1、復(fù)習(xí),1、對信噪比測量體模內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么要求？測量哪些區(qū)域的信號強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)偏差？如何計(jì)算？ 2、對均勻度測量體模內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么要求？測量哪些區(qū)域的信號強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)偏差？如何計(jì)算？ 3、對線性度測量體模內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么要求？如何測量和計(jì)算線性度？,4、如何用斜面的圖像測量和計(jì)算成像層厚度？ 5、分辨力與線對/厘米等于能分辨開的最小間距是多少？,磁共振成像系統(tǒng),第一節(jié) 系統(tǒng)簡介,主磁體 梯度系統(tǒng) RF系統(tǒng) 計(jì)算機(jī) 軟件 應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng)：多采用UNIX操作系統(tǒng)。 硬件 主機(jī)：目前多采用SUN、SGI工作站，PC機(jī)。 接口、控制器：應(yīng)用軟件控制系統(tǒng)實(shí)施的橋梁。 外部設(shè)備,第二節(jié) 磁體,MR系統(tǒng)的核心部

2、件，產(chǎn)生均勻磁場 磁體兩個(gè)重要特性 時(shí)間穩(wěn)定性 空間均勻性 安全性,磁體類型 永磁體 常導(dǎo) 超導(dǎo),一 永磁體,永磁體由永磁材料組成； 如鐵氧體、釹鐵材料,1. 永磁體結(jié)構(gòu) 環(huán)型 軛型,2.特性 磁場較低0.35T 均勻度欠佳 對溫度十分敏感（應(yīng)穩(wěn)定在0.1C） 優(yōu)點(diǎn)：磁場固定、壽命長、沒有明顯磁場損失，不需要連續(xù)電流，不會(huì)生熱、維護(hù)費(fèi)用少，容易制成開放式磁體。,二 常導(dǎo)磁體,1.磁場形成：電流通過圓形線圈時(shí)，在導(dǎo)線周圍形成磁場。 四線圈、六線圈：形成均勻磁場。 2.導(dǎo)線的選擇 銅：電導(dǎo)率大，密度大，價(jià)格高，產(chǎn)熱少 鋁：電導(dǎo)率小，密度小，價(jià)格低，產(chǎn)熱多 電流大、功耗大、散熱多。熱量由去離子水帶走

3、。,3.場不穩(wěn)定性：電源不穩(wěn)定導(dǎo)致磁場變化。 4.場不均勻性：調(diào)整補(bǔ)助場線圈，線圈放置鐵片勻場,三 超導(dǎo)磁體,1.超導(dǎo)原理：當(dāng)溫度降低到一定程度（臨界溫度）時(shí)，導(dǎo)體電阻突然降低到零。初始電流可無休止地循環(huán)。 普通鉛（Plumbum）為7.4K 鈮鈦合金20K（NiobiumTitanium） 陶瓷超導(dǎo)體100K 用超導(dǎo)材料繞制線圈，做成的磁體,2.超導(dǎo)材料選擇注意事項(xiàng)： 可負(fù)載產(chǎn)生強(qiáng)磁場所需的大電流 可保持超導(dǎo)狀態(tài)（高于液氦沸點(diǎn)溫度4.2K） 有維持超導(dǎo)所需的低溫制冷裝置 有合適的物理特性（可塑性、柔軟性）,MRI應(yīng)用廣泛的超導(dǎo)材料是鈮鈦合金多芯復(fù)合超導(dǎo)線，負(fù)載可達(dá)700A。鈮鈦合金位于銅基中

