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文档简介

1、MR检查技术,MRI检查技术,一.常用脉冲序列及其应用 二. 成像参数的选择 三. 流动现象的补偿技术 四. 伪影的补偿技术 五. MR对比剂的应用 六. MR检查的安全要求 七. 人体各解剖部位MR检查 技术,八. MR检查技术的特殊临床应用 MRA的临床应用 心脏MR检查 MR水成像技术及其临床应用 MRS及其临床应用 FMRI SWI技术及临床应用 九. 3.0T检查技术简介,补充内容:MR成像设备及成像原理,磁共振成像设备及原理,磁共振概述及发展史 硬件系统基本知识 磁共振成像物理基础,共 振 ?-自然界普遍现象,条件 频率一致 实质 能量传递,能量从一个震动着的物体传递到另一个物体,

2、而后者以前者相同的频率震动。,核磁共振(NMR)概念,简称磁共振 MR- Magnetic Resonance 是物质原子核磁矩在外磁场的作用下能级发生分裂,并在外加射频磁场的能量作用下产生的能级跃迁的核物理现象。 广泛应用于许多领域 (液体、固体、磁共振成像)。,磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging MRI),概念:简称磁共振电子计算机断层扫描术,是利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经图像重建的一种影像技术。,核磁共振发展史,1946年:Bloch与Purcell发现核磁共振现象 1973年: Lauterbur发表了两个充水试管NMR图像 1974年: L

3、auterbur等获得活鼠的NMR图像 1978年:Mallard等获得了第一幅人体头、胸和腹部NMR图像。 1980年:MRI装备商品化,硬件系统基本知识,医用磁共振成像仪通常由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统及其他辅助设备等五部分构成。,主磁体分类,永磁型 电磁型(常导型、超导型)。,永磁型:由多个稀土永磁材料拼接而成,场强低小于0.5T,均匀度及稳定性较差。多见于低场强开放式MRI仪,磁力线沿上下方向分布与受检者的身体长轴垂直。,电磁型:由导线绕成的线圈和磁介质构成。根据导线材料不同分为常导磁体和超导磁体。前者采用普通材料(如铜)等,耗能大,已被永磁型和超导磁体取代。后者采用超导材

4、料制成,呈圆筒形,磁力线沿水平方向分布与受检者的身体长轴平行。场强高1.0T以上,均匀度及稳定性较高。,主磁体主要性能指标,磁场强度、磁场均匀度、稳定性及主磁体的长度和有效检查孔径。 磁场强度:采用高斯(Gauss G)或特斯拉(Tesla T)来表示。1T=10000G。 低场机:0.5T以下;中场机:0.5-1.0T; 高场机:1.0-2.0T;超高场机:大于2.0T。,磁场均匀度:是指在一定的容积范围内磁场强度的均一性即单位面积内通过的磁力线数目的一致性。通常以主磁场强度的百万分之几(ppm)数值作为磁场强度偏离的单位。ppm越小代表磁场均匀性越好。 匀场技术:无源匀场和有源匀场。,磁体

5、稳定性:指主磁场强度及其均匀度的变化,也称之为磁场漂移。分为热稳定性和时间稳定性。 主磁体的长度和有效检查孔径:长度一般为140-175CM,永磁型孔径大约40CM,高场机大约为60CM。西门子最新推出长度为125CM孔径为70CM。,梯度系统,结构:梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控制器、梯度冷却装置等。 作用:产生线性变化的梯度磁场;空间定位编码;产生MR回波;施加扩散敏感梯度场;流动液体的流速相位编码等。,梯度系统主要性能指标,包括梯度磁场、梯度切换率、梯度线性。 梯度磁场:指单位长度内磁场强度的差 别,用MT/M来表示。 梯度切换率:指单位时间及单位长度内的梯度磁场强度变化量。用

6、MT/M.MS来表示。 爬升时间:线圈通电后梯度磁场达到最大强度所需时间。,射频系统,结构:射频发生器、射频放大器、射频线圈等。 射频线圈作用和分类:发射射频脉冲和接收信号作用。分为发射线圈和接收线圈。 相控阵线圈:由多个子线圈单元构成,同时需有多个数据采集通道与之相匹配。一般都在8个以上(16、32)。目前主要有两种:密集型相控阵线圈和全景一体化线圈。,计算机系统及其他辅助设备,计算机系统与磁共振控制系统(谱仪系统) 计算机系统控制着射频脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。 谱仪系统:扫描控制系统SCP、触发和定位控制系统TRF、序列相关调控系统SRF、发射射频控制器IRF、数值滤

