梯度线圈-雅安职业技术学院PPT课件

第四章MRI设备及管理 雅安职业技术学院医学影像教研室 本章学习目标 掌握 主磁体系统 梯度场系统 射频场与接收系统及计算机系统组成 作用及性能指标 熟悉 磁场的屏蔽分类及材料 超导及低温系统指标 MRI的使用与维护 概论 磁共振包括主磁体系统 梯度磁场系统 射频发射与接收系统 计算机系统 运行保障系统 如磁体的屏蔽 超导及低温系统等 第一节主磁体系统 磁体产生静态磁场 它的性能直接关系到整个系统的信噪比 在一定程度上直接决定着图像的质量 一 主磁场强度 低 中 高场的评价B大 S N高 超导 1 5T已普及 3 0T 2005 7 0T 9 4T 芝加哥大学医院 B大 人体生物效应 未正式用于临床 高场技术 下嫁 低场平台 一 主磁体的性能指标 二 磁场均匀性 要求高 与分辨率有关 非均匀性 主B编差 漂移 选层梯度B 影响压脂 水 脂差200Hz 及MRS分析 单位 ppm 距孔中心40cm 1ppm 50cm 2ppm 65cm 5ppm 异地安装后匀场调整地 三 磁场稳定性 决定图像稳定度 与附近磁场 环境温度 电源波动有关 时间稳定性 5ppm 1 2h 10ppm 8h 热稳定性 永磁 常导相对差 四 有效孔径 大于65厘米 五 磁场的逸散度 必须加以限制 永磁 电磁 常导 超导 主磁体 0 35T永磁磁体 1 5T超导磁体 二 成像用磁体的分类 永磁型 材料 磁场强度及优缺点 铝镍钴 铁氧体 稀土钴 中国产量高 保证B 孔径小 重量大 0 3T 14T 0 4T 22T 缺点 B小 均匀性差 稳定性差 优点 经济实用型 开放性 低造价 低运行成本 故障低 杂散小 环境影响小 常导型 四线圈结构 T BIL Q 0 24I2Rt 边缘冷却铝 铜 风冷 水冷 0 2T 优点 结构简单 重量轻 造价低 可关断磁场 用于水资源 煤资源 风资源丰富地区 缺点 水电消耗大 逐渐淘汰 超导型 0 5T 后专门讲 T BIL Q 0 24I2Rt R pL S 常温 高B 高稳定性 高均匀性 混合型 永磁 常导型 三 磁体系统的组成 主磁体 匀场线圈 梯度线圈和射频体线圈 与之相连各自电源 即磁体电源 匀场电源及梯度电源 永磁体不需磁体电源 四 主磁体的匀场措施 第二节梯度场系统 梯度磁场的作用梯度磁场的性能指标梯度系统的组成梯度冷却系统涡流的影响和补偿 序 梯度磁场的作用 用途 是磁共振的核心部件 与扫描速度及成像图像分辨率有关 定位定层 体素的选层和空间三维编码 附加在主磁场上 使受检体在不同位置产生不同的共振频率 线性 快速开关的梯度磁场 一 梯度磁场的性能指标 有效容积 均匀线性容积 鞍形线圈 60 主磁场同心 其容积越大 x y z方向不失真成像区大 梯度场的线性 梯度递增量相等 梯度场越精确 线性越好 影像质量越高 非线性 2 梯度场的强度 强度越高 梯度就大 利于薄层扫描 像素小 空间分辩率高 梯度场的强度 梯度场强 mT m 梯度场两端强度差值 梯度场长度强度越高 梯度就大 利于薄层扫描 像素小 空间分辩率高 1 5T 30mT m 梯度场切换率 梯度场的切换率 mT m s 梯度场预定强度 t 梯度上升时间 梯形左腰的斜率 斜率大切换率高 上升时间短 提高扫描速度 1 5T 120mT m s 梯度系统是由梯度线圈 梯度控制器 数模转换器 DAC 梯度放大器和梯度冷却系统等部分组成 二 梯度系统的组成 梯度场发生系统 梯度控制器 数模转换器 梯度放大器 