4、。,銅基作用： 銅基相當(dāng)于絕緣體； 失超時(shí)，泄放磁體儲(chǔ)存的巨大能量，防止超導(dǎo)體燒毀； 提高線圈的機(jī)械性能。,3.超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu),底座、內(nèi)腔、真空層、低溫保護(hù)層、制冷劑容器、制冷系統(tǒng)、線圈以及支架、保護(hù)系統(tǒng)等。,(1)超導(dǎo)的勵(lì)磁： 勵(lì)磁過程 冷卻磁體：使繞組成為超導(dǎo) 給繞組加電： 首先給超導(dǎo)開關(guān)加熱使超導(dǎo)開關(guān)不起作用， 通過開關(guān)的接線柱加電壓在磁體繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流， 獲取需要的磁場強(qiáng)度后，加熱器關(guān)閉，開關(guān)恢復(fù)為超導(dǎo)，電流在繞組中流動(dòng)。,線圈（無阻抗）,銅膜電阻,失超保護(hù)二極管,超導(dǎo)開關(guān),電流導(dǎo)線,超導(dǎo)磁體內(nèi)部電路簡化示意圖,勵(lì)磁電源,加熱器,超導(dǎo)線圈,開關(guān)元件,液氦,旁路電阻,焊接點(diǎn),失超que

5、nch 局部磁體變?yōu)槌?dǎo)，產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致更大范圍成為常導(dǎo)，惡性循環(huán)最終失超。 引發(fā)失超的常見原因： 磁通跳躍 摩擦生熱 失超保護(hù)二極管（quench protection diode） (2)超導(dǎo)的退磁 與勵(lì)磁步驟相反。,四.雜散場屏蔽,邊緣場（fringe field） 雜散場（stray field） 無源屏蔽（大量鐵塊） 有源屏蔽（流有反向電流的線圈繞組）,五.勻場,減小磁場偏差，滿足到特定均勻度。 有源勻場（先進(jìn)行） 無源勻場（后進(jìn)行）,1.無源勻場： 在磁體內(nèi)放置鐵片，每個(gè)位置放置的鐵片數(shù)量經(jīng)過特殊的勻場程序計(jì)算。 可校正高次場不均勻性，而且材料便宜。 無源勻場可減少有源勻場很難或不

6、可能減少的諧波函數(shù)。,2.有源勻場： 一系列載流繞組排列在磁體孔徑的柱形管上，與球形諧波展開式的一個(gè)系數(shù)近似。這些繞組必須避免與磁體和梯度線圈的相互影響。 超導(dǎo)勻場線圈 常導(dǎo)勻場線圈 梯度線圈,主磁場線圈,超導(dǎo)勻場線圈,常導(dǎo)勻場線圈,梯度線圈,位于磁體低溫容器內(nèi),位于孔徑內(nèi),六.磁場特性,1.磁場強(qiáng)度 2.磁場穩(wěn)定性 3.主磁場均勻性,選擇磁場強(qiáng)度的準(zhǔn)則,1.高場強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 場強(qiáng)越高，M越大，信號越強(qiáng)。 高場對于化學(xué)位移波譜成像很重要。 2.高場強(qiáng)的缺點(diǎn) 硬件和周圍環(huán)境要求更高 限制因素,A化學(xué)位移偽影 B RF功率沉積 高場強(qiáng)設(shè)備發(fā)射機(jī)功率通常是1025kW，利用SAR對其加以限制，尤其是1.

7、5T時(shí)，RF沉積將限制重復(fù)時(shí)間。 C RF穿透性 RF場在人體組織內(nèi)感應(yīng)電流，部分抵消了RF場，降低了RF脈沖穿透組織的深度，導(dǎo)致RF激發(fā)的成像容積不均勻。,D T1弛豫時(shí)間 T1弛豫時(shí)間隨場強(qiáng)增加而增加，更易發(fā)生磁化未飽和，使SNR與場強(qiáng)不成正比。 E 更高的梯度要求 梯度場隨場強(qiáng)成比例地增強(qiáng)，因此高場強(qiáng)要求驅(qū)動(dòng)放大器的功率增加，強(qiáng)梯度磁場產(chǎn)生的噪音更大。,F 價(jià)格 一般情況場強(qiáng)高，價(jià)格高。 G 對人群的影響 更易對其他病人和設(shè)備產(chǎn)生影響，更應(yīng)考慮雜散場。,第三節(jié) 梯度系統(tǒng),梯度：磁場強(qiáng)度沿著選擇的方向線性變化 共振頻率與場強(qiáng)成正比,梯度系統(tǒng)主要組件有： 梯度線圈組件 梯度放大器 梯度波形發(fā)

