编号13第十三章 磁共振成像设备共14页Word下载.docx
- 文档编号:5843785
- 上传时间:2023-05-05
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:69.11KB
编号13第十三章 磁共振成像设备共14页Word下载.docx
《编号13第十三章 磁共振成像设备共14页Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《编号13第十三章 磁共振成像设备共14页Word下载.docx(27页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
(二)磁共振成像缺点
1.扫描速度慢;
2.影像易出现伪影;
3.定量诊断困难;
4.对钙化灶和骨皮质病灶不敏感;
5.禁忌症多;
①金属异物含产生金属伪影;
②早孕者(三个月内)须慎重对待;
③不安静者(恐惧者、婴幼儿、高危病人)由于MRI扫描时间长,无法控制不自主运动及不合作的病人,高危病人由于生命监护仪含铁磁物质,不能接受此项检查;
④由于射频线圈的电流所致组织中产生热,故高热或散热功能障碍者不宜作MRI检查;
6检查费用高,设备大;
(三)磁共振成像的临床应用
1.全身MRI,用于全身各处的检查;
2.磁共振血管造影MRA
①常规MRI利用MR的流动效应显示血管不注入对比剂的血管图像;
②注入对比增强血管造影(CE-MRA);
③经静脉注射顺磁性对比剂产生高信号,用于颅内、外血管造影。
3.磁共振水成像(MRH):
用于对流速慢或停滞的液体(胆汁、唾液)非常灵敏,用于MR胆胰管造影、MR尿路造像、MR涎腺成像、MR输卵管成像;
4.功能磁共振成像(FMRI):
反映脑功能状态的MRI技术;
5.介于MRI:
在开放式MRI设备观察下,实现病变精确定位及影像引导,动态观察穿刺针的位置,有利于避免损伤大血管,实时手术操作。
三、磁共振成像的主要技术参数
1.组织参数:
质子密度(P),纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2、化学位移、液体流速和波动;
2.设备参数:
磁场强度、梯度磁场强度、切换率、线圈特性、测量条件。
四、磁共振成像设备的组成
MRI设备分类:
(1)椐用途分:
①临床应用型:
主磁体磁场强度在0.5T以下;
②临床研究型:
磁场强度在1.0T以上。
(2)椐主磁场产生的方法分:
①永磁型;
②常导型;
③超导型;
④混合型。
MRI设备主要组成:
磁体系统、谱仪系统、计算机和影像处理器、检查床、控制柜、人机对话的控制台。
(一)磁体系统:
由主磁体、梯度线圈、匀场线圈和射频线圈组成;
功能:
产生和发生信号的主体部份。
1.主磁体——作用是产生静态磁场
它使人体组织内的氢质子在磁场内形成磁矩,并沿磁场方向自旋,常用磁体有永久磁体、常导磁体和超导磁体;
2.梯度磁场包括梯度线圈和梯度发生系统
梯度线圈是装在磁体内用于产生X、Y、Z三维空间线性变化的梯度磁场的,为三个正交的直流线圈;
3.射频磁场包括射频线圈和射频发生系统
射频线圈装在主磁体梯度线圈内径和成像体的外径之间,产生的射频场与主磁场垂直,用于产生接收信号;
4.匀场磁场——由垫补线圈产生
用于提供辅助磁场以补偿磁共振系统中主磁场的不均匀性。
(二)谱仪系统——产生磁共振现象并采集磁共振信号
1.射频发生系统——产生短而强的脉冲式射频磁场,便于核自旋产生MR现象,包括射频振荡器,脉冲程序控制器,发射线圈等;
2.射频接收系统——接收人体产生磁共振信号,经放大处理,供数据采集系统使用。
(三)计算机影像重建系统——完成数据采集、累加、傅里叶变换、数据处理和图像显示
1.数据采集:
将相敏检波器的模拟量转变为数字量,送入信号处理系;
2.信号处理:
将数字化信号,进行傅里叶变换运算,得出频率数字化函数后行图像重建;
(四)影像显示——常用黑白显示图像;
第二节主磁体系统
一、主磁体的性能指标:
磁场强度、磁场均匀度和磁场稳定度是衡量磁体性能的三大要素。
(一)磁场强度——指MRI设备的静磁场强度
磁场强度的选择条件:
考虑信噪比,生物的穿透力和人体安全性;
磁场强度分类:
≤0.3T称低场强,用于永磁型MRI设备。
高于0.3T至等于1.0T称为中场强,高于1.0T称为高场强,主要用于超导型MRI设备;
磁场强度提高产生的结果:
①信号强度增强、信噪比提高;
②T1弛豫时间变长:
当TR为定值时,使信号强度降低;
③共振频率变高,自旋加快使运动伪影、化学伪影加多;
④MRI设备成本提高;
⑤逸散磁场增大;
⑥高斯线的边界更远、机房增大、建筑费加大。
(二)磁场均匀度——指在特定容积限度内磁场的同一性程度