将操作人员输入的指令变成16位的数字信号 将数字信号转换成模拟电压控制信号 将模拟电压信号放大到足以推动梯度线圈工作产生磁场 梯度线圈 A B C A 全数字化梯度控制器 梯度控制器 GCU 的任务是 按系统主控单元的指令 发出全数字化的控制信号 B 梯度放大器 生产要求 同普电产品 功率大 开关时间短 输出电流精确 可持续工作时间长 散热系统优良可靠 工作方式 三套梯度放大器经功放后分别供给X Y Z向梯度线圈的电流 产生X Y Z向梯度磁场 噪声 C 梯度线圈 X Y Z向三组线圈互成90度 即为正交 Z向梯度线圈 两线圈的间距与直径 半径的关系 线圈间距为线圈半径的倍 或者线圈直径约为两线圈间距的1 15倍 X向及Y向梯度线圈其排列方式有直线系统和鞍形线圈 新进展 双线圈设计 短线圈 精细扫描模式 长线圈 全身扫描模式 小结 X Y Z三组功放推动X Y Z三个方向正交的直流线圈 梯度线圈 产生X Y Z三向梯度磁场 共同确定检查部位的空间位置 三 梯度冷却系统 常用冷却方式 水冷 风冷 涡流的危害 1 梯度场波形畸变 2 增加制冷剂的消耗 采取措施 1 加RC网络 2 加抵偿线圈 3 采用高阻材料 四 涡流的影响和补偿 第三节射频发射与接收系统 一 射频脉冲二 射频线圈三 射频脉冲发生系统四 射频信号接收系统 射频 RF 场系统在MRI设备中功能 射频激励 接收和处理MR信号 一 射频脉冲 定义 射频线圈通电后发出的脉冲电磁波 见下图 常用两种 硬脉冲 强而窄的脉冲 常用于非选择性的激励 软脉冲 弱而宽的脉冲 常用于选择性的激励 电子技术知识 脉冲越宽 覆盖的频率范围越窄 其选择性就越好 脉冲越窄 覆盖的频率范围越宽 脉冲的选择性就越差 病人非选择性 选择性操作人员输入指令计算机射频控制单元硬脉冲 软脉冲 静磁化强度M0受射频场 B1 作用偏离平衡位置 角 翻转角 通常情况下调节脉宽 来选择RF脉冲 调节B1大小来控制翻转角 使其偏转 角的脉冲称为 脉冲 如90 和180 脉冲 RF脉冲的宽度和幅度由计算机和射频控制单元实施控制 上 二 射频线圈 一 射频线圈的功能 基本功能 1 发射RF脉冲 2 接收MR信号 分别实施发射和接收时 需进行快速切换 二 射频线圈的主要技术参数 信噪比 SNR 高 灵敏度 适中 高 SNR低 均匀度 好 形状 螺旋管 柱形 表面线圈 品质因数 Q 谐振电路特性阻抗 回路电阻R 即Q R Q 储能与耗能 选用Q大的线圈 填充因数 被检体积Vs 线圈容积Vc 与SNR成正比 提高 可提高SNR 有效范围 接收线圈可检测到RF信号的空间范围 取决于线圈形状 有效范围越大 SNR越低 三 射频线圈的种类 1 按功能分 发射 接收 两用 2 按适用范围分 全容积线圈 包容检查部位 用于大体积 大范围检查 表面线圈 与检查部位外形一致 覆盖其上 用于浅表组织与器官检查 部分容积线圈 上二者的综合 体腔内线圈 置入体腔内检查 相控阵线圈 电子控制工作个数 动态分配有效空间 3 按极化方式分 线极化和园极化线圈 4 按绕组形式分 亥姆霍兹线圈 螺线管形 四线结构线圈 鞍形和交叉椭圆形 相控阵线圈 管状谐振线圈 鸟笼式线圈 螺线管形和鞍形是主要形式 螺线管形线圈要用于横向磁场磁体 鞍形线圈主要用于纵向磁场磁体 四 对射频线圈的要求 线圈的调谐 线圈产生的电磁波频率与氢质子的共振频率不一致时叫失谐 产生失谐的原因 一是人体进入线圈后会改变线圈的频率 二是线圈置入主磁体后会改变线圈的频率 每次成像前都要调谐 