相同的頻率，實(shí)質(zhì)是能量的傳遞。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備2、磁共振現(xiàn)象（量子力學(xué)）：如果我們給處于主磁場中的人體組織一個射頻脈沖，這個射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)動頻率相同，射頻脈沖的能量將傳遞給處于低能級的質(zhì)子，處于低能級的質(zhì)子獲得能量后將躍遷到高能級，我們把這種現(xiàn)象稱為磁共振現(xiàn)象。第十五章磁共振成像設(shè)備從微觀角度來說，磁共振現(xiàn)象是低能級的質(zhì)子獲得能量躍遷到高能級。從宏觀的角度來說，磁共振現(xiàn)象的結(jié)果是使宏觀縱向磁化矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與射頻脈沖的能量有關(guān)，能量越大偏轉(zhuǎn)角度越大。第十五章磁共振成像設(shè)備3.射頻脈沖有兩個作用①低能級核數(shù)量減少，物質(zhì)的縱向磁化矢量減小。②進(jìn)動的質(zhì)子與射頻磁場同步，即同相，橫向磁化矢量增加。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第三節(jié)磁共振成像設(shè)備的組成第十五章磁共振成像設(shè)備一、體系框圖磁共振成像設(shè)備（簡稱MRI設(shè)備）主要由以下四部分構(gòu)成：磁體系統(tǒng)、梯度磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及圖像處理等系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)間相互連接，由計(jì)算機(jī)控制、協(xié)調(diào)。對于超導(dǎo)MRI設(shè)備，低溫保障冷卻系統(tǒng)也是其重要組成部分。MRI設(shè)備的組成如圖所示。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備二、磁體系統(tǒng)它是由主磁體、梯度線圈、勻場線圈和射頻線圈組成。是磁共振發(fā)生和產(chǎn)生信號的主體部分。第十五章磁共振成像設(shè)備1.主磁體按照磁體類型分類有永磁型MRI設(shè)備、常導(dǎo)型MRI設(shè)備、超導(dǎo)型MRI設(shè)備以及混合型MRI設(shè)備。其作用是產(chǎn)生靜磁場，使人體組織內(nèi)的氫質(zhì)子在磁場內(nèi)形成磁矩，并以拉莫爾頻率沿磁場方向進(jìn)行自旋。第十五章磁共振成像設(shè)備2.梯度磁場包括梯度線圈和梯度發(fā)生系統(tǒng)。梯度線圈是特殊繞制的線圈，以Z軸線圈為例，通電后線圈頭側(cè)部分產(chǎn)生的磁場與主磁場方向一致，因此磁場相互疊加，而線圈足側(cè)部分產(chǎn)生的磁場與主磁場方向相反，因此磁場相減，從而形成沿著主磁場長軸（或稱人體長軸），頭側(cè)高足側(cè)低的梯度場，梯度線圈的中心磁場強(qiáng)度保持不變。X、Y軸梯度場的產(chǎn)生機(jī)理與Z軸方向相同，只是方向不同而已。梯度線圈的主要性能指標(biāo)包括梯度場強(qiáng)和切換率。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備梯度系統(tǒng)是指與梯度磁場相關(guān)的電路單元和相關(guān)系統(tǒng)。梯度系統(tǒng)由梯度線圈、梯度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、梯度放大器（又稱梯度電源）和梯度冷卻系統(tǒng)等部分組成。它的功能是為MRI設(shè)備提供線性度優(yōu)良、可達(dá)到高梯度磁場強(qiáng)度（又稱梯度場強(qiáng)度）、并可快速開關(guān)的梯度場，以便動態(tài)地、依次遞增地修改主磁場B0的磁場強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)成像體素的空間定位和層面的選擇。此外，在梯度回波和其他一些快速成像序列中，梯度場的翻轉(zhuǎn)還起著射頻激發(fā)后自旋系統(tǒng)的相關(guān)重聚作用。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備3.射頻磁場包括射頻線圈和射頻發(fā)生系統(tǒng)。脈沖線圈有發(fā)射線圈和接收線圈之分。發(fā)射線圈發(fā)射射頻脈沖（無線電波）激發(fā)人體內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振，就如同電臺的發(fā)射天線；接收線圈接收人體內(nèi)發(fā)出的MR信號（也是一種無線電波），就如同收音機(jī)的天線。有的線圈可同時作為發(fā)射線圈和接受線圈，如裝在掃描架內(nèi)的體線圈和頭顱正交線圈。大部分表面線圈只能作為接受線圈，而由體線圈來承擔(dān)發(fā)射線圈的功能。第十五章磁共振成像設(shè)備在MRI設(shè)備中，射頻系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)施射頻（RadioFrequency，RF）激勵并接收和處理射頻信號，即MR信號。射頻系統(tǒng)不僅要根據(jù)不同掃描序列的要求編排組合并發(fā)射各種翻轉(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。磁共振信號只有微伏（μV）的數(shù)量級，因而射頻接收系統(tǒng)的靈敏度、放大倍數(shù)、抗干擾能力都要非常高。