7、波器DRF、采样处理子系统APS、重建处理器Reflex AP等。,计算机系统及其他辅助设备,其他辅助设备:检查床及定位系统、液氦及水冷却系统、空调、图像传输存储及胶片处理系统、生理监控仪器等。,磁共振物理现象基本原理,原子结构,原子由原子核和电子构成;原子核由质子和中子构成。,原子核有哪些特性?,带电(正电) 自旋 ( Spin ) :绕着自身的轴旋转,与 质子和中子的复杂运动有关 产生的磁场称为核磁,由磁矩(磁化矢量)来表示,是一种矢量既有大小又有方向,原子核自旋产生核磁,地磁、磁铁、核磁示意图,质子为偶数,中子为偶数,质子为奇数,中子为奇数 质子为奇数,中子为偶数 质子为偶数,中子为奇数

8、,产生核磁,不产生核磁,所有的原子核都可产生核磁吗?,原子核具备磁性的条件,含奇数质子或中子;或者说质子和中子不成对的原子核,如1H(氢)、 13C (碳)、31P(磷)、 19F(氟)等。,MRI使用和研究最多为氢原子,原因:,氢质子的平时状态,人体内氢质子群的各个质子以任意方向自旋,各个方向的磁矩互相抵消,整个人体不显磁性。,人体进入主磁体发生了什么?,两种状态: 1、能量分裂(玻尔兹曼分布):氢原子核重新排列。,2、进动或旋进(类似陀螺运动) 质子在沿自身轴旋转同时又绕着主磁场作圆周运动。具有一定的频率和角速度 。磁化矢量方向并非绝对平行于主磁场方向。,进动,净磁化矢量,磁场与磁化矢量的

9、关系,进入主磁场后人体被磁化了,产生纵向宏观磁化矢量 不同的组织由于氢质子含量的不同,宏观磁化矢量也不同 磁共振不能检测出纵向磁化矢量,?,如何才能产生横向宏观磁化矢量?,施加射频脉冲(无线电波):激发人体内的氢质子使低能的质子获能进入高能状态发生共振现象。这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同。,射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发生偏转 射频脉冲的强度和持续时间决定射频脉冲激发后的效应,低能量,中等能量,高能量,90射频脉冲,90度脉冲激发使质子发生共振,产生最大的旋转横向磁化矢量,这种旋转的横向磁化矢量切割接收线圈,MR仪可以检测到信号。,无线电波激发后,人体内宏观磁场偏转了90度

10、,MRI可以检测到人体发出的信号 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大,90度脉冲后磁化矢量偏转,产生的旋转的宏观横向矢量越大,MR信号强度越高。 此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织,要点,检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别,对于临床诊断来说是远远不够的。 我们总是在90度脉冲关闭后过一定时间才进行MR信号采集。,问题?,无线电波激发使磁场偏转90度,关闭无线电波后,磁场又慢慢回到平衡状态(纵向),射频线圈关闭后发生了什么?,Relaxation,弛豫,放松、休息,射频脉冲停止后,在主磁场的作用下,横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零,纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态,这个过程称为核磁弛豫

11、。 核磁弛豫又可分解为两个部分: 横向弛豫 纵向弛豫,横向弛豫,也称为T2弛豫,简单地说,T2弛豫就是横向磁化矢量减少的过程。 原因:质子群失相位 质子周围磁环境随机波动 主磁场不均匀,用T2时间或T2值来描述组织T2弛豫的快慢,T2时间或T2值:横向磁化矢量衰减到其原来值37时所需要的时间。,不同的组织横向弛豫速度不同(T2值不同),纵向弛豫,也称为T1弛豫,是指90度脉冲关闭后,在主磁场的作用下,纵向磁化矢量开始恢复,直至恢复到平衡状态的过程。 原因:高能的质子释放能量 用T1时间或T1值来描述组织T2弛豫的快慢,不同组织有不同的T1弛豫时间,T1时间或T1值:纵向磁化矢量恢复到其原来值6

