磁共振成像系统

         （一）分类 磁共振按照不同的分类方法有不同的分类。 按照场强大小分为高场、中场、低场磁共振；高场一般为场强高于1. OT的磁共振；巾场 为场强高于0. ST而低于1.OT的磁共振；低场一般为低于0.ST的磁共振。 按照磁体类型一般分为：永磁型磁共振、常寻型磁共振和超导型磁共振。 永磁型磁共振维护费用小；逸散磁场小，对周围环境影响小；造价低；安装费用也较少；
         一般只能产生垂直磁场；场强范围一般在0. 15～0. 35T；磁场随温度漂移严重，磁体需要很好的恒温；磁场不能关断，对安装检修带来困难；磁体沉重；且随着场强增大，磁体厚度增大，更加沉重。 常导型磁共振生产制造较简单，造价低；可产生水平或垂直磁场；重量轻；检修方便，磁 场均匀度也很高；场强一般在0. 1～0. 4T；运行耗费较大，通电线圈耗电达60kW以上；还需配用专门的供电设备和水冷系统。 超导型磁共振场强范围0. 3～9T；磁场均匀性高；稳定性好；图像质量好；运行耗费很 高，制冷剂主要是液氦的费用很高；运输、安装、维护费用也很高。 目前主要市场上的磁共振以高场和低场为主，高场一般为超导型，低场一般为永磁型；且低场永磁型磁共振往往做成开放式，有C形式或立柱式；高场超导磁共振往往做成圆形孔腔式或站立式的磁共振。常导磁共振一般也做成圆形孔腔式。还有些公司推出了某些部位如头颅、四肢或关节专用检查的磁共振设备，其形态变化较灵活。 一般来讲，低场永磁型以出诊断图像为主要目的，图像质量已经能够满足诊断要求；高 场超寻型主要以功能磁共振为主，图像质量是其基础。

         （二）MRI系统结构
         磁共振系统的典型结构如图6-10所示，主要包括磁体子系统、梯度场子系统、射频子系 统、数据采集和图像重建子系统、主计算机和图像显示子系统、射频屏蔽与磁屏蔽、MRI软 件等，分述如下。

图6-10 磁共振系统框图

         1．磁体子系统用以产生均匀稳定的静磁场Bo的主磁场，是磁共振系统的关键组成部分。其主要参数有：磁场强度、磁场均匀性、磁场稳定性、孔腔大小、逸散磁场等；其中磁场强度越高，信号幅度越高，图像信噪比会越高；磁场均匀性越好，图像分辨率越高。磁体可有 永磁型、常导型、混合型和超导型4种。

         2．梯度场子系统是指与梯度磁场有关的一切单元电路，提供给系统线性度满足要求的、可快速开关的梯度场，以便动态地修改主磁场，实现成像体素的空间定位，是MRI系统的核心部件之一。由梯度线圈、梯度控制器、数模转换器、梯度放大器、梯度冷却系统等组 成。其主要参数有有效容积、线性、梯度场强度、梯度变换率和梯度上升时间等；有效容积越大，可成像区域越大；线性越好，图像质量越好；图6-11所示为超导型或常导型磁共振的三个梯度线圈的形状及其组合结构。

图6-11 圆孔腔磁体的梯度线圈组成示意图

         3．射频子系统是MRI系统中实施射频激励并接收和处理RF信号的功能单元，不仅要根据扫描序列的要求发射各种翻转角的射频波，还要接收成像区域内氢质子的共振信号。 射频子系统包括射频发射单元和信号接收单元：射频发射单元是在时序控制器的作用下，产生各种符合序列要求的射频脉冲的系统；射频接收单元是在时序控制器的作用下，接收人体产生的磁共振信号的系统。

         主要参数有射频场均匀性、灵敏度、线圈填充容积等。

         4．教据采集和图像重建子系统 信号采集的核心是A/D转换器，转换精度和速度是 重要指标。在MRI系统中，一般用16位的A/D转换器进行MR信号的数字化，经一定的数据接口送往接收缓冲器等待进一步处理，其结构如图6-13所示。射频子系统和数据采集 子系统被合称为谱仪系统。A/D转换所得数据不能直接用来进行图像重建，还需要进行数据处理，即拼接带有控制信息的数据。然后通过专用图像处理计算机进行图像处理。图像 重建的运算主要是快速傅立叶变换，重建速度是MRI系统的重要指标之一。

图6-12中a、b分别为射频发射单元和信号接收单元框图。

图6-13 信号采集子系统框图

         5．主计算机和图像显示子系统MRI系统中，计算机的应用非常广泛，各种规模的计 算机、单片机、微处理器构成了MRI系统的控制网络。主计算机介于用户与MRI系统的测量系统之间，其功能主要是控制用户与磁共振子系统之间的通信，并通过运行扫描软件来满足用户的所有应用要求。具体包括：扫描控制、患者数据管理、归档图像、评价图像以及机器 检测等功能。同时，随着医学影像标准化的发展，还必须提供标准的网络通信接口。