第十五章磁共振成像設(shè)備射頻系統(tǒng)主要由射頻脈沖發(fā)射單元和射頻脈沖接收單元兩部分組成，其中包括射頻發(fā)射器、射頻功率放大器、射頻發(fā)射線圈、射頻接收線圈、以及低噪聲射頻信號放大器等關(guān)鍵部件。射頻系統(tǒng)的作用是發(fā)射射頻脈沖，使磁化的質(zhì)子吸收能量產(chǎn)生共振，并接收質(zhì)子在弛豫過程中釋放的能量，而產(chǎn)生MR信號。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備三、計(jì)算機(jī)圖像重建系統(tǒng)該系統(tǒng)要求配備大容量計(jì)算機(jī)和高分辨的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以完成數(shù)據(jù)采集、累加、傅立葉變換、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示。1.數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集工作是將來自相敏檢波器的兩路相互正交的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，送入信號處理系統(tǒng)。第十五章磁共振成像設(shè)備2.信息處理數(shù)字化的FID信號，進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速傅立葉變換運(yùn)算，得出頻率域數(shù)字化函數(shù)后進(jìn)行圖像重建。由于信息量大和調(diào)度頻繁，信號處理系統(tǒng)可采用高檔次微型機(jī)與專用計(jì)算機(jī)聯(lián)合構(gòu)成。專用計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)信號預(yù)處理、快速傅里葉轉(zhuǎn)換和卷積反投影運(yùn)算，微機(jī)負(fù)責(zé)信息調(diào)度與系統(tǒng)控制。第十五章磁共振成像設(shè)備五、圖像顯示系統(tǒng)現(xiàn)在臨床常用的圖像工作站的彩色顯示器可根據(jù)需要分別應(yīng)用三維重建、三維投射重建和仿真內(nèi)窺對器官、相同結(jié)構(gòu)和區(qū)域顯示。但對常規(guī)MR圖像的顯示，大多數(shù)習(xí)慣于黑白圖像顯示。事實(shí)上MRI設(shè)備還要復(fù)雜得多。例如，為了實(shí)施特殊成像，還要有對相關(guān)生理信號進(jìn)行處理的單元等。第十五章磁共振成像設(shè)備圖像的硬拷貝輸出設(shè)備等也是必需的。MRI設(shè)備還需要許多附屬裝置共同參與，如磁屏蔽體、射頻屏蔽體、冷水機(jī)組、不間斷電源、空調(diào)機(jī)以及超導(dǎo)磁體的低溫保障設(shè)施等。第十五章磁共振成像設(shè)備第四節(jié)磁共振圖像的信號第十五章磁共振成像設(shè)備自旋核系統(tǒng)在靜磁場和RF的共同作用下，質(zhì)子吸收RF能量而進(jìn)入高能級，RF停止時質(zhì)子將釋放吸收的能量回到低能級，此時釋放出的能量稱為MR信號，接收線圈感應(yīng)到該信號，經(jīng)過一系列變化，由計(jì)算機(jī)重建出MR圖像。第十五章磁共振成像設(shè)備一、相位的概念相位是指某矢量與某參照軸之間的夾角。MRI的磁化矢量在進(jìn)動過程中，相位是變化的。將磁化總矢量分解為縱向磁化矢量和橫向磁化矢量?？梢钥闯?，疊加合成縱向磁化矢量MZ，在Z軸的矢量保持方向不變，而在X－Y平面的矢量因?yàn)閺圸軸旋轉(zhuǎn)，其方向不斷變化。第十五章磁共振成像設(shè)備所以，X－Y平面的橫向磁化矢量MXY相位不斷變化，加RF前，由于X－Y平面的磁化矢量隨機(jī)分布，相互抵消，不形成宏觀矢量。加RF激發(fā)后，橫向磁化矢量相位趨于一致，形成宏觀矢量，即MXY，此時，總磁化矢量離開平衡態(tài)，方向發(fā)生了變化。第十五章磁共振成像設(shè)備二、自旋弛豫（一）弛豫的概念1、