12、3时所需要的时间。,人体各种组织的T2弛豫要比T1弛豫快得多,T1T2,T1、 T2值的意义,各种组织的固有特性 利用这种特性进行图像加权成像 T1加权成像(T1WI)、T2加权成像(T2WI)、质子密度加权成像(PDWI),磁共振“加权成像”,T1WI,T2WI,PD,所谓的加权就是“重点突出”的意思 T1加权成像(T1WI)-突出组织T1弛豫(纵向弛豫)差别 T2加权成像(T2WI)-突出组织T2弛豫(横向弛豫)差别 质子密度加权成像(PD)突出组织氢质子含量差别,何为加权?,加权成像由一系列的脉冲序列来调控,射频脉冲,常用脉冲序列及其应用,第一节,脉冲序列的概念 在磁共振成像过程中采用组

13、合式的多个脉冲先后依次进行激发,这种脉冲组合称为脉冲序列。,何为脉冲序列?,脉冲序列的作用,控制着系统施加射频脉冲、梯度和数据采集的方式, 决定图像的加权、图像质量以及对病变显示的敏感性。,脉冲序列的结构,射频脉冲 层面选择梯度场 相位编码梯度场 频率编码梯度场(读出梯度场) 信号。,FID,回波,SE脉冲序列图,重复时间( Repetition time TR):各次重复射频脉冲之间的时间间隔。 TR控制着纵向弛豫恢复的程度,决定图像的T1加权程度(T1对比),短TR能突出组织间的T1对比。,脉冲序列常用参数,脉冲序列常用参数,2. 回波时间( echo time TE):指从第一个RF脉冲

14、到回波信号产生所需要的时间。 TE控制着横向弛豫衰减的程度,决定图像的T2加权程度(T2对比),长TE能突出组织间的T2对比。,脉冲序列常用参数,3反转时间( time of inversion TI):是指反转恢复脉冲序列中180反转脉冲与90激励脉冲之间的时间间隔。 4翻转角:在RF脉冲的激励下,宏观磁化强度矢量偏离的角度称为翻转角。常用的翻转角有90和180两种。在快速成像序列中,采用小角度激励技术,其翻转角小于90。,脉冲序列常用参数,5. 信号激励次数(NEX): 又指每次相位编码时收集信号的次数。信号采集次数取的越大,所需扫描时间就越长。,脉冲序列的种类,脉冲序列的种类:种类很多,

15、临床常用的有三种:自旋回波(SE)脉冲序列;反转恢复(IR)脉冲序列;梯度回波(GRE)脉冲序列。 各厂家命名不同,脉冲序列名称对照,通用电气 飞利浦 西门子 自旋回波 SE spin echo spin echo 快速自旋回波 FSE TSE TSE 梯度回波 GRE GRE GRE 相干梯度回波 GRASS T2FFE FISP 扰相梯度回波 SPGR T1FFE FLASH MPGR,一、自旋回波(SE)脉冲序列,类型 :标准单回波脉冲序列(常规SE脉冲序列);标准双回波和多回波脉冲序列;快速自旋回波(FSE)脉冲序列;多层面SE(MSE)脉冲序列等。 常用:常规SE脉冲序列快速自旋回波

16、(FSE)脉冲序列。,1、常规SE脉冲序列,序列过程:90RF激励脉冲180复相 位脉冲产生自旋回波信号。 重复时间(TR): 从90脉冲开始至下一次90脉冲的时间间隔。 回波时间( TE):从90脉冲开始至获取回波的时间间隔。,180复相位脉冲作用,背景:90脉冲后自由感应衰减(FID) 消除了主磁场不均匀引起的失相位 使失相的质子相位重聚 产生自旋回波,参数与图像加权关系,短TR短TE决定T1WI (TR2000ms; TE80 ms),长TR短TE决定PDWI,( TR2000ms;TE30ms),常规SE脉冲序列优缺点,优点: 图像质量高;用途广;可获得对显示病变敏感的真正T2WI。