方法 自动和手动两种 线圈系统的耦合 如下 耦合 发射脉冲的体线圈频率 接收信号的表面线圈频率 感应电流大烧毁线圈及病人承受能量过大 去耦方法 1 静态去耦 改变表面线圈的形状使二者频率互相垂直即可 2 动态去耦 设计电子开关使体线圈与表面线圈分时工作 线圈系统的耦合 五 常见的射频线圈 螺线管线圈 单匝和多匝线圈 四线结构线圈 四线线圈和鞍形线圈 笼式线圈 低频笼式和高频笼式 螺旋管状马鞍形 表面线圈 只用于接收 提高信噪比2 5倍 三 射频脉冲发射系统 电子技术知识 RF振荡器 脉冲源 频率合成器 产生各种频率的脉冲 RF波形调制器 产生所需波形 脉冲功率放大器阻抗匹配网络 四 射频信号接收系统 电子技术知识 前置放大器 1以下信号1V接收控制门混频器相敏检波器低频放大器与低通滤波器10V 第四节计算机系统 一 主计算机系统 功能 控制操作技术人员与磁共振各系统之间的通信 并通过运行扫描软件来满足操作者的所有应用要求 组成 主机 磁盘存储 光盘存储控制台 主图像显示器 辅图像显示器 输出设备 网络适配器及接口部件等 二 主计算机系统中运行的软件 MR应用软件MR系统软件MR软件信息交换 三 数据处理与影像重建 数据处理本质是对数据的高速数学运算 影像重建常用图像处理计算机 图像处理器 来进行 四 图像显示 快速图像缩放 窗宽 窗位的调整 第五节磁场的屏蔽 一 磁场与环境的相互影响 一 等高斯线图 杂散磁场 常用等高斯线图来表示杂散磁场分布程度 它是以磁体为中心的同场强的一簇椭圆线 二 磁场对环境的影响 P389表16 2 三 环境对磁场的影响 静干扰与动干扰 P390表16 3 二 主磁体屏蔽 一 磁屏蔽 防止主磁体对外界的影响及外界对主磁体的影响 二 磁屏蔽分类 1 有源屏蔽 采用位于主线圈外围的线圈 通以反向的电流来减弱杂散场 2 无源屏蔽 房屋屏蔽 在墙壁内加铁片 经济简单 定向屏蔽 针对某墙壁 屏蔽铁轭屏蔽 在主磁体外围加铁轭 三 磁屏蔽材料 1 高磁导率 镍合金 2 低磁导率 铁 钢等 一般用后者 调整其厚度来达到要求 三 射频屏蔽 目的 防止射频信号对周围精密仪器的影响和周围电磁波对微弱的射频信号的影响 措施扫描室六个面加薄铜或不锈钢密封屏蔽 不能采用铁磁材料 第六节超导及低温系统 一 超导性与超导体 一 超导电性 超导体特殊物质常温 电阻R PL S 低温 电阻突然为零 导电性大大加强 二 超导体基本性质完全导电性完全抗磁性 三 超导材料的主要指标 临界温度 TC 转变温度 水银4K 锡3 7K 临界磁场 保证超导状态的外加磁场 临界电流 IC Imax cm2 四 超导材料的的应用超导磁体 磁悬浮 高能物理实验 受控制热核反应 MRI 超导电子器件 超导电子测量装置 二 低温技术 一 致冷与制冷致冷 靠致冷剂自然挥发使环境温度降低 制冷 制冷设备提供冷量降低环境温度 MR用此种 二 低温普冷 30 120K 深冷 120K以下 超低温 0 3K以下 三 氦及其性质产于天然气中 作为低温致冷剂 四 液氮及其性质从空气分离氧气的副产品中得到 在MR中作为辅助致冷剂 五 氦制冷同普通制冷设备的压缩制冷原理 三 超导环境的建立与失超保护 4 2K 268 80C 一 超导环境 深冷 的建立 真空绝热层 超导磁体的重要保冷屏障 性能取决于真空度 磁体预冷 消耗大量的液氮 液氦 超导环境的建立 建立4 2K温度环境 二 励磁 充磁 接通超导线圈电源 建立预定磁场 励磁结束 切断电源 磁体不再消耗电能 而