平衡態(tài)：人體進(jìn)入B0后形成并保持穩(wěn)定的MZ的狀態(tài)。但是一種動態(tài)平衡，處于高、低兩種能級的質(zhì)子之間不斷地交換。2、

激發(fā)態(tài)：系統(tǒng)吸收射頻能量后的不穩(wěn)定狀態(tài)。3、“弛豫”（relaxation）：系統(tǒng)由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至平衡狀態(tài)的過程。第十五章磁共振成像設(shè)備弛豫過程中同步發(fā)生：

縱向弛豫（longitudinalrelaxation）：縱向磁化矢量MZ逐步恢復(fù)的過程；

橫向弛豫（transverserelaxation）：橫向磁化矢量MXY逐步消失的過程。第十五章磁共振成像設(shè)備（二）橫向弛豫1、概念：前面講到，由于B0不均勻引起的MXY衰減的速度要比單純由于組織內(nèi)部磁場不均勻引起的橫向磁化衰減速度快得多。只有剔除了主磁場不均勻的影響（利用180復(fù)相脈沖，詳見SE序列），第十五章磁共振成像設(shè)備質(zhì)子周圍其他磁性原子核的隨機(jī)運(yùn)動引起的宏觀橫向磁化矢量的衰減才是真正的橫向弛豫，即T2弛豫，也稱自旋－自旋弛豫（spin-spinrelaxation

）。

橫向弛豫過程沒有能量交換，是不同質(zhì)子的進(jìn)動失去同步、同速，即失去相位一致性。第十五章磁共振成像設(shè)備2、橫向弛豫時間T2?

T2=橫向磁化矢量減少到最大值的37%的時間。?

T2過程公式：

(4-6)?

t為弛豫時間。?

t=T2時，

，即MXY衰減至最大值的37%時所經(jīng)歷的時間等于T2值。4-5倍T2時間橫向磁化矢量完全消失。第十五章磁共振成像設(shè)備3、影響T2因素（1）組織的成份和結(jié)構(gòu)：μ大小不同，自旋-自旋作用的強(qiáng)度和時間不同，T2弛豫的速度也不同。小分子（如純水）的分子運(yùn)動很快，質(zhì)子維持處于同相的狀態(tài)的時間可較長，T2值較長；大分子物質(zhì)分子運(yùn)動較慢，質(zhì)子處于同相狀態(tài)維持時間較短，T2值即較短。第十五章磁共振成像設(shè)備（2）即便是同一組織，在不同的主磁場場強(qiáng)下，T2值也會發(fā)生改變，一般場強(qiáng)越高，組織的T2值越短。但組織的T2值受主磁場場強(qiáng)的影響不如T1值受后者的影響大。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備（三）縱向弛豫1、概念：射頻脈沖的作用是使低能級的質(zhì)子獲能躍遷到高能級，即發(fā)生核磁共振現(xiàn)象?？v向弛豫為其反過程，即獲能后處于高能級的質(zhì)子釋放出能量回到低能級。我們反RF脈沖停止后，MZ由最小恢復(fù)到原來大小的過程稱縱向弛豫。磁共振物理學(xué)中，常把質(zhì)子周圍的分子稱為晶格，因此縱向弛豫也稱自旋-晶格弛豫（spin-latticerelaxation）或T1弛豫。第十五章磁共振成像設(shè)備

2、縱向弛豫時間：

縱向弛豫時間T1

：T1=縱向磁化矢量從最小值恢復(fù)到平衡態(tài)磁化矢量63%的時間

。

縱向弛豫過程：

(4-5)

