MRI设备学习课程

1、MRI设备 MRI设备是利用生物体的磁性核（主要是氢核）在磁场中所表现出的MR特性来进行成像的设备。 随着超导技术、磁体技术、电子技术、计算机技术和材料科学的进步，MRI设备得到飞速的发展。 MRI设备已成为最先进、最昂贵的现代化诊断设备之一。 MRI设备是评价医院综合能力的一项重要指标，又是医院现代化程度和诊断水平的标志。 第1页/共153页第一页，编辑于星期六：九点 八分。概述发展简史 MR现象由布洛赫（Bloch）和伯塞尔（Purcell）于1946年发现了磁共振现象 。 1971年，达马丁（Damadian）发现了MRI的重要参数T1 和 T2时间延长理论。 1973年劳特布尔（Lau

2、terbur）获得了第一幅MRI模型的二维图像。 1974年曼斯菲尔德（Mansfield）研究出脉冲梯度法选断层成像的方法。 1975年恩斯特（Ernst）研究出相位编码的成像方法。第2页/共153页第二页，编辑于星期六：九点 八分。 1977年，达马丁完成了首例动物活体肿瘤检测成像，并获得首张人体活体MRI设备图像。 1980年，阿勃亭（Aberdeen）领导的研究小组发表了利用二维傅立叶变换对图像进行重建的成像方法。该方法效率高、功能多、形成的图像分辨力高、伪影小，目前MRI设备均采用该算法。 全身MRI设备研究成功。 1983年，MRI设备进入市场。 MRI设备具有对软组织成像好的优点

3、。波谱分析技术运用到医用MRI设备上，使MRI设备不仅可获得解剖学信息，而且可获得其他方面的信息，如生理和生化方面的信息。 第3页/共153页第三页，编辑于星期六：九点 八分。Felix Bloch 1952, PhysicsEdward M. Purcell 1952, PhysicsKurt Wuthrich 2002, ChemistryRichard R. Ernst 1992, ChemistryIsador I. Rabi1944, PhysicsPaul Lauterbur 2003, MedicinePeter Mansfield 2003, Medicine第4页/共153页

4、第四页，编辑于星期六：九点 八分。MRIMRI设备的优点设备的优点 多参数成像，可提供丰富的诊断信息； 人体氢核含量高，高对比成像； 任意方位体层（冠矢状等面）成像； 不用对比剂就可进行MR血管造影（MRA） ； 无骨伪影干扰，后颅凹病变清晰可辨； 无电离辐射； 可使MRI设备用于介入治疗,建立智能手术室，进行手术导航。 第5页/共153页第五页，编辑于星期六：九点 八分。不同器官结构的不同器官结构的MRI MRI 第6页/共153页第六页，编辑于星期六：九点 八分。 扫描速度慢； 易出现运动、流动伪影； 定量诊断困难； 对钙化灶和骨皮质病灶不够敏感； 禁忌症多。 MRI设备的缺点第7页/共1

5、53页第七页，编辑于星期六：九点 八分。性能特点MRI设备CT扫描机信息载体MRI信号（吸收的射频能量信息）穿过组织的X线体内信息源质子密度、T1、T2及液体的流动X线的减弱程度或透射X线的强度采用的电磁波射频波（无线电波）连续X线电磁波频率特定磁场下氢原子核的拉莫尔频率（小于100MHz）3101031014MHz电磁波波长3m以上（米波段）约1010m(1)使用的磁场静磁场和梯度磁场的叠加无探测器及方法接收线圈的感应电流碘化钠（NaI）氙（Xe）等体层方向任意方向一般与体轴垂直扫描机构电子机械或电子数据采集方式多方向或单方向投影多方向投影测量值可多参数成像，不同机器参数难比较与X线衰减系数

6、相对应图像重建方法以二维傅立叶变换成像法为主反投影法、卷积反投影法、迭代法等有无电离辐射仅有射频辐射，约10-7eV有X线辐射，可能引起的生物效应高像素尺寸已达0.4mm小层面厚度3D成像可达1mm以下螺旋CT已达0.5mm层扫描时间因扫描程序而异(EPI序列已达5ms)1s左右（超高速CT已达数ms）图像重建时间0.05ms1s实时成像功能已达到已达到MRI与CT机的性能比较第8页/共153页第八页，编辑于星期六：九点 八分。MRIMRI设备与设备与CTCT扫描机的应用比较扫描机的应用比较 应用范围MRI设备CT扫描机备注软组织对比度高低MRI设备可行乳腺成像半月板软骨椎间盘不使用对比剂清晰