17、缺点:扫描时间相对较长。 (扫描时间=TR相位编码次数激励次数(NEX),常规SE脉冲序列应用价值,临床用途最广泛的标准成像序列,适用于绝大多数MRI检查。 T1WI具有较高的信噪比(signal to noise ratio SNR),适于显示解剖结构,也是增强检查的常规序列。 T2WI易于显示水肿和液体,有利于显示病变; PDWI常可较好地显示出血管结构,T1WI,T2WI,2、快速自旋回波(FSE)脉冲序列,序列过程: 90RF激励脉冲180复相位脉冲产生自旋回波信号180复相位脉冲产生自旋回波信号n个。在一个TR期间内,由多次180脉冲组成回波链(echo train),180脉冲次数

18、称为回波链长度(echo train length; ETL)或快速系数(turbo factor)。,FSE序列的分类,根据回波链的长短及临床应用情况分为四种:FSET1WI序列(5);短ETL的FSE序列(5-10);中等ETL的FSE序列(10-20);长ETL的FSET2WI序列(20-64)。,优点:扫描时间显著缩短(扫描时间=TR相位编码次数NEX/ETL);T2信号成分增加,易于显示病变。 缺点:流动和运动伪影增加;在T2WI上脂肪信号高难与水肿鉴别;ETL大时信号成份复杂,图像模糊;磁敏感效应降低对出血不敏感。 与SE 区别主要是T2加权脂肪信号高。,FSE脉冲序列优缺点,FS

19、E的衍生序列,快速恢复快速自旋回波序列(FRFSE) 单次激发RARE序列(SSFSE) 半傅里叶采集单次激发RARE序列(HASTE),二、反转恢复( IR )脉冲序列,分类: 标准反转恢复序列(IR) 快速反转恢复序列(FIR、TIR) 单次激发快速反转恢复序列 多反转预脉冲序列 主要是IR和FIR(TIR),1、标准反转恢复( IR )脉冲序列,序列过程: 180反转脉冲 90RF激励脉冲180复相位脉冲产生自旋回波信号。 由于取得的是SE回波又称为反转恢复自旋回波(IRSE)序列。,重复时间(TR) :从180反转脉冲开始至 下一次180反转脉冲的时间间隔。 回波时间( TE):从90

20、激励脉冲开始至获取回波的时间间隔。 反转时间(TI):从180反转脉冲开始至90脉冲开始的时间间隔。,临床应用,选择不同的反转时间(TI): 主要用于获取重T1WI(T1-FLAIR),以取得良好的T1对比。一般选择中等长度TI(400-800ms)、长TR短TE。 短TI反转恢复脉冲序列(STIR)。 液体衰减反转恢复脉冲序列(FLAIR)。,STIR脉冲序列,原理:是选择特殊的TI值,恰好使脂肪质子的纵向磁化恢复到-1至+1之中点,即0点时施加90脉冲,因此在90脉冲后脂肪质子无横向磁化而无信号产生。 用途:在T1WI中抑制脂肪的短T1高信号,即脂肪抑制。,FLAIR脉冲序列,其原理与脂肪

21、抑制(STIR)类似, 只是选取TI不同,脂肪的TI短,而水的TI长。 表现为自由水被抑制呈低信号,而结合水不被抑制仍为高信号。 FLAIR用于T2WI和PDWI中抑制脑脊液的高信号,使与脑脊液相邻的长T2病变显示得更清楚。,Case 3 患者男性,59岁。T1 FLAIR示高信号病变,T2以及T2 FLAIR显示病变范围增大,说明病变周围脑实质水肿明显。诊断:亚急性出血,Clinical application of Pulse Sequence,IR的应用价值,优点是组织的T1对比效果较好,且信噪比较高;缺点是扫描时间较长。 临床上并不广泛应用 可用作STIR和FLAIR,由于扫描时间长已

22、被快速反转恢复序列取代。,2、快速反转恢复序列(FIR),又称为TIR序列或反转恢复快速自旋回波序列(IR-FSE或IR-TSE) 特点:成像速度加快;与IR相比T1对比减低;选用不同TI可选择性抑制不同T1值组织的信号。 用途: STIR FIR序列; T2-FLAIR序列; FIR-T1WI。,梯度回波(gradient echo GRE)序列又称为场回波(field echo FE)序列。 分类:常规GRE序列;稳态GRE脉冲序列(相干GRE脉冲序列;扰相GRE脉冲序列);快速GRE成像序列等;,三、梯度回波( GRE )脉冲序列,1、常规GRE序列,序列结构:一般由一次90的小角度RF