MZ為t時刻的縱向磁化矢量值，M0為平衡態(tài)的縱向磁化矢量值，t為弛豫時間。

當(dāng)t=T1時，MZ=M0(1－e-1)=

M0

63%

。4-5倍T1時間橫向磁化矢量完全消失。第十五章磁共振成像設(shè)備3、影響T1因素（1）縱向弛豫時間T1具有場強(qiáng)依賴性。

在較強(qiáng)磁場中質(zhì)子的進(jìn)動頻率較快，同種組織，B0的場強(qiáng)越高，

T1就越長；反之則短。（2）

T1與組織分子的大小有關(guān)。

中等大小的分子（脂肪分子）弛豫較快，T1較短；大分子（蛋白質(zhì)）的熱運(yùn)動頻率較慢，水和蛋白的弛豫較慢，T1較長。

第十五章磁共振成像設(shè)備（3）T1與與其周圍分子的自由運(yùn)動頻率有關(guān)。高能級的質(zhì)子釋放能量的速度與其周圍分子的自由運(yùn)動頻率有關(guān)，周圍分子的自由運(yùn)動頻率與質(zhì)子的進(jìn)動頻率越接近，能量的釋放越快，組織的縱向弛豫就越快。周圍分子的自由運(yùn)動頻率明顯高于或低于質(zhì)子的進(jìn)動頻率，則這種能量釋放很慢，組織的縱向弛豫所需時間就很長。第十五章磁共振成像設(shè)備4、“飽和”的概念射頻脈沖激發(fā)后，縱向磁化矢量MZ被翻轉(zhuǎn)，然后MZ會慢慢恢復(fù)，但如果射頻脈沖之間的時間

t

間隔過短，則MZ僅有部分恢復(fù)，稱作部分飽和，組織信號有所降低；若縱向磁化MZ沒有恢復(fù)，稱作完全飽和，組織信號為零。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備三、自由感應(yīng)衰減信號1、概念：90o脈沖后弛豫過程中，由于T2弛豫的影響，MXY隨時間衰減，磁共振信號呈指數(shù)曲線形式衰減的這個信號稱為自由感應(yīng)衰減（freeinductiondecay，F(xiàn)ID），也稱T2*弛豫。。第十五章磁共振成像設(shè)備2、原因：（1）質(zhì)子周圍磁環(huán)境隨機(jī)波動：每個質(zhì)子都暴露在周圍無數(shù)個其他原子核和電子的磁環(huán)境中，而周圍這些帶電粒子一直處于熱運(yùn)動狀態(tài)，這樣質(zhì)子感受到的磁場就會有輕微波動，且這種波動是隨機(jī)的，第十五章磁共振成像設(shè)備由于質(zhì)子周圍磁環(huán)境的這種隨機(jī)的輕微波動，各個質(zhì)子所感受到的磁場就會有差別，也就造成了質(zhì)子之間的進(jìn)動頻率出現(xiàn)差別，其結(jié)果引起質(zhì)子逐漸的失相位，宏觀橫向磁化矢量逐漸衰減；第十五章磁共振成像設(shè)備（2）主磁場的不均勻：盡管我們追求主磁場的絕對均勻，但實(shí)際上這是不可能，主磁場總是一定程度的不均勻，這種不均勻性一般認(rèn)為是較為恒定的，也就是說某處一直輕微偏高，而另一處則一直輕微偏低，主磁場的這種不均勻同樣會造成質(zhì)子失相位，引起宏觀磁化矢量的衰減。第十五章磁共振成像設(shè)備B0不均勻的影響要比組織本身小磁矩產(chǎn)生的影響大，由于B0不均勻引起的MXY衰減的速度要比單純由于組織內(nèi)部磁場不均勻引起的橫向磁化衰減速度快得多。這種情況下測得的橫向磁化弛豫時間叫做T2*

，比T2短得多。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備四、磁共振的加權(quán)對比圖像前面幾節(jié)我們已經(jīng)知道，不同的組織存在質(zhì)子含量（質(zhì)子密度）的差別、T1值差別及T2值的差別，這正是常規(guī)MRI能夠顯示正常解剖結(jié)構(gòu)及病變的基礎(chǔ)。下面我們看看如果利用不同組織間的這些差別來顯示解剖和病變。