意义:
为MRI设备中一个很重要的指标,它决定MRI影像质量好坏;
均匀度表示方法:
用磁场不均匀度(10-6.即百分之一)大小来衡量;
磁场不均匀度越小,磁场均匀度越好
Bmax-BminBO
磁场不均匀度(10-6)=×
10-6=×
10-6
BOB
式中:
10-6为某一限定的空间范围,亦为一个偏差单位,PPM;
BO为主磁场中心磁感应强度;
BO为磁感应强度最大值与最小值之差(GS)
上式表示:
磁场均匀度与主磁场的大小有关,例:
同样是5×
10-6,在1.5T的MRI设备中,磁场均匀度的偏差为5×
1.5×
10-6T(0.0075MT),而在0.3T的MRT设备中磁场均匀度的偏差为5×
0.3×
10-6T(0.0015MT);
结论:
静磁场均匀性越差、偏差越大、影像质量越差。
(三)磁场稳定度——当受磁体附近铁磁性物质、环境温度或匀场电源漂移等因素影响时,磁场的均匀度或场值变化的程度。
用磁场漂移程度来衡量稳定度;
当稳定度下降,磁场的变化率增高,影响图像质量;
分类:
1.时间稳定度——指磁场随时间而变化的程度,若一次检查时间内磁场值发生了一定量的漂移它就会影响影像质量,一般磁场在短时间(1-2H),漂移应小于5PPM(5×
10-6),长时间(以8H为周期),漂移量应小于10PPM(10×
10-6);
2.热稳定度——指磁场随温度而变化产生漂移程度,永磁体和常导磁体对环境温度的要求很高,超导磁体要求低;
(四)有效孔径——指梯度线圈、匀场线圈、射频体线圈和内护板等部件均安装完毕后所得到的空间(实际磁体孔径大于有效孔径);
实际运用中,磁体的有效孔径须足以容纳人体为宜,内径>65CM。
(五)磁场的逸散度——主磁体向周围形成的逸散磁场的磁力范围大小。
逸散磁场的影响:
对邻近铁磁物体产生强吸引力,使人体或其他医疗仪器受到不同程度损害、干扰和破坏。
二、主磁体的种类与特点
(一)永磁体——最早用于MRI全身成像的磁体
1.永磁体的结构
由多块永磁材料(稀土钴)拼接而成,排布时,既要构成一定的成像空间,又要达到磁场均匀度尽可能高的要求,两极块须用磁性材料连接构成磁回路,减少磁体周围杂散磁场。
环形和轭形两种
2.永磁体的特点
(1)优点:
永磁体结构简单、造价低、场强可达到0.3T、消耗功率小、维护费用低、杂散磁场小;
(2)缺点:
①磁场强度较低;
②永磁体的磁场均匀性差;
3.永磁体的恒温控制
主磁体温度应控制在32.5C°
时,当主磁体温度低于32.5C°
时,其恒温控制器通过主磁体上直流温度加热器对其加温,使温度升高,当温度升到32.5C°
时,恒温控制器停止工作,而周而复始,保持在32.5C°
左右;
(二)常导磁体
1.常导磁体的结构
是空心电磁铁线圈,由两对大小不同的线圈组成,内侧为大线圈时,外侧为小线圈时,四个线圈排布在一个球形空间上,彼此平行。
线圈由高导电性的金属导线或薄片绕制成(如铜或铝)
2常导磁体的特点
结构简单造价低,可用减小半径或加大线圈电流来提高常导型磁体场强;
①功耗大、运行费用高,线圈电流每增加一倍,其功耗将增加4倍;
②磁场稳定度差;
线圈电源的波动直接影响磁场的稳定;
③均匀度差,常导磁体线圈小,降低了磁场均匀度;
④受环境因素影响大,室温变化或线圈之间的作用力引起线圈绕组尺寸或位置变化,影响磁场稳定性。
(三)超导磁体
1.超导线圈的材料
由于超导体直径小于临界尺寸时才能达到绝热状态下的稳定,故研究多芯复合超导细丝来绕制磁体线圈,多用铌一钛二元合金丝;
加工时,先给较粗的铌一钛棒敷铜,并将其插入铜棒钻的孔拉拨,再聚束装入铜套,最后用常规挤压,轧制拉拨等压力加工至最终尺寸。
2超导线圈的绕制
(1)以4或6个线圈绕制者,要求有牢固支架,减少线圈间作用力;
(2)以螺线管绕制者,为获截面上均匀磁场,要在两端增加补偿线圈、弥补长度不定;
3超导体的低温保障结构
磁体孔径的外圈的整个环形结构为低温真空容器,则磁体应由该容器,浸泡在液氮中的超导线圈,底座,顶部的输液管口,气体蒸发通道和电流引线组成;
低温真空容器:
是超真空、超低温环境下工作的环状容器,内部依次套叠有冷屏、液氮容器和液氦容器,内外分别用高效能绝热箔包裹。
低温真空容器结构中:
如图13-9所示
1液氦容器——是核心,超导线圈就安装在液氦容器中,并被液氦所浸渍;
2液氮容器:
内外是高真空绝热层,形成液氦容器的第一道绝热屏障,在这两个真空层中间还设置两个20K冷屏相伴,它构成第三道绝热屏障,起共同保冷液氦的作用,磁体侧壁内、外两侧的高效绝热箔亦可防热辐射侵入、构成第四道绝热屏障,最后磁体外层不锈钢外壳,构成第五道屏障;
1.超导磁体特点
利用超导体在低温下的零电阻特性,在小截面上可通过非常大的电流,产生强磁场,因具高磁场,高稳定性,高均匀性,不耗电能,易达到所需孔径大小.