23、激励脉冲和读出梯度的反转构成。 读出梯度的反转用于克服梯度场带来的去相位,使质子相位重聚产生回波。,常规GRE序列,重复时间(TR):两次RF激励脉冲之间的时间间隔。 回波时间(TE): RF激励脉冲至获取回波之间的时间间隔。,参数与图象加权关系,在GRE序列中,使用不同的参数和翻转角可获得三种加权图像。翻转角和TR决定T1加权程度;TE决定T2*加权程度。 大角度、短TR、短TE获得T1WI 小角度、长TR、长TE获得T2*WI 小角度、长TR、短TE获得PDWI,常规GRE序列优缺点及应用,优点:扫描时间缩短;增加了对出血的敏 感性;进行流动血液成像;能量沉积减少。 缺点:信噪比较低;增加

24、了对外磁场的敏 感性和磁化率伪影。 应用:,用于屏气腹部单层面快速扫描、动态增强扫描、血管成像、关节病等。,常规GRE序列与常规SE序列比较,激发角度:GRE小于90;SE=90 相位重聚:GRE频率编码梯度的反转(-GX+GX);SE=180。 图像加权:翻转角度、TR、TE决定GRE图像加权;TR、TE决定SE图像加权。 T2对比:GRET2*对比(无消除外磁场非均匀性); SE真正T2对比(消除外磁场非均匀性) GRE比SE扫描时间明显缩短。,2、稳态GRE脉冲序列,稳态(static state)GRE序列又称为重聚焦( refocused GRE )序列,属于广义的快速GRE序列,是

25、目前GRE类序列的重要组成部分。 优势:成像速度快;图像SNR和CNR高临床适用范围广泛(心脏、腹部、血管、关节、胎儿及各种功能成像等等)。,稳态GRE脉冲序列,序列特点:使用小于组织T2的TR,产生剩余横向磁化。经过若干TR期间后,使纵向磁化与横向磁化达到彼此共存不变稳定状态。 分类:根据对剩余横向磁化的破坏和利用 扰相GRE序列(不相干、不典型稳态序列) 相干GRE序列(典型稳态序列),(1)、扰相GRE脉冲序列,目前临床上应用最广泛的GRE序列 又称为破坏残余横向磁化强度GRE脉冲序列,它是通过RF扰相技术或梯度扰相技术消除残余横向磁化矢量。 命名:GE公司SPGR(FSPGR);西门子

26、FLASH;飞利浦-T1-FFE。,扰相GRE脉冲序列,RF破坏:包括SPGR、T1FFE、FLASH等序列,获得T1WI和PDWI。缺点主要是磁敏感伪影增加。 梯度破坏:包括MPGR、FLASH等序列,T2*成分较多。,临床应用,二维扰相GRE腹部屏气T1WI;二维扰相GRET1WI 双回波序列用于化学位移成像;三维扰相GRE用于颅脑T1WI; 流动相关MR血管成像;3D-CEMRA;心脏亮血成像;扰相GRET1WI 用于关节软骨成像;二维扰相GRE T2*WI序列用于大关节及出血病变;三维扰相GRE T2*WI序列用于SWI;其他如垂体动态增强及骨软组织的增强扫描等。,二维扰相GRE腹部屏

27、气T1WI增强扫描,化学位移成像,反相位,同相位,同相位,同相位,同相位,同相位,同相位,软骨损伤,3D FSPGR扫描无间距,用于关节软骨疾病的观察。,2D或3D FSPGR用于血管的观察,(2)、相干GRE序列,根据采集信号的不同分为: 激励后重聚焦:GRASS、FISP、FFE 激励前重聚焦:SSFP、PSIF、T2-FFE 全部重聚焦:FIESTA、 true FISP、 Balance-FFE,激励后重聚焦,结构:30-45度RF脉冲、读出梯度的反转、相位重绕梯度。 获取T2*WI,用于血管、关节、半月板成像 优点:扫描时间短; 缺点:SNR低;伪影多。 较少用,激励前重聚焦,特点:

