梯度线圈-雅安职业技术学院课件.ppt

1、雅安职业技术学院雅安职业技术学院医学影像教研室医学影像教研室 掌握：掌握：主磁体系统主磁体系统 、梯度场系统、梯度场系统 、射频场与接、射频场与接收系统及计算机系统组成、作用及性能指标；收系统及计算机系统组成、作用及性能指标； 熟悉：熟悉：磁场的屏蔽分类及材料磁场的屏蔽分类及材料 、超导及低温系、超导及低温系统指标、统指标、 MRIMRI的使用与维护。的使用与维护。 磁共振磁共振包括包括主磁体系主磁体系统、梯度磁场系统、统、梯度磁场系统、射频发射与接收系统、射频发射与接收系统、计算机系统、运行保计算机系统、运行保障系统障系统( (如磁体的屏如磁体的屏蔽、超导及低温系统蔽、超导及低温系统等等)

2、) 磁体产生磁体产生静态磁场静态磁场。 它的性能直接关系到整个系统的它的性能直接关系到整个系统的信噪比信噪比，在一定程度上直接决定着图像的质量。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（一）主磁场强度：低、中、高场的评价 B B大大S/NS/N高高超导超导; ; 1.5T1.5T已普及已普及, 3.0T/2005, 7.0T, 9.4T/, 3.0T/2005, 7.0T, 9.4T/芝加哥大学芝加哥大学医院医院 ; ; B B大大 人体生物效应人体生物效应? ? 未正式用于临床未正式用于临床. . 高场技术高场技术“下嫁下嫁” ” 低场平台。低场平台。（二）磁

3、场均匀性：要求高，与分辨率有关。（二）磁场均匀性：要求高，与分辨率有关。非均匀性（主非均匀性（主B B编差、漂移）编差、漂移）选层梯度选层梯度B B， 影响压脂（水影响压脂（水/ /脂差脂差200Hz)200Hz)及及MRSMRS分析。分析。单位：单位：ppmppm，距孔中心，距孔中心40cm-1ppm,50cm-40cm-1ppm,50cm-2ppm,65cm-5ppm2ppm,65cm-5ppm。异地安装后匀场调整地。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（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。场、环境温度、电源波动有关。u 时间稳定

4、性：时间稳定性：5ppm/12h, 10ppm/8h5ppm/12h, 10ppm/8h。u热稳定性：永磁、常导相对差。热稳定性：永磁、常导相对差。（四）有效孔径：大于（四）有效孔径：大于6565厘米。厘米。（五）磁场的逸散度：必须加以限制。（五）磁场的逸散度：必须加以限制。永磁永磁电磁电磁常导常导超导超导二、成像用磁体的分类二、成像用磁体的分类 永磁型：材料、磁场强度及优缺点。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）。铝镍钴、铁氧体、稀土钴（中国产量高）。保证保证B B孔径小孔径小/ /重量大。重量大。0.3T/14T,0.4T/22T0.3T/14T,0.4T/

5、22T。缺点：缺点：B B小，均匀性差，稳定性差。小，均匀性差，稳定性差。优点（经济实用型）：开放性，低造价，低优点（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。运行成本，故障低，杂散小，环境影响小。 常导型：四线圈结构。常导型：四线圈结构。T=BILT=BIL，Q=0.24IQ=0.24I2 2RtRt。边缘冷却铝边缘冷却铝/ /铜，风冷铜，风冷/ /水冷，水冷，0.2T0.2T。优点：结构简单，重量轻，造价低，可关断磁优点：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。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。

6、缺点：水电消耗大，逐渐淘汰。 超导型：超导型：0.5T,0.5T,后专门讲。后专门讲。T=BILT=BIL，Q=0.24IQ=0.24I2 2RtRt，R= p L/S(R= p L/S(常温）常温） 高高B B、高稳定性、高均匀性。、高稳定性、高均匀性。 混合型：混合型： 永磁永磁+ +常导型。常导型。主磁体主磁体 + +匀场线圈、梯度线圈和射频体线圈。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）。电源及梯度电源（永磁体不需磁体电源）。 梯度磁场的作用梯度磁场的作用梯度磁场的性能指标梯度磁场的性能指