缺点:
制造工艺复杂、成本高、消耗液氦、运行费高;
(四)混合磁体
1.混合磁体结构:
由上述两种以上的磁体构成,常为永磁型和常导型磁体组合;
2.优点:
产生较高磁场,功耗小;
3.缺点:
构造复杂、造价高
三、磁体的匀场技术
由于任何磁体都不可能使整个有效孔空间内的磁场完全一致,同时也受周围环境影响,故在磁体安装完毕后,尚对磁场进行物理调整称为匀场。
(一)无源匀场——在磁体孔洞内壁上贴补专用的小铁片以提高磁场均匀性的方法。
由于不使用有源元件,故称无源匀场;
过程:
磁体的励磁(充磁)测场强数据计算匀场参数去磁在相关位置贴补小铁片
贴上磁体内表面的小铁片是削弱磁场
(二)有源匀场
在磁体孔洞内,除安装梯度线圈外,尚装有匀场线圈,弥补环境造成的磁场波动方法,提高磁场均匀性。
1.有源匀场——适当调整匀场线圈陈列中各线圈的电流强度,使其周围局部磁场发生变化来提高磁场均匀性。
主要利用匀场电源质量(高精度、高稳定度的专用电源)
2.匀场线圈
由若干线圈分布在圆柱形匀场线圈骨架表面,构成以磁体中心为调节对象的线圈阵列。
第三节梯度磁场系统
概念:
指与梯度磁场有关的一切电路及器件
组成:
梯度线圈、梯度控制器、数模转换器、梯度放大器和梯度冷却系统。
一、梯度磁场的作用
使被检体在不同位置具有不同的共振频率,实现成像体素的选层和空间三维编码。
为MRI核心部件,直接与扫描速度和成像质量有关。
二、梯度磁场的性能指标
包括:
有效容积、线性、梯度场强度、梯度场变化率、梯度场启动时间。
1.有效容积——均匀容积指线圈所包容的其梯度场能够满足一定线性要求的空间区域。
位于磁体中心。
梯度线圈的均匀容积越大,对成像区的限制就越小。
2.梯度场线性——衡量梯度场平稳的指标;
线性好、梯度场越精确,影像质量就越好。
3.梯度场强度——指梯度场能够达到的最大值,
梯度场强度大,磁场梯度大,可行超薄层面扫描,像素就越小,影像空间分辨力就越高;
4.梯度场变化率和梯度上升时间
梯度变化率指单位时间内梯度场变化的程度;
梯度上升时间反映梯度场达到某一预定值的速度,速度快则时间短;
梯度场变化快,梯度上升时间短,扫描速度快,影像信噪比大。
5.梯度场工作周期——在一个成像周期的时间内,梯度场工作时间所占的百分数。
(TR)成像周期:
指MRI设备采集一次数据所需的时间;
例:
梯度场的工作时间为25%,它在成像周期的25%时间里导通工作,在75%的时间里处于等待冷却之中;
梯度场工作周期越大,成像技术快,多层成像技术好。
三、梯度线圈——用来产生梯度磁场的结构
MRI设备需X、Y、Z三个相互正交的梯度磁场作为影像重建的空间定位依据,这三个梯度场分别由三个梯度直流线圈来产生,即GX、GY、GZ,三组被封在用纤维玻璃制作的大圆筒里面。
1.Z向梯度线圈
图13-13示,线圈的直径约为两线圈距离的1.15倍,当取两线圈的距离为线圈半径的1.75倍时,可得最均匀最好的线性磁场;
在两线圈中分别通反向电流,两端线圈产生不同方向的磁场,一端与BO同向(BO为主磁场中心磁感应强度),另一端与BO反向,故可加强和削弱BO的作用;
2.X向梯度线圈和Y向梯度线圈
(1)直线系统,用四根适当放置的导线通过电流便可产生所需梯度,产生的磁场在几何形状确定的前提下只与线圈的电流有关,该系统不能产生非常均匀的梯度场,只不过在磁体腔内占空间小.