7、须用对比剂不清晰脊髓显示清晰困难白质和灰质极明显一般明显出血可显示高度明显钙化灶不敏感敏感骨皮质病变不敏感敏感骨伪影无有心血管不使用对比剂须使用对比剂MRI可无创伤血管造影胎儿及孕妇检查可进行（慎用）一般不进行MRI可展示胎儿的结构水的显示极明显明显MRI可水扩散灌注成像生化及代谢测定能不能需MRI设备一体化系统功能成像能不能高磁场强度系统化学位移成像能不能需MRI设备一体化系统对比剂类型顺磁性物质碘剂第9页/共153页第九页，编辑于星期六：九点 八分。主要技术参数 化学位移（）、 液体流速（v） 、 波动。质子密度（）、纵向驰豫时间（T1）、横向驰豫时间（T2）、决定图像信号的密度组织参数有

8、：第10页/共153页第十页，编辑于星期六：九点 八分。设备参数： 磁场强度、 梯度磁场强度和切换率、 线圈特性（包含发射和接收）、 测量条件。 可选择的参数 : 重复时间（time of repetition，TR）、 回波时间（time of echo，TE） 、 反转时间（time of inversion，TI） 。第11页/共153页第十一页，编辑于星期六：九点 八分。控制图像扫描区域: 层厚、 平均采样次数、 像素尺寸、 有效视野、 层数。 第12页/共153页第十二页，编辑于星期六：九点 八分。人体正常与病变组织的人体正常与病变组织的T1T1值（值（msms）肝140170脑膜瘤

9、200300胰180200肝癌300450肾300340肝血管瘤340370胆汁250300胰腺癌275400血液340370肾癌400450脂肪6080肺脓肿400500肌肉120140膀胱癌200240第13页/共153页第十三页，编辑于星期六：九点 八分。发展趋势发展趋势 主磁体 ： 它的作用是产生均匀的静磁场（主磁场，磁场）。 主磁体的发展趋势是低磁场强度的开放和高磁场强度的性能改善。第14页/共153页第十四页，编辑于星期六：九点 八分。 低磁场强度永磁开放型MRI设备: 磁场强度已达0.4T，其结构为单柱型或双柱非对称型。重量为1013吨，开放空间达75以上。开放式MRI设备的优点

10、是可消除病人的幽闭恐惧症。 超导型MRI设备: 磁场强度已由传统的1.5T发展到34T，并有发展到78T的趋势。超导型MRI设备的液氦消耗量已大幅度下降。随着材料科学的进一步发展，将来可能出现高温超导磁体发展趋势 第15页/共153页第十五页，编辑于星期六：九点 八分。磁场强度与信号强度的关系T1值与磁场强度的关系发展趋势 第16页/共153页第十六页，编辑于星期六：九点 八分。 MRI设备磁场强度的大小对图像的影响是： 信噪比:磁场强度越高，信号强度越大，信噪比越高（但不是线性关系）。 磁场强度:磁场强度越高扫描时间越短。 图像对比度:T1值随磁场强度增高而变大，T1驰豫时间延长。当TR固定

11、值时，T1图像对比度反而下降，造成T1图像质量下降。 磁场强度大小对T2图像质量影响不大.发展趋势 第17页/共153页第十七页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场 快速扫描序列要求高性能的梯度磁场。 对梯度磁场的度化率（切换率）要求已达到7080T/ms。 梯度磁场决定最小FOV矩阵和最小层厚。最短回波时间主要决定于梯度磁场的最大强度。 最短回波时间又影响最短重复时间。 梯度磁场影响MRI设备的成像时间，也决定图像的最高空间分辨力。双梯度系统、组合表面系统和非线性梯度系统的出现，使MRI设备梯度线圈的形式多样化。双梯度系统是在主梯度线圈中附加一套较小的梯度线圈，它仅覆盖在感兴趣的部位，切换率

12、可达到150T/ms，所获得的MRI设备图像的层厚更薄、空间分辨力更大。发展趋势发展趋势 第18页/共153页第十八页，编辑于星期六：九点 八分。高磁场强度,低磁场强度MRI各有千秋,互相弥补。MRI设备磁场的精度和稳定性要高。 第19页/共153页第十九页，编辑于星期六：九点 八分。接收线圈改进在MRI中射频线圈是发射和接受射频频率的专用装置，是提供核磁共振频率的源装置。 发展趋势 第20页/共153页第二十页，编辑于星期六：九点 八分。MRIMRI射频线圈的发展射频线圈的发展 第一代是线性极化表面线圈; 第二代是圆形极化表面线圈 第三代是圆形极化相控阵线圈，它借助于无线电中通用的相控阵雷达