7、标 梯度系统的组成梯度系统的组成 梯度冷却系统梯度冷却系统 涡流的影响和补偿涡流的影响和补偿 用途：用途： 是磁共振的核心部件，与扫描速度及成像是磁共振的核心部件，与扫描速度及成像图像分辨率有关。图像分辨率有关。定位定层定位定层:体素的选体素的选层和空间三维编码层和空间三维编码附加在主磁场上附加在主磁场上,使受使受检体在不同位置产生检体在不同位置产生不同的共振频率不同的共振频率.线性、快速开线性、快速开关的梯度磁场关的梯度磁场 有效容积：均匀线性容积有效容积：均匀线性容积/ /鞍形线圈鞍形线圈=60%=60%。 主磁场同心，其容积越大，主磁场同心，其容积越大，x,y,zx,y,z方向不失真成像

8、区方向不失真成像区大。大。 梯度场的线性：梯度递增量相等。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。（非线梯度场越精确，线性越好，影像质量越高。（非线性性 2% 2%） 梯度场的强度：强度越高，梯度就大，利于薄层扫梯度场的强度：强度越高，梯度就大，利于薄层扫描，像素小，空间分辩率高。描，像素小，空间分辩率高。 梯度场的强度：梯度场的强度： 梯度场强（梯度场强（mT/mmT/m）梯度场两端强度差值）梯度场两端强度差值/ /梯度场长度梯度场长度 强度越高，梯度就大，利于薄层扫描，像素小，空间分强度越高，梯度就大，利于薄层扫描，像素小，空间分辩率高。辩率高。 1.5T-3

9、0mT/m1.5T-30mT/m 梯度场切换率：梯度场切换率： 梯度场的切换率（梯度场的切换率（mT/m/smT/m/s）梯度场预定强度）梯度场预定强度/ /t tn梯度上升时间：梯度上升时间： 梯形左腰的斜率。斜率大切换率高梯形左腰的斜率。斜率大切换率高,上升时间上升时间短，提高扫描速度。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、数模梯度系统是由梯度线圈、梯度控制器、数模转换器（转换器（DACDAC）、梯度放大器和梯度冷却系统等部）、梯度放大器和梯度冷却系统等部分组成。分组成。二、梯度系统的组成二、梯度系统的组成梯度线圈梯度线圈ABC梯度控制器（梯

10、度控制器（GCUGCU）的任务是：按系统主控单元的指令，发）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。出全数字化的控制信号。u生产要求（同普电产品）：功率大、开关时间短、输出生产要求（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。电流精确、可持续工作时间长、散热系统优良可靠。u工作方式：三套工作方式：三套 梯度放大器经功放后分别供给梯度放大器经功放后分别供给X X、Y Y、Z Z向梯度线圈的电流，产生向梯度线圈的电流，产生X X、Y Y、Z Z向梯度磁场。向梯度磁场。u噪声。噪声。 X X、Y Y、Z Z向三组线圈向三组线圈互成互成9090度

11、，即为正交度，即为正交。Z Z向梯度线圈：向梯度线圈：两线圈的间距与直径两线圈的间距与直径/ /半径的关系：半径的关系： 线圈间距为线圈半径的线圈间距为线圈半径的 倍。倍。或者线圈直径约为两线圈间距的或者线圈直径约为两线圈间距的1.151.15倍。倍。 X X向及向及Y Y 向梯度线圈向梯度线圈 其排列方式有直线系统和鞍形线圈。其排列方式有直线系统和鞍形线圈。 短线圈：精细扫描模式。短线圈：精细扫描模式。 长线圈：全身扫描模式。长线圈：全身扫描模式。小结：小结： X X、Y Y、Z Z三组功放三组功放 推动推动 X X、Y Y、Z Z三个方向正交的直流线圈（梯度线圈）三个方向正交的直流线圈（梯

