1、 内容概述内容概述 1 MR 1 MR基础小要点基础小要点 2 MRI2 MRI系统组成系统组成核磁共振理论核磁共振理论 氢质子在强磁场的作用下，将自动沿固定方向以氢质子在强磁场的作用下，将自动沿固定方向以larmorlarmor频率旋转，如果这时有一个与此相同频率的频率旋转，如果这时有一个与此相同频率的射频（射频（rf rf）对氢质子进行激发，从量子力学角度看氢）对氢质子进行激发，从量子力学角度看氢质子会从低能跃迁到高能状态，高能状态的氢质子质子会从低能跃迁到高能状态，高能状态的氢质子如果取消射频激发，就会从高能降低到低能状态同如果取消射频激发，就会从高能降低到低能状态同时发出相应的电磁波。
2、时发出相应的电磁波。 为了说明我们引入净磁化矢量的概念，氢为了说明我们引入净磁化矢量的概念，氢质子在强场强下不会全部沿磁场方向排布，质子在强场强下不会全部沿磁场方向排布，一部分沿着磁场方向，一部分反方向，净磁一部分沿着磁场方向，一部分反方向，净磁化矢量与场强和温度有关系化矢量与场强和温度有关系超导现象超导现象 超导材料在某一温度绝对零度下电阻为超导材料在某一温度绝对零度下电阻为0 0，在，在一个回路中没有电阻，理论上电流就会永恒流一个回路中没有电阻，理论上电流就会永恒流动。流动的电流就会有磁场。动。流动的电流就会有磁场。 H = N H = N I / Le I / Le H- H-磁场强度磁
3、场强度 N- N-励磁线圈匝数励磁线圈匝数 I- I-电流电流 Le- Le-有效磁路长度有效磁路长度 为了保证线圈处于超导状态，磁体内部温度需要足够低，目前为了保证线圈处于超导状态，磁体内部温度需要足够低，目前主流磁体的内部使用液氦作为冷却液，液氦的温度主流磁体的内部使用液氦作为冷却液，液氦的温度4.215K, 4.215K, 约等约等于于-269-269。 但是超强性能的背后是超导但是超强性能的背后是超导MRMR系统需要一套复杂的制冷系统系统需要一套复杂的制冷系统给磁体中给磁体中-269-269的液氦制冷以保持其温度。如果采用了最先进的液氦制冷以保持其温度。如果采用了最先进的高效制冷系统，
4、超导磁体理论上可以做到液氦的高效制冷系统，超导磁体理论上可以做到液氦0 0消耗，但是对消耗，但是对于其它的制冷系统，液氦是会随着时间不耗的，到了一定的低于其它的制冷系统，液氦是会随着时间不耗的，到了一定的低点需要补充液氦点需要补充液氦失超现象失超现象 请永远记住对于超导磁体而言，这请永远记住对于超导磁体而言，这个开关不是普通的急停按钮，一般个开关不是普通的急停按钮，一般情况下一旦按下失超开关意味着两情况下一旦按下失超开关意味着两件事件事1. 1.损失金钱：磁体中的液氦会瞬间损失金钱：磁体中的液氦会瞬间全部消耗或耗大部全部消耗或耗大部2.2. 损失时间：需要重新经过长期复损失时间：需要重新经过长
5、期复杂的除冰以及励磁过程才能重新产杂的除冰以及励磁过程才能重新产生磁场。生磁场。励磁励磁 前面我们学习超导磁共振磁体前面我们学习超导磁共振磁体的时候介绍过，磁场是由超导的时候介绍过，磁场是由超导电磁线圈产生的，线圈没有充电磁线圈产生的，线圈没有充电也就没有磁场，而给线圈充电也就没有磁场，而给线圈充电的过程就是励磁电的过程就是励磁匀场匀场 顾名思义就是要使磁场的强度均匀。顾名思义就是要使磁场的强度均匀。为什么需要匀场？为什么需要匀场？ 假设一下，若磁场在一定范围内不均匀假设一下，若磁场在一定范围内不均匀/ /大小不一，那么处于这个范围内大小不一，那么处于这个范围内的完全相同的一块物质所包含氢质子
6、的拉莫尔进动频率则不相同。那么此的完全相同的一块物质所包含氢质子的拉莫尔进动频率则不相同。那么此物质接收到一确定频率的射频场时，有的区域的氢质子就不能产生共振物质接收到一确定频率的射频场时，有的区域的氢质子就不能产生共振/ /发发生偏转，不能偏转就无法产生生偏转，不能偏转就无法产生MRMR信号，那么最后的结果可能就是：一块相信号，那么最后的结果可能就是：一块相同的均匀的物质，却产生了明暗不一的图像。这当然是不能被接受的。同的均匀的物质，却产生了明暗不一的图像。这当然是不能被接受的。 再假设一下，我们前面讲到过梯度场的选层的作用。那么若主磁场不均再假设一下，我们前面讲到过梯度场的选层的作用。那么
7、若主磁场不均匀，选层时就会受到附近相同场强下发生偏转氢质子产生的信号的干扰匀，选层时就会受到附近相同场强下发生偏转氢质子产生的信号的干扰。 匀场并不是要求磁体洞内所有区域都保持均匀，而是能够确保匀场并不是要求磁体洞内所有区域都保持均匀，而是能够确保被扫描的区域保持均匀就可以了。被扫描的区域保持均匀就可以了。 均匀区域越大，匀场的难度也就越大，这在一方面也解释了均匀区域越大，匀场的难度也就越大，这在一方面也解释了为什么超导磁共振系统想要把磁体洞口的直径做大哪怕一点都为什么超导磁共振系统想要把磁体洞口的直径做大哪怕一点都是相当难得的技术突破是相当难得的技术突破超导磁共振的匀场分为超导磁共振的匀场分