13、原理，每个线圈由多个小线圈单元组成，通过相位叠加或相减，达到减少旁瓣、从而大大提高了灵敏度，显著增加了图像的信噪比; 第四代相控阵线圈，为一体化全景相控阵线圈。它是组合式阵列线圈，可进行线圈与线圈间的任意组合，摆放病人时，可将多组线圈一起固定于病人身上，利用软件操作，实现线圈的不同组合和拆分，完成对不同部位的检查和诊断，它对于一次进行多部位检查的病人尤为重要。第21页/共153页第二十一页，编辑于星期六：九点 八分。MRI设备已完成了由专用计算机到计算机工作站的转化，64M处理器。方便、快速、高效的PACS系统，可与其他影像诊断设备的影像资源融合，获得全面、准确的诊断结果。计算机网络化发展趋势

14、 第22页/共153页第二十二页，编辑于星期六：九点 八分。MRI构成 MRI设备根据用途不同可分为两大类： 一是临床应用型：磁场强度在0.20.5T以下； 二是临床研究型：磁场强度在1.01.5T以上。 MRI设备根据磁场的产生方式可分为三大类： 超导型； 永磁型； 常导型。 第23页/共153页第二十三页，编辑于星期六：九点 八分。磁共振成像系统第24页/共153页第二十四页，编辑于星期六：九点 八分。CW NMR 40MHz(1960)第25页/共153页第二十五页，编辑于星期六：九点 八分。磁共振成像系统功能框图第26页/共153页第二十六页，编辑于星期六：九点 八分。超导型MRI设备

15、 超导型MRI设备的主磁场方向为水平方向 超导型MRI设备构成：主磁体（含冷却装置）、扫描床、梯度线圈、射频（RF）线圈、谱仪系统、控制柜、人机对话的操作台、计算机和图像处理器等。第27页/共153页第二十七页，编辑于星期六：九点 八分。超导型MRIMRI设备第28页/共153页第二十八页，编辑于星期六：九点 八分。超导型MRI主磁体第29页/共153页第二十九页，编辑于星期六：九点 八分。 磁共振系统的硬件组成磁体子系统磁体子系统梯度子系统梯度子系统射频子系统射频子系统计算机子系统计算机子系统MRIMRI第30页/共153页第三十页，编辑于星期六：九点 八分。永磁型开放式MRI设备 永磁型M

16、RI设备的主磁场方向为垂直方向。 永磁型MRI设备构成：主磁体、扫描床、谱仪系统、控制柜、操作台、计算机、图像处理器等。第31页/共153页第三十一页，编辑于星期六：九点 八分。永磁型开放式MRI第32页/共153页第三十二页，编辑于星期六：九点 八分。永磁型开放式MRI第33页/共153页第三十三页，编辑于星期六：九点 八分。常导型(电磁体)MRIPanorama 0.23T第34页/共153页第三十四页，编辑于星期六：九点 八分。超导型和永磁型MRIMRI设备的基本构成是：主磁体、扫描床、谱仪系统、控制柜、操作台、计算机、图像处理器。 第35页/共153页第三十五页，编辑于星期六：九点 八

17、分。永磁型MRIMRI设备的结构 扫描室内部分扫描室外部分第36页/共153页第三十六页，编辑于星期六：九点 八分。扫描室内部分 主磁体（magnet）， 支架（yoke）， 温度加热器（thermostat）， 梯度磁场线圈（gradient magnet field coil） RF发射线圈（transmitter coil）， 接收线圈（receiver coil）， 前置放大器（preamplifier）， 控制面板（control panel）， 扫描床（patient table）。 第37页/共153页第三十七页，编辑于星期六：九点 八分。扫描室外部分 中央控制柜（central

18、 control console，CCC）、 电源分配器（power distribution）、 恒温控制器（thermostatic control）、 梯度磁场电源（power supply for gradient magnetic field）， RF发射/接收装置（RF transmitter/receiver）， 操作台， 计算机， 图像处理器。第38页/共153页第三十八页，编辑于星期六：九点 八分。滤波盒（filter box）扫描室内外的所有连接线均需要通过滤波盒转接，为防止干扰 。 第39页/共153页第三十九页，编辑于星期六：九点 八分。MRI设备的基本工作原理 恒温控

19、制器将主磁体的温度准确的控制32.5，产生一个均匀的静磁场。 梯度电源通过梯度线圈进行空间定位（编码）。 RF单元和RF发射线圈，发射RF信号，产生MR现象。 信号被接收线圈接收，经放大、检波、A/D转换后送计算机和图像处理器，重建图像在监视器上显示或打印胶片。第40页/共153页第四十页，编辑于星期六：九点 八分。RF 线圈RF 线圈RF 发射RF 接收计算机梯度线圈梯度线圈X-梯度Y-梯度Z-梯度扫描床RF shield磁体磁体cooling射频系统、线圈第41页/共153页第四十一页，编辑于星期六：九点 八分。主磁体种类永磁型常导型超导型 第42页/共153页第四十二页，编辑于星期六：九