12、度线圈） 产生产生 X X、Y Y、Z Z三向梯度磁场，共同确定检查部位的空间位三向梯度磁场，共同确定检查部位的空间位置。置。 常用冷却方式：水冷、风冷。常用冷却方式：水冷、风冷。 涡流的危害：涡流的危害： 1.1.梯度场波形畸变。梯度场波形畸变。 2.2.增加制冷剂的消耗。增加制冷剂的消耗。 采取措施：采取措施： 1.1.加加RCRC网络。网络。2.2.加抵偿线圈。加抵偿线圈。3.3.采用高阻材料。采用高阻材料。四、涡流的影响和补偿四、涡流的影响和补偿一、射频脉冲一、射频脉冲 二、射频线圈二、射频线圈 三、射频脉冲发生系统三、射频脉冲发生系统四、射频信号接收系统四、射频信号接收系统 射频（射

13、频（RFRF）场系统在）场系统在MRIMRI设备中功能设备中功能: : 射频激励射频激励 + + 接收和处理接收和处理MRMR信号信号 定义：射频线圈通电后发出的脉冲电磁波。（定义：射频线圈通电后发出的脉冲电磁波。（见下图见下图） 常用两种：常用两种： 硬脉冲：强而窄的脉冲，常用于非选择性的激励。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。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，脉冲的选择性就越好；脉冲越窄，

14、覆盖的频率范围越宽，脉冲的选择性就越差。性就越差。 病人病人 非选择性非选择性/ /选择性选择性 操作人员输入指令操作人员输入指令 计算机计算机 射频控制单元射频控制单元 硬脉冲硬脉冲/ /软脉冲软脉冲 静磁化强度静磁化强度M M0 0受射频场（受射频场（B B1 1）作用偏离平衡位置作用偏离平衡位置角（翻角（翻转角）：转角）： 通常情况下调节脉宽通常情况下调节脉宽来选择来选择RFRF脉冲，调节脉冲，调节B B1 1大小来控制大小来控制翻转角。翻转角。 使其偏转使其偏转角的脉冲称为角的脉冲称为脉冲。如脉冲。如9090和和180180脉冲。脉冲。 RFRF脉冲的宽度和幅度由计算机和射频控制单元实

15、施控制脉冲的宽度和幅度由计算机和射频控制单元实施控制。1B上 基本功能：基本功能： 1.1.发射发射RFRF脉冲。脉冲。 2.2.接收接收MRMR信号。信号。 分别实施分别实施发射和接收发射和接收时时，需进行，需进行快速切换快速切换。 信噪比：信噪比：（SNRSNR，高），高） 灵敏度：灵敏度：（适中，高（适中，高/SNR/SNR低）低） 均匀度：均匀度：（好，形状：螺旋管（好，形状：螺旋管/ /柱形柱形/ /表面线圈）表面线圈） 品质因数：品质因数：（Q=Q=谐振电路特性阻抗谐振电路特性阻抗/ / 回路电阻回路电阻R R，即即Q=/RQ=/R。 Q=Q=储能与耗能。选用储能与耗能。选用Q Q

16、大的线圈）大的线圈） 填充因数：填充因数： （=被检体积被检体积Vs Vs / / 线圈容积线圈容积VcVc。与。与SNRSNR成正比，提成正比，提高高可提高可提高SNRSNR） 有效范围：有效范围： （接收线圈可检测到（接收线圈可检测到RFRF信号的空间范围。取决于线圈信号的空间范围。取决于线圈形状。有效范围越大，形状。有效范围越大，SNRSNR越低。越低。 ）1.1.按功能分：按功能分：发射、接收、两用发射、接收、两用。2.2.按适用范围分：按适用范围分： 全容积线圈全容积线圈：包容检查部位，用于大体积、：包容检查部位，用于大体积、 大范围检查大范围检查。 表面线圈表面线圈：与检查部位外形

17、一致，覆盖其上。：与检查部位外形一致，覆盖其上。 用于浅表组织与器官检查。用于浅表组织与器官检查。 部分容积线圈部分容积线圈：上二者的综合。：上二者的综合。 体腔内线圈体腔内线圈：置入体腔内检查。：置入体腔内检查。 相控阵线圈相控阵线圈: :电子控制工作个数电子控制工作个数, ,动态分配有效空间动态分配有效空间. .3.3.按极化方式分：按极化方式分：线极化和园极化线圈线极化和园极化线圈。4.4.按绕组形式分：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、鸟笼式交叉椭圆形）、相控阵线圈、管状谐振线