第十五章磁共振成像設(shè)備所謂加權(quán)即“突出重點(diǎn)”的意思，也即重點(diǎn)突出某方面特性。之所以要加權(quán)是因?yàn)樵谝话愕某上襁^程中，組織的各方面特性（例如：質(zhì)子密度、T1值、T2值）均對MR信號有貢獻(xiàn)，幾乎不可能得到僅純粹反映組織一個特性的MR圖像，我們可以利用成像參數(shù)的調(diào)整，使圖像主要反映組織某方面特性，而盡量抑制組織其他特性對MR信號的影響，這就是“加權(quán)”。第十五章磁共振成像設(shè)備T1T2T1T2無加權(quán)T1加權(quán)時加權(quán)的概念第十五章磁共振成像設(shè)備T1加權(quán)成像（T1-weightedimaging，T1WI）是指這種成像方法重點(diǎn)突出組織縱向弛豫差別，而盡量減少組織其他特性如橫向弛豫等對圖像的影響；T2加權(quán)成像（T2-weightedimaging，T2WI）重點(diǎn)突出組織的橫向弛豫差別；質(zhì)子密度（protondensity，PD）圖像則主要反映組織的質(zhì)子含量差別。

第十五章磁共振成像設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中，T1加權(quán)成像是在脈沖序列中選用短TR和短TE獲得的。T2加權(quán)成像是在脈沖序列中先用長TR和長TE獲得的。質(zhì)子密度加權(quán)成像是在脈沖序列中先用長TR和短TE獲得的。第十五章磁共振成像設(shè)備第五節(jié)磁共振成像設(shè)備的磁場系統(tǒng)第十五章磁共振成像設(shè)備一、主磁體系統(tǒng)MRI磁體有三種類型：永磁型電阻型超導(dǎo)型MRI磁體的作用是：產(chǎn)生靜態(tài)主磁場B0，使人體內(nèi)的氫質(zhì)子在磁場內(nèi)形成進(jìn)動，產(chǎn)生靜態(tài)磁化量。第十五章磁共振成像設(shè)備(一)主磁體的性能指標(biāo)1、主磁場強(qiáng)度（B0）又叫靜磁場，在一定范圍內(nèi)，靜磁場強(qiáng)度越強(qiáng)則氫質(zhì)子所產(chǎn)生的磁矩越大，信號越強(qiáng)，圖像的信噪比（SNR）也越高。磁場強(qiáng)度：≤0.3T稱為低磁場強(qiáng)0.3T-1.0T稱為中場強(qiáng)≥1.0T稱為高磁場強(qiáng)→8.0T→9.0T第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備2、磁場均勻度(homogeneity)是指在特定容積限度內(nèi)磁場的同一性程度（即穿過單位面積的磁感應(yīng)線是否相同）任何線圈的磁場都不會均勻,固要加一均勻線圈來補(bǔ)償?shù)谑逭麓殴舱癯上裨O(shè)備3、磁場穩(wěn)定性時間穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性磁場漂移第十五章磁共振成像設(shè)備磁體可以受附近的鐵磁性物質(zhì)，環(huán)境溫度或勻場電源漂移因數(shù)的影像，磁場的均勻度或場質(zhì)也會發(fā)生變化，永磁體和常導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性比較差；超導(dǎo)磁體的時間穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好。第十五章磁共振成像設(shè)備4、有效空徑是指梯度線圈，勻場線圈，射頻體線圈和內(nèi)護(hù)板等安裝完畢后形成的柱型空間。第十五章磁共振成像設(shè)備OPEN磁體系統(tǒng),半敞開磁體受檢者不易產(chǎn)生恐懼心理,而且能開展MRI介入檢查.第十五章磁共振成像設(shè)備5.磁體的逸散度屏蔽逸散磁場對人體健康或其他醫(yī)療設(shè)備造成的損害、干擾和破壞，需采取屏蔽措施。第十五章磁共振成像設(shè)備（二）主磁體的種類與特點(diǎn)MRI成像磁體可分四種類型：永磁型常導(dǎo)型超導(dǎo)型混合型第十五章磁共振成像設(shè)備1.永磁體①永磁體的結(jié)構(gòu)永磁體一般由多塊永磁材料堆積或拼接而成，磁鐵塊的排布既要滿足構(gòu)成一定成像空間的要求，又要使其磁場均勻性盡可能高。另外，磁體的兩個極面須用導(dǎo)磁材料連接起來，以提供磁力線的返回通路，從而減少磁體周圍的雜散磁場，縮小邊緣場的空間范圍。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備②永磁體的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：造價低，場強(qiáng)可以達(dá)到0.3T，能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)圖像，需要功率極小，維護(hù)費(fèi)用低，可裝在一個相對小的房間里。缺點(diǎn)：磁場強(qiáng)度較低，磁場的均勻度和強(qiáng)度欠穩(wěn)定，易受外界因素的影響（尤其是溫度），不能滿足臨床波譜研究的需要。第十五章磁共振成像設(shè)備2.常導(dǎo)磁體①常導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)常導(dǎo)型磁體實(shí)際上是某種類型的空芯電磁鐵，其線圈通常用銅線繞成。由于銅有一定的電阻率，故又有人將由這種線圈制成的磁體稱為阻抗型磁體（resistivemagnet）。此型磁體大致可分為三種：空心磁體、鐵心磁體和電磁永磁混合型磁體。