(2)鞍形线圈:
两对鞍形线圈绕成圆弧而不是平行的直线,鞍形线圈不产生Z方向磁场而影响梯度场,增加鞍形线圈的对数可提高梯度场线性度。
将GY旋转90°
可得到GX。
四、梯度场发生系统——产生梯度磁场的系统
1.梯度控制器(GCU)——按系统主控单元的指令,发出所需梯度的标准数字信号给数模转换器;
2.数模转换器(DAC)——将数字量变为模拟量输出的器件,其分辨力由输放端的二进制数位数来决定;
工作程序:
DAC收到GCU发表的标志梯度电流大小的代码后立即转换成相应的模拟电压控制信号用线性好、零点容易调节的集成运算放大器进行预放大。
3.梯度放大器——将来自DAC的模拟信号转换成输出信号;
如果该信号的最大值为5V,梯度电流最大值为200A,则当数模转换器输出为0.5V时,梯度放大器应输出20A电流。
五、保障系统
1.梯度冷却系统
梯度线圈工作时产生大量的热,有烧毁梯度线圈可能,常采用冷却(水冷和风冷)措施来预防;
2.涡流补偿系统
涡流:
梯度磁场切换时,变化的磁场在周围导体中感应出圆形电流称涡流,它产生与梯度线圈相反的磁场,从而削弱梯度磁场,影响影像质量;
同时涡流消耗的能量又变为焦耳热,增加液氦的消耗。
克服涡流的负面影响的措施
1在梯度电流输出单元中加入RC网络,对梯度电流进行补偿;
2在梯度线圈与磁体间增加一个梯度线圈同轴的辅助梯度线圈,但电流方向相反,且同时通断;
3使用高电阻材料制造特殊的磁体,以阻断涡流通路。
(RF)
第四节射频场系统
实施射频激励并接收和处理射频信号的一系列结构。
作用:
椐扫描序列要求发射各种翻转角的射频波,接收成像区内氢质子的共振信号。
系统结构:
一、射频脉冲——由射频线圈发射
受检体内的氢质子要在静磁场BO中发生磁共振,必须在BO的垂直方向加入射频场B1(B1是射频线圈以射频脉冲波的形式发出的);
脉冲分类:
椐时域脉的频谱来分:
1强而窄的脉冲,其谱带较宽,叫硬脉冲,常用于非选择性激励;
2弱而宽的脉冲,其谱带较窄叫软脉冲,常用于选择性激励。
方波脉冲的激励范围由脉宽(脉冲持续时间)所决定.
凡脉冲越宽,覆盖的频率范围越窄,脉冲的选择性越好,脉冲越窄,覆盖的频率范围越宽,脉冲的选择性越差。
二、射频线圈
(一)射频线圈的功能——发射和接收两功能
1.发射:
辐射出一定频率和功率的电磁波,以使被检体内的氢质子受激励而发生共振;
2.接收:
指检测被激氢质子的进动行为,即获取NMR信号;
3.
工作原理:
在射频激励过程中,将射频功率转换为在成象空间横向旋转的射频磁场B1;
在信号接收阶段,射频线圈以及相关的前置放大器又将磁化矢量M的变化转变为电信号。
故射频线圈具有双重功能。
(二)射频线圈的主要技术参数
1.