18、圈、鸟笼式线圈。线圈。 螺线管形和鞍形是主要形式。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。要用于纵向磁场磁体。 线圈的调谐：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线圈产生的电磁波频率与氢质子的共振频率不一致时叫致时叫失谐失谐。 产生失谐的原因产生失谐的原因：一是人体进入线圈后会改变：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线圈的频率，二是线圈置入主磁体后会改变线圈的频率。率。 每次成像前都要调谐，每次成像前都要调谐，方法：自动和手动两种方法：自动和手动两种

19、。 线圈系统的线圈系统的耦合耦合: :如下如下. . 耦合耦合: :发射脉冲的体线圈频率发射脉冲的体线圈频率= =接收信号的表面线接收信号的表面线圈频率圈频率 ，感应电流大烧毁线圈及病人承受能量，感应电流大烧毁线圈及病人承受能量过大。过大。 去耦方法：去耦方法： 1.1.静态去耦：改变表面线圈的形状使二者频率互静态去耦：改变表面线圈的形状使二者频率互相垂直即可。相垂直即可。 2.2.动态去耦：设计电子开关使体线圈与表面线圈动态去耦：设计电子开关使体线圈与表面线圈分时工作。分时工作。 螺线管螺线管线圈：单匝和多匝线圈。线圈：单匝和多匝线圈。 四线结构线圈：四线线圈和四线结构线圈：四线线圈和鞍形鞍

20、形线圈。线圈。 笼式线圈：笼式线圈：低频笼式低频笼式和和高频笼高频笼式。式。 螺旋管螺旋管状状马鞍马鞍形形 RFRF振荡器（脉冲源）振荡器（脉冲源） 频率合成器：产生各种频率的脉冲。频率合成器：产生各种频率的脉冲。 RFRF波形调制器：产生所需波形。波形调制器：产生所需波形。 脉冲功率放大器脉冲功率放大器 阻抗匹配网络阻抗匹配网络 前置放大器前置放大器:1 :1 以下信号以下信号 1V1V 接收控制门接收控制门 混频器混频器 相敏检波器相敏检波器 低频放大器与低通滤波器低频放大器与低通滤波器 10V10VV 功能：功能：控制操作技术人员与磁共振各系统之间控制操作技术人员与磁共振各系统之间的通信

21、，并通过运行扫描软件来满足操作者的的通信，并通过运行扫描软件来满足操作者的所有应用要求。所有应用要求。 组成：组成：主机、磁盘存储、光盘存储控制台、主主机、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。适配器及接口部件等。 MRMR应用软件应用软件 MRMR系统软件系统软件 MRMR软件信息交换软件信息交换 数据处理数据处理 本质是对数据的高速数学运算。本质是对数据的高速数学运算。 影像重建影像重建 常用图像处理计算机（图像处理器）来进行。常用图像处理计算机（图像处理器）来进行。 快速快速 图像缩放、图像缩放、窗

22、宽、窗位窗宽、窗位的调整。的调整。（一）等高斯线图：杂散磁场，常用等高斯线图来表示杂（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。圆线。（二）磁场对环境的影响：（二）磁场对环境的影响：P P389389表表16-216-2。（三）环境对磁场的影响：静干扰与动干扰，（三）环境对磁场的影响：静干扰与动干扰，P P390390表表16-316-3。 防止主磁体对外界的影响及外界对主磁体防止主磁体对外界的影响及外界对主磁体的影响。的影响。1.1.有源屏蔽：有源屏蔽： 采用位于主线圈外围的线圈，通以