第十五章磁共振成像設(shè)備為了產(chǎn)生較高的磁場強(qiáng)度和足夠的中空（有效檢查孔徑）直徑，往往數(shù)個線圈并用，例如常見的四線圈常導(dǎo)磁體。該磁體由兩對大小不同的線圈組成，其中內(nèi)側(cè)的大線圈對、外側(cè)的小線圈對，四個線圈排布在一個球形空間上。圖中的箭頭代表磁場方向。

第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備②常導(dǎo)磁體的特點(diǎn)常導(dǎo)型磁體優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕、制造安裝容易，造價低廉，可隨時建立或卸掉靜磁場。但其磁場均勻性和穩(wěn)定性較差，受室溫影響大，開機(jī)后耗電量大（典型值80kW）并使磁體產(chǎn)生較多熱量，必須使用大量的循環(huán)水冷卻維持其運(yùn)行，故運(yùn)行費(fèi)用較高，且其磁場強(qiáng)度亦較低（典型值0．23T），第十五章磁共振成像設(shè)備另外，線圈供電電源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是常導(dǎo)型MRI設(shè)備整機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，目前僅有少數(shù)廠家還在生產(chǎn)常導(dǎo)型MRI設(shè)備。在我國電力資源豐富的地區(qū)，如產(chǎn)煤區(qū)的火力發(fā)電廠較多，配置常導(dǎo)型MRI設(shè)備比較適用。新研制的鐵芯（混合）阻抗磁體具有永久磁體和阻抗磁體的特征，綜合了它們的優(yōu)點(diǎn)。第十五章磁共振成像設(shè)備3.超導(dǎo)磁體在普通的導(dǎo)體中，大部分通過導(dǎo)體的電流由于電阻的原因變?yōu)闊崮埽蚨弧跋摹钡袅?，而由超?dǎo)材料制成的超導(dǎo)體最重要的特點(diǎn)是在特定條件下電流通過時其電阻為零。有一些類型的金屬（特別是鈦、釩、鉻、鐵、鎳），

第十五章磁共振成像設(shè)備當(dāng)將其置于接近絕對零度（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)工作狀態(tài)，這些具有超導(dǎo)性的物質(zhì)可稱其為超導(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。