8、为2 2种类型，分别是：种类型，分别是：被动匀场被动匀场(Passive shim)(Passive shim)主动匀场主动匀场(Active shim)(Active shim) 被动匀场被动匀场 利用在磁体洞内部特定的位置增加逆磁性物质的硅钢片，吸引磁感线向利用在磁体洞内部特定的位置增加逆磁性物质的硅钢片，吸引磁感线向需要的方向移动，从而保持磁感线水平分布。需要的方向移动，从而保持磁感线水平分布。 被动匀场的过程非常繁琐及复杂，在磁体孔中放置定制的匀场架及磁场被动匀场的过程非常繁琐及复杂，在磁体孔中放置定制的匀场架及磁场探测器探测器 主动匀场主动匀场 利用电磁线圈产生的磁场对主磁场进行补偿
9、。利用电磁线圈产生的磁场对主磁场进行补偿。 由于人体也是一个逆磁性物质，在磁体内的病人同样会改变磁场的分布由于人体也是一个逆磁性物质，在磁体内的病人同样会改变磁场的分布，并且不同的人对磁场的改变还是不一样的，因此就需要引入能够针对，并且不同的人对磁场的改变还是不一样的，因此就需要引入能够针对每一个病人适时进行改变的主动匀场。每一个病人适时进行改变的主动匀场。完整的完整的MRIMRI扫描系统扫描系统 磁体，产生主磁场磁体，产生主磁场B0B0，进而确定被扫，进而确定被扫描物体的描物体的LarmorLarmor进动频率，是进行进动频率，是进行MRIMRI扫描的根本前提。扫描的根本前提。 射频系统，对
10、被扫描物体进行激发并射频系统，对被扫描物体进行激发并改变净磁化矢量方向，随后射频接收改变净磁化矢量方向，随后射频接收系统接收后续弛豫信号，是系统接收后续弛豫信号，是MRIMRI信号产信号产生的基础。生的基础。 梯度系统，对被扫描物体进行空间选梯度系统，对被扫描物体进行空间选层以及相位、频率编码，用以对物体层以及相位、频率编码，用以对物体在空间上进行像素区分，是在空间上进行像素区分，是MRIMRI信号成信号成像的基础。像的基础。设备间又称设备机房设备间又称设备机房设备间内存放了系统的机柜设备间内存放了系统的机柜1.1. 射频放大器，用来产生规定能量大小的射频场，并通过射频线传导到射射频放大器，用
11、来产生规定能量大小的射频场，并通过射频线传导到射频线圈进行发射频线圈进行发射2.2. 梯度放大器。其实梯度线圈产生梯度场的大小取决于线圈内的电流大小梯度放大器。其实梯度线圈产生梯度场的大小取决于线圈内的电流大小，而电流的大小就是由梯度放大器控制的，而电流的大小就是由梯度放大器控制的3.3. 数据采集柜，用来对射频发射系统进行控制，同时对射频接收系统接收数据采集柜，用来对射频发射系统进行控制，同时对射频接收系统接收到的信号进行后处理到的信号进行后处理4.4. 水冷柜，用来对系统进行制冷水冷柜，用来对系统进行制冷5.5. 配电柜，提供配电柜，提供MRIMRI系统的供电系统的供电6.6. 滤波板，置
12、于设备间和磁体间之间，是两个房间信号传输的接口滤波板，置于设备间和磁体间之间，是两个房间信号传输的接口操作间操作间 操作计算机所在房间，医生控制扫描的房间操作计算机所在房间，医生控制扫描的房间操作间内设备较为简单，主要包括以下部分：操作间内设备较为简单，主要包括以下部分：1. 1. 主控计算机，控制主控计算机，控制MRIMRI系统，同时还负责跟外界系统，同时还负责跟外界DicomDicom协议协议设备进行数据通信。设备进行数据通信。2.2. 显示输入设备，医生用起进行操作并观察显示输入设备，医生用起进行操作并观察 磁体间，主磁体所在房间，是磁体间，主磁体所在房间，是MRIMRI系统的核心，病人
13、接受扫系统的核心，病人接受扫描也是在这个房间，因此磁体间又称作检查室描也是在这个房间，因此磁体间又称作检查室 磁体间是磁体间是MRIMRI系统的核心，主磁体所在的房间，因此这个房系统的核心，主磁体所在的房间，因此这个房间首先是充满磁性的，因此任何铁磁性物质都不能带入这个间首先是充满磁性的，因此任何铁磁性物质都不能带入这个房间。与扫描相关的线圈均在这个房间内，系统主要包括：房间。与扫描相关的线圈均在这个房间内，系统主要包括：1.1. 梯度线圈，用来产生梯度场梯度线圈，用来产生梯度场2.2. 射频发射线圈，发射用于激发的射频能量射频发射线圈，发射用于激发的射频能量3. 3. 射频接收线圈，用于接收弛豫信号射频接收线圈，用于接收弛豫信号4.4. 病人床，支撑病人，并进行自动扫描定位病人床，支撑病人，并进行自动扫描定位5.5. 其它辅助系统，诸如病人通信系统，病人通风系统等其它辅助系统，诸如病人通信系统，病人通风系统等