20、点 八分。永磁型主磁体为天然材料，不需消耗电能，运行费用低，主磁体分上S极、下N极两磁极。左右两根导磁柱支架托着上、下两磁极的基座，磁极上面有极片（磁性材料），外面有铝盖保护。主磁体是由许多块小永磁磁铁拼接而成。为满足磁场均匀度的要求，在极片上粘贴着许多补偿用的小磁片，使主磁体边缘的磁力线集中。主磁体的体积、重量将增大，成本亦相应增高。永磁体产生的静磁场方向为垂直方向。第43页/共153页第四十三页，编辑于星期六：九点 八分。永磁磁体第44页/共153页第四十四页，编辑于星期六：九点 八分。第45页/共153页第四十五页，编辑于星期六：九点 八分。永磁磁体第46页/共153页第四十六页，编辑于

21、星期六：九点 八分。常导型它属于电磁体。用铜线绕成空心线圈并加大电流使其产生磁场，消耗功率高达80kW，线圈电流约为200A。产生的热量需要用水循环进行冷却。线圈电源的质量直接影响磁场的稳定（图像质量）。常导型磁体的特点是结构简单，造价低，但运行费用高。目前，常导型MRI设备正逐步被淘汰?第47页/共153页第四十七页，编辑于星期六：九点 八分。常导电磁体Panorama 0.23T第48页/共153页第四十八页，编辑于星期六：九点 八分。超导磁体利用超导材料在低温条件下（约-270）零电阻特性（施加很小的电压可得到非常大的电流7000A）制成。超导导线为采用铌-钛合金敷铜而成的超导细丝。超导

22、磁场强度高，但需要将线圈放入液氦中进行低温处理来形成超导环境，需要一套复杂的低温保障系统，超导磁体的价格昂贵，运行费用高。 第49页/共153页第四十九页，编辑于星期六：九点 八分。超导磁体第50页/共153页第五十页，编辑于星期六：九点 八分。超导磁体第51页/共153页第五十一页，编辑于星期六：九点 八分。性能指标 磁场强度磁场均匀度磁场的稳定性主磁体的有效范围 第52页/共153页第五十二页，编辑于星期六：九点 八分。磁场强度磁场强度是指MRI设备的静磁场强度。 静磁场强度可分为低磁场强度和高磁场强度。 0.3T以下的称为低磁场强度，主要应用于永磁型MRI设备。 1.0T以上的称为高磁场

23、强度，主要应用于超导型MRI设备。 第53页/共153页第五十三页，编辑于星期六：九点 八分。磁场强度对图像质量影响为： 对信噪比的影响。磁场强度增高，信号强度增高，信噪比提高。信噪比与磁场强度呈非线性关系，增高磁场强度来提高信噪比是有限度的。 对对比度的影响。因磁场强度增高，T1变长，必须加长TR，才能获得高对比度的T1加权图像，这将导致扫描时间的延长。 对运动伪影和化学伪影的影响。因磁场强度增高，共振频率变高，自旋加快，同样运动的相位漂移变大，使运动伪影和化学伪影增多。 第54页/共153页第五十四页，编辑于星期六：九点 八分。磁场均匀度 磁场均匀度用磁场不均匀度（ppm，百万分之一）衡量

24、。磁场不均匀度越小，磁场均匀度越好。磁场不均匀度的数学定义为： 磁场不均匀度（ppm） 式中：ppm为某一个限定的空间范围；B0为主磁场中心磁感应强度（Gs）；B0为磁感应强度最大值与最小值的差（Gs）。600601010BBBBBminmax第55页/共153页第五十五页，编辑于星期六：九点 八分。 磁场均匀度与主磁场的大小有关。相同的ppm在不同的B0下，代表的偏差是不一样的。 例如，同样是5ppm，在1.5T的MRI设备中，磁场均匀度的偏差为51.5106T（0.0075mT），而在0.3T的MRI设备中，磁场均匀度的偏差为50.3106T（0.0015mT）。 磁场均匀度与测量空间的大

25、小有关。测量空间一般为椭球体，300mm350mm或350mm400mm。测量空间越大，磁场均匀度越差。同样，磁场均匀度测量范围越小，磁场均匀度越好。 第56页/共153页第五十六页，编辑于星期六：九点 八分。磁场方向对信噪比的影响第57页/共153页第五十七页，编辑于星期六：九点 八分。磁场的稳定性 它是保证MR图像的一致性和可重复性的重要指标。 永磁体自身的衰减很少。受主磁体周围铁磁性物质、环境温度的影响，静磁场的磁场强度会发生变化（磁场漂移）。在12小时之内，一般要求磁场漂移小于5ppm。在18小时之内，磁场漂移小于10ppm。 第58页/共153页第五十八页，编辑于星期六：九点 八分。