信噪比(S/N)
MR信号(sign)——是横向磁化强度在XY平面旋进时,接收线圈上所产生的感应电动势。
MR图像噪声(NOISE):
是采集MR信号过程中,接收线圈所接收到的一些随机变化的信号(即成像物体内部分子热运动的变化,二是电子元件内部的电子运动存在的起伏变化);
signnoise
信噪比==S/N
Noise
影响因素、信噪与成像部位体积,进动角度频率的平方成正比,与线圈的半径成反比,S/N大,影像分辨力高;
2.灵敏度——指接收线圈对输入信号的响应程度。
灵敏度高,检测微弱信号率高、噪声增加,信噪比下降;
3.均匀度——射频线圈向周围发射电磁波均匀分布度射频线圈发射的电磁波随距离增加而减小,同时又向周围空间散发,故磁场分布不均匀;
扩大线圈的几何尺寸和合适的几何形状,可提高均匀度;
4.品质因素(Q值)——反映谐振电路性质的重要指标
Q值=诣振电路特性阻抗P(rou柔),与回路电阻R比值或定义为谐振电路中每个周期储能与耗能之比;
Q值大,频率选择性越好,一般选Q值大的线圈
5.填充因数(3ETA艾他)
被检体体积VS
3(艾他)=
线圈容积VC
3(艾他)与线圈的S/N比成正比,故3越大,可提高影像分辨力;
6.有效范围——激励电磁波的能量可到达(对发射线圈)或可检测到射频信号(对接收线圈)的空间范围,有效范围越大,S/N比越低。
(三)射频线圈的种类
1.按功能分①发射线圈——发射射频信号;
②接收线圈——接收被检体的MR信号,大部分表面线圈即属此;
③两用线圈——为射、接收=功能均有。
2.按适用范围分:
(1)全容积线圈——指能够整个地包容或包裹一定成像部位的成像线圈,用于大范围的组织成像,套装在磁体孔内;
(2)表面线圈——紧贴成像部位放置的接收线圈,用于表线组织和器官成像。
(3)部分容积线圈——由全容积线圈和表面线圈两种技术相结合而构成的线圈,有两个以上的成像平面;
(4)体腔内线圈——用于人体体腔内,对体腔某些结构实施高分辨成像;
(5)相控阵线圈——由两个以上线圈彼此连接,组成一个大的成像区间,使有效空间增大。
3.按极化方式分类
(1)线性线圈:
只有一对绕组,相应射频场也只有一个方向;
(2)圆形极化线圈:
它的两个绕组工作时,接收同一MR信号,但得到的噪声却是在不相干的。
(四)对射频线圈的要求
1.RF线圈(射频线圈)对诣振频率要有高度的选择性;
2.必须有足够大的线圈容积(成象空间);
3.从几何结构上要保证线圈具有足够的填充因数,线圈本身信号损耗要小;
4.能经受一定的的过压冲击(具备保护电路);
5.在被检体上的射频功率沉积要少。
三、射频脉冲发射系统
功能:
在射频控制器作用下,提供扫描序列所需的各种射频脉冲.常用有90°
和180°
两种脉冲;
射频脉冲发射系统构成;
1.射频振荡器——为发生器提供稳定的射频电源,为脉冲程序器提供时钟;
2.频率合成器——完成射频发射信号,射频接收信号的控制,使信号稳定度好,准确度高;
3.RF波形调制器——产生RF脉冲序列所需波形;
4.脉冲功率放大器——产生输出足够功率的射频波;
5.阻抗匹配网络——在射频发射时,使线圈发射脉冲磁场,射频接收时,建立信号电压。
四、射频信号接收系统
在接收线圈中感应出一个FID信号(freeinductiondecay)即自由感应衰减信号信号来易合电路进入前置放大器,接收门、中频放大器检波器得到FID信号最后进行低放和滤波。
1.前置放大器——把从接收线圈中感应出的微弱FID信号发生反应,并进行放大,送入混频器;
2.接收控制门——为一电子开关,在射频发射工作时关闭接收门,以防发射频脉冲信号泄漏到射频接收系统;
混频器——将前置放大器送来的信号,与本机振荡混频后产生一个中频信号径中频放大器进一步放大,送入相敏检波器;
4.相敏检波器——将中频放大器送来的交流信号变为脉动的直流信号;
5.低频放大器与低通滤波器
低频放大器对检波输出的低频信号进行放大,同时加低通滤波器衰减信号频率之外的频率成分。
第五节信号采样与量化
一、信号采样和采样保持
MR信号(模拟信号)径A/D转换器转为数字信号计算机处理
A/D转换分采样和量化两个步骤;
1.信号采样——把输入信号某一瞬间的数值毫无改变地记录下来.要求;
采样频率必须高于或等于被采样信号最高频率的两倍;
2.频率分辨力——采样频率与采样点数之比。
在时域中采样点的多少与输出信号频谱之间关系:
采样点越少,谱线越疏,采样点数越多,谱线越密。
3.采样保持电路采样保持是把采样瞬间的信号值记录保持,以免信号的幅值在量化过程中发生变动。
采样保持电路的工作原理:
采样开始,CP1下降到低电径G1导通MR信号
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 编号13第十三章 磁共振成像设备共14页 编号 13 第十三 磁共振 成像 设备 14