第十五章磁共振成像設(shè)備①超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)超導(dǎo)磁體主要由超導(dǎo)螺線管線圈（簡稱超導(dǎo)線圈）、高真空超低溫杜瓦容器、以及附屬部件構(gòu)成。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備②超導(dǎo)磁體的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：場強(qiáng)高，穩(wěn)定性和均勻度好，磁場強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，必要時可以關(guān)閉磁場缺點(diǎn)：超導(dǎo)線圈須浸泡在密封的液氮杜瓦中方能工作，技術(shù)復(fù)雜和成本高第十五章磁共振成像設(shè)備（三）磁體的勻場技術(shù)勻場：磁體安裝完畢后還要在現(xiàn)場對磁場進(jìn)行物理調(diào)整。無論是哪種磁體，一般都存在不均勻性，而且此不均勻度都超過了MR成像的要求。為了使磁體在一定的空間防衛(wèi)內(nèi)到達(dá)一定的標(biāo)準(zhǔn)，往往要借助勻場系統(tǒng)對磁體進(jìn)行勻場工作。第十五章磁共振成像設(shè)備一是有源勻場：通過適當(dāng)調(diào)整勻場線圈的電流大小和方向，產(chǎn)生所需補(bǔ)償?shù)男〉拇艌觯_(dá)到減小或消去靜磁場的不均勻性二是無源勻場：在主磁體孔洞內(nèi)壁上貼補(bǔ)專用的小鐵片，改變附近的磁力線密度和走向來提高磁場均勻性的方法第十五章磁共振成像設(shè)備二、梯度磁場系統(tǒng)梯度系統(tǒng)：是指與梯度磁場有關(guān)的電路單元及梯度線圈。功能：是為系統(tǒng)提供滿足的線性度和快速開關(guān)的梯度磁場。第十五章磁共振成像設(shè)備梯度系統(tǒng)的組成梯度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、梯度放大器、梯度線圈、梯度冷卻系統(tǒng)第十五章磁共振成像設(shè)備三個梯度線圈位置第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備1.Z向梯度線圈（Gz）產(chǎn)生z向梯度場的線圈Gz可以有多種形式，最簡單的是所謂馬克斯威爾對。這是一對半徑為()的環(huán)形線圈。當(dāng)兩線圈的間距等于[]()時，線圈得到最好的線性。另外，如果在兩線圈中分別通以反向電流，便可使中間平面磁場強(qiáng)度為零。如今，這種線圈被廣泛地用來產(chǎn)生z梯度場。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備2.X向和Y向梯度線圈（Gx和Gy）為了得到與Gz所產(chǎn)生的Z向梯度磁場正交的X向、Y向梯度磁場，人們研究電磁學(xué)中著名的畢奧—薩伐爾（Biot-Savart）定律，實(shí)驗(yàn)觀察無限長導(dǎo)體周圍的磁場，發(fā)現(xiàn)使用四根適當(dāng)放置的導(dǎo)線組成包圍面積為S的、具有一定形狀的封閉電流線圈通以電流后便可產(chǎn)生特定方向的磁場;，第十五章磁共振成像設(shè)備這就是MRI設(shè)備需要的Ｘ向和Ｙ向梯度磁場。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該封閉電流線圈產(chǎn)生的磁場在線圈幾何形狀確定的前提下，其產(chǎn)生的磁場方向固定并且只與線圈中的電流有關(guān)。由此制造出Ｘ向和Ｙ向的鞍形梯度線圈。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備（四）梯度場發(fā)生系統(tǒng)梯度系統(tǒng)由梯度線圈、梯度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、梯度放大器（又稱梯度電源）和梯度冷卻系統(tǒng)等部分組成。第十五章磁共振成像設(shè)備梯度控制器（GCU）：GCU的任務(wù)是按系統(tǒng)主控單元的指令，發(fā)出所選梯度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號給數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），梯度磁場系統(tǒng)中，對梯度放大器的各種精確控制正是由梯度控制器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器共同完成的第十五章磁共振成像設(shè)備數(shù)模轉(zhuǎn)換器：將數(shù)字量變?yōu)槟M量輸出的器件。DAC收到梯度控制器發(fā)送的、標(biāo)志梯度電流大小的代碼后，立即轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓控制信號，并通過線性模擬運(yùn)算放大器進(jìn)行預(yù)放大。第十五章磁共振成像設(shè)備梯度放大器：由于梯度線圈形狀特殊，匝數(shù)少，需輸入數(shù)百安培的電流才能達(dá)到規(guī)定的梯度值。梯度放大器的輸入信號就是來自DAC的模擬電壓信號，輸出的是供梯度線圈產(chǎn)生梯度場的梯度電流。梯度電流多采用霍爾元件進(jìn)行探測，負(fù)反饋設(shè)計(jì)進(jìn)行精確的梯段電流值調(diào)控。第十五章磁共振成像設(shè)備梯度系統(tǒng)作為MRI設(shè)備的核心和關(guān)鍵部件，其性能高低直接決定著MRI設(shè)備的掃描速度（時間分辨率）、最小掃描層厚（空間分辨率）、XYZ三軸有效掃描范圍、影像的幾何保真度。同時，它的性能還同掃描脈沖序列中梯度脈沖波形的設(shè)計(jì)有關(guān)，第十五章磁共振成像設(shè)備即一些復(fù)雜序列還要依賴梯度系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。MRI設(shè)備對梯度系統(tǒng)的要求就是梯度場強(qiáng)高、梯度上升速度快、梯度切換率高、梯度線性度、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。第十五章磁共振成像設(shè)備三、射頻場系統(tǒng)射頻系統(tǒng)(RFsystem)是MRI系統(tǒng)中利用射頻線圈實(shí)施射頻激勵并接受和處理RF信號的功能單元。第十五章磁共振成像設(shè)備第十五章磁共振成像設(shè)備（一）射頻脈沖為使位于靜磁場B0中受檢體內(nèi)的氫質(zhì)子產(chǎn)生磁共振，必須在B0的垂直方向上加入射頻場B1。在MRI設(shè)備中，B1是在射頻控制系統(tǒng)的控制下，由射頻放大器輸出射頻電流脈沖激勵射頻線圈，以射頻電磁場脈沖（即射頻場B1）的形式發(fā)射出去。