26、主磁体的有效范围静磁场强度与主磁体的有效范围密切相关。主磁体的有效范围是指上、下磁极的直径和上、下磁极间的有效距离，即X轴、Y轴、Z轴三方向可容纳病人的最大尺寸。增加主磁体的有效范围比提高磁场强度更难。第59页/共153页第五十九页，编辑于星期六：九点 八分。永磁体 在早期永磁材料没解决时，永磁体相当笨重。如磁场强度为0.3T、由斜硅钙石材料制成的主磁体重达100吨。目前用Nd-Fe-B制成0.3T的主磁体，重量已下降到10吨以下。永磁材料的改进，加工精度，边缘效应的特殊处理，提高了永磁体的磁场均匀度。恒温控制技术的提高和绝热材料的采用，克服了永磁材料温度系数大的缺点，对扫描室室内温度的要求变

27、得较宽（244）。第60页/共153页第六十页，编辑于星期六：九点 八分。永磁材料及主磁体结构永磁材料为高磁能积的稀土元素合金Nd-Fe-B，其磁能积为普通磁铁的11倍。主磁体采用双柱非对称结构，开放空间大，前方220，后方70。 第61页/共153页第六十一页，编辑于星期六：九点 八分。几种典型永磁材料的特性比较剩余磁剩余磁化化强度强度（GsGs）矫顽力矫顽力磁能积磁能积温度系数温度系数（%/%/）比重比重g/cmg/cm3 3钕铁硼钕铁硼12500125008000800014000140002525757510106 6-0.12-0.127.47.4钐钐- -钴钴稀土稀土1120011

28、20069006900313110106 6-0.03-0.038.48.4铁氧体铁氧体440044003000300046004600-0.18-0.185.05.0铝镍钴铝镍钴1200120070007000-0.02-0.020.020.027.37.3第62页/共153页第六十二页，编辑于星期六：九点 八分。永磁体Fe3O4第63页/共153页第六十三页，编辑于星期六：九点 八分。高斯图 第64页/共153页第六十四页，编辑于星期六：九点 八分。开放式主磁体优点可以解除病人在扫描时所产生的恐惧感和压抑感，增加病人舒适感。由于前后开放空间很大，便于把MRI设备技术用于介入治疗。 第65页

29、/共153页第六十五页，编辑于星期六：九点 八分。磁场强度分布 永磁体的上、下磁极和支撑柱均为导磁率极高的金属，并且形成磁路。上、下磁极间的空间为空气隙（即扫描孔）。空气隙中存在磁场能量。在不考虑边缘通量的情况下，空气隙中的能量可表示为： Bmaxv=B2/u0V 式中：Bmax为主磁体材料的最大磁能积；v为主磁体材料的体积；B为磁场强度；u0为真空中主磁体的导磁率；V为磁场的容积。 主磁体磁场均匀度越差，几何变形越大. 第66页/共153页第六十六页，编辑于星期六：九点 八分。均匀度完全破坏均匀度完全破坏磁场均匀度下降磁场均匀度下降磁体周边冷却磁体周边冷却B0正常状况下正常状况下第67页/共

30、153页第六十七页，编辑于星期六：九点 八分。预加热器 由于MRI设备运输、安装或长期停电等原因造成主磁体温度降低时，必须迅速将主磁体温度加热到32.5。如使用恒温控制器将主磁体温度加热到32.5，则所需时间太长。 为缩短加热时间，在主磁体左右两个支柱上设置了两个1500W（或4个500W）的预加热器，总功率为3000W（或2000W）。 预加热器可使主磁体温度上升率达到1/h。可使主磁体温度很快达到预置温度（29）。从29到32.5必须用恒温控制器缓慢加热，以使主磁体温度均匀。 第68页/共153页第六十八页，编辑于星期六：九点 八分。预加热器电路第69页/共153页第六十九页，编辑于星期六

31、：九点 八分。恒温控制器 恒温控制器直流电加热片分为两部分： 支架的基座脚加热-安装在铝制绝缘罩上，铝罩本身与基座脚固定在一起，不接触部分用绝热材料粘住，以防向周围散热。 主磁体上下基座和磁极周围加热-确保整个主磁体均匀加热到32.5，并使主磁体温度稳定在32.5左右。 要使整个磁场强度达到稳定值，主磁体恒温加热至少在60小时以上，才能消除因温度变化而引起的磁场波动。第70页/共153页第七十页，编辑于星期六：九点 八分。恒温控制器框图第71页/共153页第七十一页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场 梯度磁场是MRI设备特有的组成部分，其硬件控制部分位于MRI设备控制柜中。 梯度磁场的硬件部

32、分由梯度控制器、D/A转换器、梯度放大器和梯度线圈构成。 MRI设备扫描数据的空间定位，是由X方向、Y方向、Z方向三个互相正交的梯度磁场完成的。 第72页/共153页第七十二页，编辑于星期六：九点 八分。第73页/共153页第七十三页，编辑于星期六：九点 八分。MRI控制柜第74页/共153页第七十四页，编辑于星期六：九点 八分。MRI控制柜第75页/共153页第七十五页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场工作原理 由中央处理单元中的时序控制器（pulse sequence control，PSC）给出18位串行信号，经梯度控制器进行D/A转换、涡流补偿、阻抗匹配送出3组直流信号加到X向、Y向