8、生器 其他部件（梯度接口板、輔助電纜及濾波器）。,梯度波形發(fā)生器,梯度驅(qū)動(dòng)級,梯度功率放大器,一 梯度線圈,1.梯度線圈結(jié)構(gòu) X、Y、Z梯度線圈分別獨(dú)立，封裝在玻璃纖維制作的大圓柱體內(nèi)，裝在磁體孔徑內(nèi)。 Z梯度線圈由兩個(gè)反向的線圈串聯(lián)組成，兩個(gè)線圈的電流大小相等，方向相反。 X、Y梯度線圈由兩對鞍型線圈組成，每一個(gè)線圈包含四個(gè)部分。,Y,X,2.梯度線圈產(chǎn)生磁場 單位為T/m 梯度線圈產(chǎn)生磁力線與主磁場同向或反向 3.梯度線圈充電特性 梯度線圈響應(yīng)時(shí)間為=L/R，L是梯度線圈電感，R是線圈直流電阻。 提高線圈的上升速率，必須降低線圈的電感。 要使電流上升時(shí)間更快，則需要提高梯度功率放大器。,4

9、.梯度線圈的噪聲 不斷變化的梯度電流使梯度線圈產(chǎn)生振動(dòng)。 梯度脈沖的聲音由梯度場變化的速率或梯度電流決定，di/dt。,二 梯度放大器,目的：根據(jù)標(biāo)稱梯度電流的大小和方向，以預(yù)設(shè)的方式，驅(qū)動(dòng)電流通過梯度線圈，產(chǎn)生梯度場。 梯度放大器的負(fù)載：梯度線圈 為減少三極管的功率損失，提高放大器的工作效率，采用開關(guān)式放大器。,開關(guān)式功率放大器,300V,0V,OR1,300V,30V,Umax,switch,Uload,Icoil,Ubatt,Ubatt,Uload,Uload,梯度功放后級 電子開關(guān)（場效應(yīng)管FET、雙極性三極管等） 單向二極管（free-wheeling diode） 儲(chǔ)能和濾波電容以

10、及梯度線圈本身,最大可能梯度幅度主要受梯度電流的限制，增加梯度線圈的繞組可減少電流需求，但增加了電感，從而增加了梯度線圈的響應(yīng)時(shí)間（要提高切換率需要增加電壓）。 典型的電流范圍200300A,三 渦流,根據(jù)楞次定律，變化的磁場在周圍導(dǎo)電材料中感應(yīng)隨時(shí)間變化的電流渦流。 渦流本身又產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場，消弱梯度場，破壞了梯度場就破壞了編碼。 渦流補(bǔ)償 利用RC元件使電流脈沖預(yù)畸變 預(yù)先補(bǔ)償梯度的驅(qū)動(dòng)電流 有源梯度屏蔽,第四節(jié) RF脈沖系統(tǒng),主機(jī)根據(jù)選擇的脈沖序列產(chǎn)生數(shù)字的脈沖波形，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換之后變成模擬信號，再經(jīng)過調(diào)制放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈，激發(fā)成像區(qū)域內(nèi)原子核發(fā)生NMR現(xiàn)象，產(chǎn)生NMR信號，經(jīng)過