28、读出梯度正、负极性的时间顺序与GRASS相反。获取的是重T2WI。 用于脑脊液流动的研究、内耳成像、脊髓成像、介入性MRI等。 缺点:SNR低;伪影多。 较少用,全部重聚焦平衡式SSFP( balance SSFP ),原理:在层面选择、相位编码、读出方向上均施加一个与相应的空间编码梯度场大小相同,方向相反的梯度场,使SSFP-Refocused达到真正的稳态。 命名:GE公司FEISTA 西门子True FISP 飞利浦B-FFE,序列,优点: 器官间结构显示好 液体包括流动血液显示为很高信号 液体与软组织间对比好 成像速度快 缺点: 软组织T2对比差 磁化敏感伪影,很短的TR、TE和很大的

29、翻转角 TR:2-6ms TE:1-3ms 翻转角:40-80度 对比决定于T2*/T1,balance SSFP临床应用,心脏结构成像; 冠脉成像 大血管病变的检查 利用3D balance SSFP 序列进行水成像如内耳及脊髓造影 胆道及门静脉的病变检查 尿路占位性病变检查 胃肠道占位性病变检查,耳蜗前庭神经,左肝癌。True FISP序列清晰显示门静脉瘤栓,GE公司FEISTA,平面回波成像技术(EPI echo planar imagining),EPI是目前最快的MRI技术,它在一次RF激发后在极短的时间内(30100ms)连续采集一系列回波信号,用于重建一个平面MR图像。其与SSF

30、SE相似,只不过在RF激发后用梯度快速振动来产生回波链。,EPI临床应用及优缺点,EPI 只是一种数据采集读出模式,它可与所有常规成像序列进行组合产生不同的图像对比,如SE/EPI等。 应用:心脏成像、腹部成像、流动成像、功能成像等。 优点:扫描时间极短而图像 质量相当高,可最大限度地去除运动伪影。缺点:对设备要求极高如梯度切换率等,尚不能替代常规成像序列。,小 结,脉冲序列常用的有三种:SE、IR、GRE。 序列结构(脉冲时序图) 何谓TR、TE、TI SE:FSE、SSFSE;常规少用。 IR:STIR、FLAIR。 GRE:SPGR、 balance SSFP 、EPI。常规少用(T2*

31、WI)。,第二节成像参数的选择,成像参数的选择,脉冲序列是由一系列成像参数构成的,了解这些参数的作用及它们彼此间的相互关系非常重要 与图像质量有关的成像参数 信噪比(SNR);对比噪声比(CNR);空间分辨率;扫描时间。,信噪比(SNR),信号量与噪声的比值;信号量越大SNR越高 噪声主要来源于磁体内的病人和系统的背景噪声,是不可避免的。 影响信号量的主要因素包括:成像区的质子密度、体素的大小、TR、TE和翻转角度、平均采集次数(NEX)、接收带宽、线圈类型等。,体素与像素 体素(voxel):代表人体组织的小的体积元,它是一个空间概念,有长、宽、高等尺寸,通常用体积或容积描述体素大小。体素越

32、大,所包含的质子就越多,它的磁共振信号就越强。 像素(pixel):图像的最小单位,一幅图像是由许多纵横排列的像素构成的一个矩阵,矩阵的每个点对应图像中的一个像素。,SNR,体素大小的影响:构成MR图像的基本单位是像素,像素面积=FOV/矩阵,体素容积=像素面积层厚。 SNR与体素容积成正比,容积大的体素则SNR高。FOV、层厚、像素面积与SNR成正比,矩阵大小与SNR成反比。,SNR, 质子密度:质子密度高则SNR高,反之则SNR低 TR、TE和翻转角:长TR增加SNR,短TR降低SNR;长TE降低SNR,短TE增加SNR。翻转角越大则SNR越高,反之则越小。 平均采集次数(NEX):增加NEX则SNR增高,但扫描时间延长。,SNR, 接收带宽:是指读出梯度采样频率的范围,减少接受带宽则SNR增高。 线圈类型:线圈选用直接影响信号接收量从而影响S

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