33、、Z向三个独立的放大器上，经增益放大后直接输送到对应的X向、Y向、Z向三个梯度线圈上。 第76页/共153页第七十六页，编辑于星期六：九点 八分。梯度场B0B0超导磁体系统第77页/共153页第七十七页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场的电路方框图 第78页/共153页第七十八页，编辑于星期六：九点 八分。梯度线圈第79页/共153页第七十九页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场的电源 第80页/共153页第八十页，编辑于星期六：九点 八分。 GCCTL电路的构成方框图 第81页/共153页第八十一页，编辑于星期六：九点 八分。梯度放大器 梯度放大器电路板安装在控制柜中。 梯度放大器是功率放

34、大器，要求输出功率大、开关时间短、响应快、输出电流精确。 大功率的输出要求：输出电流大（决定梯度磁场强度）、输出电压高（决定梯度磁场切换率）。 为了使3个梯度线圈的工作互不影响，配备了3个独立的梯度放大器，在CCC的控制下，分别独立工作，输出所需的电流。 第82页/共153页第八十二页，编辑于星期六：九点 八分。梯度子系统的结构第83页/共153页第八十三页，编辑于星期六：九点 八分。梯度功率放大器第84页/共153页第八十四页，编辑于星期六：九点 八分。梯度线圈 Z轴梯度线圈 ：永磁型MRI设备的主磁场方向为垂直方向，Z向分上、下两个方向。 X轴、Y轴梯度线圈 ：X轴、Y轴两个梯度线圈结构完

35、全相同。 各线圈分为上、下两部分。 sN第85页/共153页第八十五页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场第86页/共153页第八十六页，编辑于星期六：九点 八分。梯度线圈第87页/共153页第八十七页，编辑于星期六：九点 八分。Z轴梯度线圈与磁场 第88页/共153页第八十八页，编辑于星期六：九点 八分。X轴、Y轴梯度线圈与磁场第89页/共153页第八十九页，编辑于星期六：九点 八分。发射线圈与接收线圈 与超导MRI设备不同，永磁型MRI设备的发射线圈与接收线圈是完全不同的两套系统。 第90页/共153页第九十页，编辑于星期六：九点 八分。发射线圈第91页/共153页第九十一页，编辑于星期六

36、：九点 八分。发射线圈电路第92页/共153页第九十二页，编辑于星期六：九点 八分。发射线圈 发射线圈的等效电路是LC串联谐振电路。Cr、Cm分别为谐振电容和阻抗匹配电容；C为隔直电容；D为去耦二极管。二极管D的导通与截止是由偏置信号（15V、1500mA）控制的。第93页/共153页第九十三页，编辑于星期六：九点 八分。发射线圈RF发射时，二极管D导通；在接收MRI设备信号时，二极管D截止。线圈产生RF磁场的效率和均匀性，有4组发射线圈，两两正交形成正交线圈，每组发射线圈的功率为1.25kW。4组发射线圈分别安装在上、下磁极的下方紧靠梯度线圈处。第94页/共153页第九十四页，编辑于星期六：

37、九点 八分。发射线圈第95页/共153页第九十五页，编辑于星期六：九点 八分。正交发射线圈的结构示意图 第96页/共153页第九十六页，编辑于星期六：九点 八分。发射线圈第97页/共153页第九十七页，编辑于星期六：九点 八分。接收线圈 在永磁型MRI设备中，接收线圈根据扫描部位的不同而设计成三种类型 种类种类接收线圈名称接收线圈名称扫描部位扫描部位螺旋管型螺旋管型正交型正交型相控型相控型颈部颈部/ /关节关节/ /颞合关节颞合关节/ /体部体部/ /头部头部/ /体部体部/ /膝关膝关节节/ /头部头部/ /颈部颈部/ /体部体部/ /胸胸腰部腰部膝、肩、腕膝、肩、腕头、腹、膝头、腹、膝头、

38、颈、体头、颈、体第98页/共153页第九十八页，编辑于星期六：九点 八分。 各种型号接收线圈第99页/共153页第九十九页，编辑于星期六：九点 八分。第100页/共153页第一百页，编辑于星期六：九点 八分。前置放大器与相敏检波器 前置放大器 它安装在扫描床上，目的是让接收线圈和前置放大器之间的电缆最短，以使MRI设备信号的损失最小。 相敏检波器 将交流信号变为脉动的直流信号，且其直流输出信号幅值与交流信号的幅值成正比，由非线性元件组成的。相敏检波电路是一种特殊的检波电路，它输出的直流信号既能反映输入交流信号的幅值，又能反映它同参考电压之间的相位差。 第101页/共153页第一百零一页，编辑于