11、放大、解調(diào)、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、預(yù)處理，再經(jīng)過FT變換等處理，重建 出圖象送到顯示器顯示。,RF系統(tǒng)中比較特殊的部件有： RF線圈 收發(fā)開關(guān) /4傳輸線 定向耦合器 功率分配器 頻率合成器 調(diào)制解調(diào)器,一 RF線圈基本理論諧振電路,電容、電感串聯(lián)或并聯(lián),二 RF線圈特性,品質(zhì)因數(shù)Q 負(fù)載效應(yīng) 去耦,1.品質(zhì)因數(shù)Q,Q等于RF線圈的響應(yīng)中心頻率f0除以響應(yīng)曲線上半功率點(diǎn)間（峰值功率-3dB）的頻率差（）。 空載時(shí)，體線圈、頭線圈的Q約為200。 Q越高，帶寬越窄，線圈的選擇性越好，噪聲和偽信號減少。,2. 負(fù)載效應(yīng),Q受負(fù)載的影響 負(fù)載類型不同，對Q的影響不同 負(fù)載類型相同，大負(fù)載對Q的影響大。 R

12、F線圈中有負(fù)載后，Q降低，響應(yīng)變寬。,頻率漂移與負(fù)載的影響 大負(fù)載時(shí)，頻率漂移又降低，帶寬增加，線圈仍可工作在可接受的頻率。 小負(fù)載線圈的頻率漂移雖然小，帶寬不增加，可能沒有工作在可接受的頻率。 RF線圈在空載時(shí)調(diào)諧，兼顧所有負(fù)載類型。,3. 去耦,如發(fā)射、接收功能分別由不同的線圈完成，消除發(fā)射和接收線圈的相互作用成為去耦。 如去耦不好，發(fā)射線圈的發(fā)射場會(huì)產(chǎn)生畸變，接收線圈中的感應(yīng)信號會(huì)破壞前置放大器。 去耦不好會(huì)引起噪聲增加和信噪比降低。 去耦二極管完成去耦,二極管去耦和線圈匹配網(wǎng)絡(luò)示意圖,Cs,Cp,Cp,三. RF線圈的種類,以功能分： 發(fā)射線圈 接收線圈 發(fā)射、接收共用： 體線圈 頭線

13、圈 四肢線圈 表面線圈僅用于接收,四.RF常用器件,1. 同軸電纜 同軸電纜傳輸發(fā)射功率和接收MR信號，而且兼有屏蔽作用避免輻射損耗和煩擾。,同軸電纜傳輸線示意圖,2. RF開關(guān),發(fā)射和接收開關(guān)連接在RF功放與線圈及前放之間。,發(fā)射期間：發(fā)射接收開關(guān)使RF發(fā)射器到線圈之間的通路接通，并保護(hù)敏感的前放不接收高脈沖功率。,Siemens公司采用的T/R開關(guān)電路示意圖。,T/R開關(guān)簡化示意圖,RF發(fā)射期間，RF信號電壓強(qiáng)度足以使D1、D2導(dǎo)通，RF功率經(jīng)過D1、D2幾乎無損失地到達(dá)天線， D3、D4導(dǎo)通，即對地短路。二極管前端的/4線將短路轉(zhuǎn)換為天線輸入端的開路，從而保護(hù)了前放。 接收期間，逆向二極

14、管D1、D2不導(dǎo)通，防止發(fā)射器的噪聲進(jìn)入前放，并防止MR信號消失在發(fā)射器中。 D3、D4為高阻抗，信號經(jīng)過/4線無阻尼到達(dá)前放。,MR系統(tǒng)RF信號路徑,第五節(jié). 系統(tǒng)調(diào)節(jié),進(jìn)入磁體孔內(nèi)的物體影響磁場均勻性分布，同時(shí)使線圈的填充系數(shù)發(fā)生變化，影響線圈的阻抗特性和品質(zhì)因數(shù)，每次檢查病人前需要進(jìn)行校準(zhǔn)。,一.MR檢查的校準(zhǔn)步驟,1.天線的調(diào)整（線圈調(diào)諧） 2.MR中心頻率的檢查和設(shè)定（頻率調(diào)整） 3.脈沖幅度校準(zhǔn)（發(fā)射調(diào)整） 4.自動(dòng)調(diào)節(jié)勻場，特別是梯度線圈勻場 5.設(shè)定接收器的增益（接收器調(diào)整）,1.線圈的調(diào)諧,發(fā)射接收線圈的阻抗必須與傳輸線及前放的阻抗相匹配。由于病人的身材和位置會(huì)影響線圈的阻抗

