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第4节 MRI设备的主要物理部件和使用
磁体、梯度场线圈和射频线圈是MR成像设备的重要物理部件。它们的主要技术性能参数是磁感应强度、磁场均匀度、磁场稳定性、边缘场的空间范围、梯度场的磁感应强度和线性度、射频线圈的灵敏度等。成像系统的主要用户功能是数据采集、影像显示和影像分析等。
    磁共振成像设备有以下基本组成部分:①产生磁场的磁体和磁体电源;②梯度场线圈和梯度场电源;③射频发射/接收机;④系统控制和数据处理计算机;⑤成像操作和影像分析工作台;⑥活动检查床。
    这些部分之间通过控制线和数据线及接口电路联接起来组成完整的设备。这里着重讨论对磁共振成像和影像质量有决定性作用的物理部件,介绍它们的工作原理、特性和技术指标。这些物理部件包括产生磁场的磁体、产生梯度场的梯度场线圈、用于射频发射和信号接收的射频线圈。另外,MR成像设备必须有为用户提供的软件程序。用户通过操作系统的终端利用这些程序,根据需要进行影像采集、影像显示和影像分析。
    一、磁体
   
    产生磁场的磁体是MR成像系统的核心。磁场的主要技术指标是磁感应强度、磁场均匀度、磁场的时间稳定性和边缘场的空间范围等,它们对影像质量有重要影响。
    (1)磁场磁感应强度  ,范围相当宽。因为生物组织中含有大量质子,而且,质子的旋磁比大,所以,即使磁感应强度很低的磁场也能实现质子磁共振成像。但是,磁感应强度越高,组织的磁化程度越大,产生的磁共振信号越强。在一定范围内,磁感应强度越高,影像的信噪比越大,因信噪比近似与磁感应强度成线性关系。磁共振频谱分析和化学位移成像要求的频谱分辨率很高,只能用磁感应强度很高的系统进行。高磁场也有不利因素,主要是在高磁场条件下,射频频率高,人体对射频能量的吸收增加,射频对人体的穿透能力减小,同时因水和脂肪之间不同的化学位移引起的伪影的影响也不可忽略。
    磁共振成像用的磁体有永久磁体、常导磁体和超导磁体3种。目前,大多数MR成像系统采用超导磁体,,,。
    (2)磁场的均匀度  磁共振成像需要均匀度很高的磁场。非均匀磁场引起一个体素内质子共振频率范围加宽。在成像区域范围内的磁场均匀度是决定影像的空间分辨率和信噪比的基本因素。磁场均匀度还决定系统最小可用的梯度场强度。
    磁场均匀度的定义是:成像范围内两点之间磁感应强度的最大偏差ΔB与标称磁感应强度B0之比,一般要求为百万分之几。根据拉莫尔方程,磁场均匀度也可等价地用两点之间的最大频率差Δf与中心频率f0之比定义。例如,,那么,该磁场的均匀度为602 Hz/ MHz≈14×10-6=14/1 000000(14ppm)。
    磁场均匀度由磁体本身的设计和具体的外部环境决定。磁场均匀度与磁体类型有关。一般要求磁体的成像区域越大,所能达到的磁场均匀度越低。
    兼有化学位移频谱分析和成像功能的MR系统,要求能鉴别不同原子位置上极小的频率偏移,即能够分辨非常靠近的空间谱线,需要的磁场均匀度更高。
    (3)磁场