第一篇磁共振成像仪基本硬件.PDF

第一节 磁共振成像仪的基本硬件 医用MRI 仪通常由主磁体、梯度线圈、脉冲线圈、计算机系统及其他辅助设备等五部 分构成。 一、主磁体 主磁体是MRI 仪最基本的构件，是产生磁场的装置。根据磁场产生的方式可将主磁体 分为永磁型和电磁型。永磁型主磁体实际上就是大块磁铁，磁场持续存在，目前绝大多数低 场强开放式MRI 仪采用永磁型主磁体。电磁型主磁体是利用导线绕成的线圈，通电后即产 生磁场，根据导线材料不同又可将电磁型主磁体分为常导磁体和超导磁体。常导磁体的线 圈导线采用普通导电性材料，需要持续通电，目前已经逐渐淘汰；超导磁体的线圈导线采用 超导材料制成，置于液氦的超低温环境中，导线内的电阻抗几乎消失，一旦通电后在无需继 续供电情况下导线内的电流一直存在，并产生稳定的磁场，目前中高场强的MRI 仪均采用 超导磁体。主磁体最重要的技术指标包括场强、磁场均匀度及主磁体的长度。 主磁场的场强可采用高斯（Gauss，G ）或特斯拉（Tesla，T ）来表示，特斯拉是目前磁 场强度的法定单位。距离5 安培电流通过的直导线 1cm 处检测到的磁场强度被定义为 1 高 斯。特斯拉与高斯的换算关系为：1 T = 10000 G。在过去的20 年中，临床应用型MRI 仪主 磁体的场强已由0.2 T 以下提高到1.5 T 以上，1999 年以来，3.0 T 的超高场强MRI 仪通过 FDA 认证进入临床应用阶段。目前一般把0.5 T 以下的MRI 仪称为低场机，0.5 T 到1.0 T 之间的称为中场机，1.0 T 到2.0 之间的称为高场机 （1.5 T 为代表），大于2.0 T 的称为超高 场机（3.0 T 为代表）。 高场强MRI 仪的主要优势表现为：（1）主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的 信噪比；（2 ）在保证信噪比的前提下，可缩短MRI 信号采集时间；（3 ）增加化学位移使磁 共振频谱（magnetic resonance spectroscopy ，MRS ）对代谢产物的分辨力得到提高；（4 ）增 加化学位移使脂肪饱和技术更加容易实现；（5 ）磁敏感效应增强，从而增加血氧饱和度依赖 （BOLD ）效应，使脑功能成像的信号变化更为明显。 当然MRI 仪场强增高也带来以下问题：（1）设备生产成本增加，价格提高。（2 ）噪音 增加，虽然采用静音技术降低噪音，但是进一步增加了成本。（3 ）因为射频特殊吸收率 （specific absorption ratio，SAR ）与主磁场场强的平方成正比，高场强下射频脉冲的能量在 人体内累积明显增大，SAR 值问题在3.0 T 的超高场强机上表现得尤为突出。（4 ）各种伪影 增加，运动伪影、化学位移伪影及磁化率伪影等在3.0 T 超高场机上更为明显。由于上述问 题的存在，3.0 T 的MRI 仪在临床应用还有一定限制，尽管其在中枢神经系统具有优势，但 是在体部应用还不太成熟，因此，目前以1.5 T 的高场机最为成熟和实用。 MRI 对主磁场均匀度的要求很高，原因在于：（1）高均匀度的场强有助于提高图像信 噪比，（2 ）场强均匀是保证MR 信号空间定位准确性的前提，（3 ）场强均匀可减少伪影（特 别是磁化率伪影），（4 ）高度均匀度磁场有利于进行大视野扫描，尤其肩关节等偏中心部位 的MRI 检查，（5 ）只有高度均匀度磁场才能充分利用脂肪饱和技术进行脂肪抑制扫描，（6 ） 高度均匀度磁场才能有效区分MRS 的不同代谢产物。现代MRI 仪的主动及被动匀场技术进 步很快，使磁场均匀度有了很大提高。 为保证主磁场均匀度，以往MRI 仪多采用2m 以上的长磁体，近几年伴随磁体技术的 进步，各厂家都推出磁体长度为 1.4m～1.7m 的高场强（1.5T）短磁体，使病人更为舒适， 尤其适用于幽闭恐惧症的患者。 随介入MR 的发展，开放式MRI 仪也取得很大进步，其场强已从原来的0.2T 左右上升 到0.5T 以上，目前开放式MRI 仪的最高场强已达1.0T。图像质量明显提高，扫描速度更快， 已经几乎可以做到实时成像，使MR“透视”成为现实。开放式MR 扫描仪与DSA 的一体化 设备使介入放射学迈进一个崭新时代。 二、梯度线圈 梯度线圈是MRI 仪最重要的硬件之一，主要作用有：（1）进行MRI 信号的空间定位编 码；（2 ）产生MR 回波（梯度回波）；（3 ）施加扩散加权梯度场；（4 ）进行流动补偿；（5 ） 进行流动液体的流速相位编码。梯度线圈由X 、Y 、Z 轴三个线圈