15、，必須對線圈進(jìn)行調(diào)諧。 調(diào)諧即改變電容使發(fā)射線圈的RF功率具有最小的反射。（一般自動(dòng)調(diào)諧） 線圈Q值越高。可接受的頻率范圍越窄，越難調(diào)諧和匹配；反之易調(diào)諧。 反射功率為0時(shí)，線圈達(dá)到最佳調(diào)諧和匹配。,通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電容，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧和匹配頭線圈、體線圈。 操作者手動(dòng)調(diào)節(jié)，如早期的膝關(guān)節(jié)。 電子驅(qū)動(dòng)，如脊柱線圈等一些表面線圈。 有些表面線圈有很寬的可接受頻率范圍，不必進(jìn)行調(diào)諧，但是SNR低。 對于某些病人偶爾不能調(diào)諧，可能是身材太大或太小。對于很小負(fù)載的情況，可在線圈附近擺放鹽水袋增加負(fù)載；對于個(gè)子太大，可輕微調(diào)整位置。,2. 頻率的調(diào)節(jié),身材、體形、磁化率不同使磁場輕微變化。 使用非常短的非

16、選擇性脈沖調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)共振頻率時(shí)，具有最大信號幅度的共振頻率fr與載波頻率f0。,二.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),測量控制系統(tǒng) 靜態(tài)測量控制 動(dòng)態(tài)測量控制 脈沖序列控制 生理信號序列控制 圖像處理系統(tǒng) 圖像處理器 圖像儀,（一）測量控制系統(tǒng),測量控制部分的功能是為接收MR信號產(chǎn)生所需的各種控制，并為圖像處理器準(zhǔn)備下一步處理的數(shù)據(jù)。任務(wù)有： 產(chǎn)生將質(zhì)子激發(fā)所需的調(diào)制RF信號 提供精確的電流脈沖，以產(chǎn)生線性梯度場 將接收的MR信號放大和解調(diào) 把幅度和相位信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，送給圖像處理單元 控制和監(jiān)視整個(gè)測量系統(tǒng)的功能,1.靜態(tài)測量控制 包括與床、RF調(diào)諧系統(tǒng)、RF信號單元以及梯度功率控制器的通訊。 靜態(tài)測量控

17、制部分所控制的功能在整個(gè)測量期間不會(huì)改變，如濾波器和衰減器。 2.動(dòng)態(tài)測量控制 （1）脈沖序列控制 （2）生理信號序列控制,（二） 圖像處理系統(tǒng),主機(jī)、圖像處理器、圖像儀 主機(jī)：是系統(tǒng)的中央控制計(jì)算機(jī)，裝有操作系統(tǒng)（VMS，UNIX，DOS等）和用戶應(yīng)用系統(tǒng)（如Siemens的NUMARIS，GE的GENESIS）。 圖像處理器：從獲得的原始數(shù)據(jù)中重建出圖像； 圖像儀：處理圖像數(shù)據(jù)，并把它們轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號，或?yàn)橛部截愒O(shè)備提供模擬或數(shù)字信息。,圖像處理系統(tǒng)組成示意圖,1.圖像處理器,預(yù)處理 偏移量校正 平均 原始數(shù)據(jù)濾波 FT,2.圖像儀,窗寬、窗位的調(diào)整 MRI原始數(shù)據(jù)16位，重建后的圖像象素的深度是12位，即212=4096級灰階。人眼只能分辨32級灰階，即5位深度。為獲得平滑效果，一般選擇256灰階（8位）。 窗的特性由窗寬、窗