39、星期六：九点 八分。MRI流程控制单元 RF脉冲发射/接收装置RF脉冲电源放大器梯度磁场供电电源及梯度控制、梯度放大器，恒温度控制器电源分配器第102页/共153页第一百零二页，编辑于星期六：九点 八分。射频脉冲发射装置与接收装置 接收电路（RECEIVE1、RECEIVE2）、 发射电路（transmitting circuit， TRANS）、 合成电路（synthesize circuit，SYNTHE）、 线圈控制电路（coil control circuit，COIL CNT）、 控制电路等， 第103页/共153页第一百零三页，编辑于星期六：九点 八分。发射电路 产生RF磁场所需的

40、RF信号和本振信号供接收电路接收 电路改进使安装时的调整工作简化： 发射信号的强度由程序控制，省略了手动增益调整旋钮； 自动增益控制，无需在安装时进行增益调整； 设有sinc函数的A/D转换模块，可进行模/数转换，不需偏置和补偿调整。第104页/共153页第一百零四页，编辑于星期六：九点 八分。接收电路 是将接收线圈接收的RF信号放大，并实现混频和A/D转换。 接收电路利用21.6MHz和8MHZ的本振频率将来自前置放大器的12.7MHz信号转换为0.36MHz的信号。 根据病人检查区域的大小和序列的不同要有不同的增益。在输入阶段，接收电路为接收回路提供一个电子开关，以便为正交（QD）线圈提供

41、一个相移适配器和接收信号线，相移适配器也受程序控制。0.36MHz的信号又转换为0.14MHz，送到ADC电路 。 第105页/共153页第一百零五页，编辑于星期六：九点 八分。接收信号方框图 第106页/共153页第一百零六页，编辑于星期六：九点 八分。 通过下列技术改进，可使所采用的QD线圈正交检测的相位偏移所引起的伪影和环境所致的噪声大幅减少。 信号的检测由图像处理器实现； 信号的滤波也由图像处理器实现； 信号的频率从0360kHZ连续变化。第107页/共153页第一百零七页，编辑于星期六：九点 八分。合成电路中央控制台的PSC接口板、时钟发生器、DDS和系统状态显示、显示电路等构成。第

42、108页/共153页第一百零八页，编辑于星期六：九点 八分。 中央控制台的PSC接口板送出下列信号： 到接收电路的接收增益、鞍形线圈衰减、正交线圈的通断控制单一信号还是正交合成信号）。 到发射电路的发射电平、选择信号或是本振信号的通断。 到合成电路发射与接收的相位控制、门控的幅度控制信号。 到线圈控制调谐电压，发射和接收线圈的偏置电流。 合成电路能输出几百kHZ几MHZ的信号。第109页/共153页第一百零九页，编辑于星期六：九点 八分。线圈控制电路 为发射线圈、接收线圈和去耦合电路提供偏置电流，为前置放大器提供电源。 线圈控制电路共有六个偏置电流通道，其中有两个用于接收线圈，四个用于发射线圈

43、。提供偏置电流0.11.5A。 给前置放大器的电源为直流8V。第110页/共153页第一百一十页，编辑于星期六：九点 八分。控制电路板 第111页/共153页第一百一十一页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场电源 去涡流电路、初级电源、直流功率放大器（direct current amplifier，DCAMP） 第112页/共153页第一百一十二页，编辑于星期六：九点 八分。初级电源 DCAMP：288V、13A的直流电源。 6个48V 600W 3.6kW的直流电源串联，为X轴、Y轴、Z轴的三个DCAMP供电。 第113页/共153页第一百一十三页，编辑于星期六：九点 八分。梯度磁场控制

44、从中央控制台的PSC发射的数字信号控制DCAMP进而驱动梯度线圈 。第114页/共153页第一百一十四页，编辑于星期六：九点 八分。恒温控制器 恒温控制器的作用是保持主磁体的温度稳定在32.5。其控制精度为0.01。 为了增强恒温在上、下主磁体中，基座各有热敏电阻检测主磁体的温度进行温度控制。第115页/共153页第一百一十五页，编辑于星期六：九点 八分。错误处理器 监视各电路的运行情况，出错的情况下将错误信息送到中央控制台，显示其错误代码 。第116页/共153页第一百一十六页，编辑于星期六：九点 八分。线圈序号识别器 线圈序号识别器板（COIL CM PCB）识别显示放置在扫描床上与前置放