第十五章磁共振成像設(shè)備（二）射頻線圈1.射頻線圈的功能發(fā)射：輻射一定頻率和功率的電磁波，使被檢體內(nèi)德氫質(zhì)子受到激勵而發(fā)生共振接收：指檢測被激氫質(zhì)子的進(jìn)動行為，即獲取MR信號在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)射線圈和接收線圈常為同一個，即兩用線圈。發(fā)射和接收通過電路進(jìn)行快速切換。第十五章磁共振成像設(shè)備2.射頻線圈的分類根據(jù)功能分為:發(fā)射線圈,接受線圈和兩用線圈根據(jù)檢查部位分為:頭線圈和體線圈（兩用）線圈與被測組織的距離越近，信號越強(qiáng)。第十五章磁共振成像設(shè)備按適用范圍分類

全容積線圈：能夠整個地包容或包裹一定成像部位的柱狀線圈，用于大體積或器官的大范圍成像。如頭線圈

表面線圈與體腔內(nèi)線圈：是一種可緊貼成像部位放置的接收線圈，用于表淺組織和器官成像。體腔內(nèi)線圈：直腸內(nèi)線圈用于前列腺磁共振成像和磁共振波譜成像。

相控陣線圈：由兩個以上的小線圈或線圈單元組成的線圈陣列。第十五章磁共振成像設(shè)備按極化方式分類可分為線（性）極化和圓（形）極化兩種線圈。線極化的線圈只有一對繞組，相應(yīng)射頻場也只有一個方向。而圓形極化的線圈一般被稱為正交線圈，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的。

第十五章磁共振成像設(shè)備這樣，如果對輸出信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，就可使線圈的信噪比提高，故正交線圈的應(yīng)用非常廣泛。例如磁體內(nèi)置的發(fā)射/接收體線圈就是正交線圈，此外還有正交頭線圈等。

第十五章磁共振成像設(shè)備按繞組形式分類根據(jù)線圈繞組或電流環(huán)的形式，射頻線圈又可分為亥姆霍茲線圈、螺線管線圈、四線結(jié)構(gòu)線圈（鞍形線圈、交叉橢圓線圈等）、STR（管狀諧振器）線圈和鳥籠式線圈（BirdCageCoil）等多種形式。

第十五章磁共振成像設(shè)備3.射頻線圈的主要指標(biāo)（1）信噪比（SNR）:射頻線圈的信噪比與成像部位的體積、進(jìn)動角頻率成正比，與線圈半徑成反比，還和幾何形狀有關(guān)。（2)靈敏度：線圈靈敏度是指接受線圈對輸入信號的響應(yīng)程度。線圈靈敏度越高，就能檢測到微弱的信號，但信號中的噪聲水平也會隨之提高，從而使信號比下降。因此線圈靈敏度并不是越高越好。第十五章磁共振成像設(shè)備（3）均勻度：RF線圈發(fā)射的電磁波一方面會隨著距離的增加而逐漸減弱，另一方面則向周圍空間發(fā)散，因而它所產(chǎn)生的磁場并不均勻。擴(kuò)大線圈的幾何尺寸和合適的幾何形狀。磁場均勻度可以提高。螺旋管線圈以及其他柱形線圈提供的均勻性最好。表面線圈的均勻性最差。第十五章磁共振成像設(shè)備⑷填充因數(shù)：填充因數(shù)為被檢體體積與線圈容積之比。填充因數(shù)與線圈的SNR成正比關(guān)系，即提高填充因數(shù)提高SNR。因此，在線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)以盡可能多地包繞被檢