23、反向的电流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。来减弱杂散场。2.2.无源屏蔽：无源屏蔽：u 房屋屏蔽（在墙壁内加铁片），经济简单。房屋屏蔽（在墙壁内加铁片），经济简单。u 定向屏蔽（针对某墙壁）。定向屏蔽（针对某墙壁）。u 屏蔽铁轭屏蔽（在主磁体外围加铁轭）。屏蔽铁轭屏蔽（在主磁体外围加铁轭）。 1.1.高磁导率：镍合金。高磁导率：镍合金。 2.2.低磁导率：铁、钢等。低磁导率：铁、钢等。 一般用后者，调整其厚度来达到要求。一般用后者，调整其厚度来达到要求。 目的：目的： 防止射频信号对周围精密仪器的影响和周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。

24、围电磁波对微弱的射频信号的影响。 措施措施 扫描室六个面加薄铜或不锈钢密封屏蔽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。，不能采用铁磁材料。（一）超导电性（一）超导电性/ /超导体超导体 特殊物质特殊物质 常温：电阻常温：电阻 R=P L/SR=P L/S。 低温：电阻突然为零低温：电阻突然为零导电性大大加强导电性大大加强（二）超导体基本性质（二）超导体基本性质 完全导电性完全导电性 完全抗磁性完全抗磁性（三）超导材料的主要指标：（三）超导材料的主要指标： 临界温度（临界温度（T TC C）/ /转变温度：水银转变温度：水银4K4K；锡；锡3.7K3.7K。 临界磁场：保证超导状态

25、的外加磁场。临界磁场：保证超导状态的外加磁场。 临界电流临界电流: I: IC C = I = Imax max / cm/ cm2 2（四）超导材料的的应用（四）超导材料的的应用 超导磁体、磁悬浮、高能物理实验、受控制热超导磁体、磁悬浮、高能物理实验、受控制热核反应、核反应、MRIMRI、超导电子器件、超导电子测量装置、超导电子器件、超导电子测量装置。（一）致冷与制冷致冷与制冷 致冷：靠致冷剂自然挥发使环境温度降低。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，制冷：制冷设备提供冷量降低环境温度，MRMR用此种。用此种。（二）低温（二）低温 普冷：普冷：3012

26、0K30120K。 深冷：深冷：120K120K以下。以下。 超低温：超低温：0.3K0.3K以下。以下。（三）氦及其性质（三）氦及其性质 产于天然气中，作为低温致冷剂。产于天然气中，作为低温致冷剂。（四）液氮及其性质（四）液氮及其性质 从空气分离氧气的副产品中得到，在从空气分离氧气的副产品中得到，在MRMR中作为辅中作为辅助致冷剂。助致冷剂。（五）氦制冷（五）氦制冷 同普通制冷设备的压缩制冷原理。同普通制冷设备的压缩制冷原理。 真空绝热层：真空绝热层： 超导磁体的重要保冷屏障，性能取决于真空度。超导磁体的重要保冷屏障，性能取决于真空度。 磁体预冷：磁体预冷： 消耗大量的液氮、液氦。消耗大量的

27、液氮、液氦。 超导环境的建立：超导环境的建立： 建立建立4.2K4.2K温度环境。温度环境。 接通超导线圈电源，建立预定磁场。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，励磁结束，切断电源，磁体不再消耗电能，而保持强大稳定的匀强磁场。而保持强大稳定的匀强磁场。 去磁：将磁体储存的能量快去磁：将磁体储存的能量快速泄去。速泄去。 持续电流开关持续电流开关/ /磁体开关，接磁体开关，接通加热电阻去磁。通加热电阻去磁。 去磁、励磁工作过程如图。去磁、励磁工作过程如图。 失超：超导体失去超导特性。失超：超导体失去超导特性。 失超与去磁不同。失超与去磁不同。 失超将时磁场消失，线圈失去失超将时磁场消失，线圈失去超导性，电磁能转换为不可逆超导性，电磁能转换为不可逆的热能，产生严重损害。的热能，产生严重损害。 措施：如图措施：如图- -分段保护技术。分段保护技术。一、维护原则一、维护原则二、验收二、验收三、磁共振一般操作程序（补充）三、磁共振一般操作程序（补充） 开机开机 扫描前准备扫描前准备 登记病人信息和摆位登记病人信息和摆位 调谐调谐 扫描扫描 影像处理影像处理 关机关机