45、大器相连的线圈序号，并以串行方式将其送到中央控制系统。 第117页/共153页第一百一十七页，编辑于星期六：九点 八分。第六节 中央控制系统 中央控制系统主要构成： 操作控制器(operation control unit，OPC) 图像处理器(image processing unit，IPU) 键盘上设有：扫描START键、ABORT键、PAUSE键以及通话键。 第118页/共153页第一百一十八页，编辑于星期六：九点 八分。中央处理流程 （1）激活UNIX操作系统：激活硬盘中的UNIX操作系统（operate system，OS）。 （2）下载RTCONT PCB操作系统：它控制前端部件

46、。 （3）下载各种处理程序：并送到各电路板。 （4）送各个操作PCB板：操作PCB板。 （5）送到MRI设备MBUF PCB中：相位时序控制板（PSC PCB）控制梯度磁场电源、RF发射装置与接收装置以及测量数据的存储缓冲板中。 （6）图像重建：重建后的图像送到工作站。 （7）存储、显示：第119页/共153页第一百一十九页，编辑于星期六：九点 八分。中央处理流程框图第120页/共153页第一百二十页，编辑于星期六：九点 八分。电源 （1）开机 （2）关机（3）不间断电源(UPS) 第121页/共153页第一百二十一页，编辑于星期六：九点 八分。工作站 1工作站电路板 此板由SUN微机系统的U

47、LTRA SPARC PCB构成，应用UNIX OS操作系统。 2图像电路板 分辨力为12801024像素。 3总线转换电路板 转换PCB做总线控制器，它执行管理数据传输、请求和处理总线送来的不同工作的中断申请。 4DICOM接口 。 5监视器 。第122页/共153页第一百二十二页，编辑于星期六：九点 八分。激光相机接口 数字化PCB作为激光相机接口，接收经VME总线送来的图像数据，并用两根电缆与前端PCB相连。一根是数据线，一根是控制线。3M型数字接口为标准配置。如配备DICOM接口，100Mbps以太网用做DICOM接口，直接与激光相机联接。第123页/共153页第一百二十三页，编辑于星

48、期六：九点 八分。子CPU系统 1RTCONT PCB控制 它控制着整个前端部件。 2信号通讯 （1）与扫描床的通讯 （2）MR监视器的工作状态 （3）键盘上的监视器开关 （4）键盘和鼠标信息 （5）视频信号 第124页/共153页第一百二十四页，编辑于星期六：九点 八分。RTCONT PCB控制第125页/共153页第一百二十五页，编辑于星期六：九点 八分。ECG监视器 ECG波形、脉搏波形和呼吸波形由各自的探测器取出，送至生物测量模块（physiologic measurement module，PMM）。 PMM将每一波形数字化并提取触发信号。触发信号对RF发射装置和接收装置的同步控制。

49、第126页/共153页第一百二十六页，编辑于星期六：九点 八分。第127页/共153页第一百二十七页，编辑于星期六：九点 八分。心电门控监控结构图 第128页/共153页第一百二十八页，编辑于星期六：九点 八分。前端部分 由三块电路板构成 ：MRRCN PCBMRMBUF PCBMRDM PCB第129页/共153页第一百二十九页，编辑于星期六：九点 八分。前端部分框图第130页/共153页第一百三十页，编辑于星期六：九点 八分。DPS 它包括DPS核、2M的内存。内存为1M2构架和10个通道的直接存储器（direct memory access，DMA），有快速处理能力，在快速傅立叶变换中可

50、立即得出数值和系数。 第131页/共153页第一百三十一页，编辑于星期六：九点 八分。MRPSC PCB是控制梯度磁场电源分配、RF发射装置与接收装置，根据不同序列测量数据。测量序列的激活和停止由RTCONT PCB送来的命令控制。在ECG门控信号的触发下，MRPSC实现其测量功能，并对心电ECG波形，脉搏波形和呼吸波形进行A/D转换，并经过VME总线送至RTCONT PCB。第132页/共153页第一百三十二页，编辑于星期六：九点 八分。MRPSC PCB框图第133页/共153页第一百三十三页，编辑于星期六：九点 八分。图像处理软件的总体流程 软件结构 ： 前端部分负责测量和图像重建以及对

51、OS-9进行实时控制。 后端部分负责图形使用界面（graphical user interface，GUI），各种后处理。后处理包括图像数据和测量参数的设定。 运行方式为Unix OS。实现多用途、多功能，软件组成了客户服务模式。 第134页/共153页第一百三十四页，编辑于星期六：九点 八分。系统初始化程序的流程 第135页/共153页第一百三十五页，编辑于星期六：九点 八分。程序流程 （1）设置测量参数：病人数据、扫描计划的变更设置。 （2）预扫描：中心频率搜索、T1值测量、调谐值测量、校正扫描和接收增益测量。 （3）扫描：按设定的PSC，检测采样MR信号，傅立叶变换，送到重建单元RECON存储器中。 （4）图像重建：前端部分将存放在RECON存储器中的测量数据读出，用DSP傅立叶变换进行图像重建，将图