         6．射频屏蔽与磁屏蔽用于把外界和磁共振扫描系统之间严格屏蔽开来的系统，防止 彼此之间的干扰和危害。磁共振的屏蔽一般都采用铜片或铜板来完成。

         7．MR1软件包括系统软件、磁共振操作系统、磁共振图像处理系统；系统软件指主 计算机进行自身管理、维护、控制运行的软件，即计算机操作系统。目前磁共振可使用 Windows 2000、Windows XP、Windows NT、UNIX；磁共振操作系统包括患者信息管理系统、图像管理系统、扫描控制系统、系统维护、报告打印、图片输出等；磁共振图像处理系统指 图像重建软件以及对图像进行一系列后处理，包括柔和、平滑、锐化、滤波、局部放大等处理功能的软件。

         （三）磁共振指标及范围 目前进入医院临床使用的磁共振型号很多，但其基本技术参数有以下几个部分： 
         1．磁体系统 (1)磁体类型：一般为永磁型、常导型、超导型；

         (2)磁场方向：一般为水平或垂直方向；
         (3)场强：目前从0.1～3. OT；

         (4)液氦蒸发速率：指超导磁体制冷剂液氦的消耗速率，如0.05L/H，液氦补充间隔24个月；

         (5)稳定性：一般<0. lppm/H；

         (6)磁场均匀性：一般定义为以磁场中心点为球心多少cm为半径的球体内的磁力线均匀性，比如<2. 5ppm/50cmDSV；

         (7)逸散磁场（5高斯线）：一般定义为5高斯逸散磁场距离，分为轴向和径向，比如 2. 5m/4m;
         (8)磁体形状：一般为开放式（包括C形、立柱式、宽孔腔式）或封闭式（一般为圆柱体孑L腔式）；
         (9)匀场方式：无源（又称祓动匀场，贴小磁片匀场）和有源匀场（又称主动匀场，使用通 电小线圈匀场）。

         2．梯度系统

         (l)梯度线圈形状：平面型（一般做永磁梯度）、马鞍型、线圈对型；
         (2)梯度场强度：即梯度斜率，比如25mT/m；

         (3)梯度上升率：即梯度场达到大强度的快慢，比如65mT/(m．s)；

         (4)梯度非线性：梯度场的线性好坏，如<5%;
         (5)冷却方式：冷却梯度线圈产生热量的方式，一般为水冷却或空气冷却，永磁型一般 不需要。

         3．射频系统

         (1)射频功率：射频功率放大器的大输出功率，一般为5～45kW;
         (2)射频带宽：射频脉冲的频带宽度，比如500kHz；

         (3)信号检测方式：正交检测还是线性检测；
         (4)接收线圈：接收线圈的种类和性质，一般有头、体、脊椎、乳房、各种关节、腔内等线 圈，按性质分有表面线圈、容积线圈、正交线圈、相控阵列线圈等；

         (5)前置放大器增益：前放的放大倍数，比如20dB； (6)输入／输出阻抗：分为高阻和低阻之分，比如50fl。

         4．谱仪图像取样功能

         (1)预采样：一般包括自动校正中心频率、自动校正90。射频脉冲、频率锁定、RF自动增 益设定；梯度自动优化等；
         (2)图像种类：一般包括Tl、T2、T2’、Pd筹权重像，以及MRA、DWI、ADC、PI、脂肪抑制图像、水抑制图像、水图像以及用BOLD法产生的大脑功能图像等；
         (3)扫描视野：指磁共振可以扫描的人体范围，一般为10～50cm；

         (4)采集矩阵：指磁共振对扫描视野进行采集所划分的矩阵范围，一般为64～256，可为 长方形或矩形；

         (5)显示矩阵：指显示磁共振图像的矩阵大小，一般可为256～1280，也可以为长方形；

         (6)空间分辨率：指图像可以反映（或分辨）的小的组织大小，一般从0.2mm到 1. 0mm;
         (7)断面视角：磁共振一般可以获取任意视角断面的图像；

         (8)层厚：指磁共振图像的断面厚度，一般为1～20mm； (9)层间距：指数据采集层面之间的间隔，一般大于0，而小于层厚；
         (10)序列：指获取磁共振图像所使用的成像序列的配备情况。一般常用的序列有SE、 FSE、FISP、FLASH、FLAIR、STIR等，特殊序列有黑水序列、MRA、MRCP、EPI、CINE等；
         (11)门控技术：指为了抑制运动伪影而采用的运动控制技术，一般包括心脏门控、心电 门控、呼吸门控、脉搏门控等。

         5．计算机系统
         (l)计算机性能：包括处理器速度、显示器高分辨率、内存大小、存储器、外存储介 履等；

         (2)网络性能：一般指图像输出设备的DICOM接口； (3)测试与诊断功能：指系统进行自身性能测试、远程诊断等。

         6．图像显示、处理和分析
         (1)图像显示：指图像显示的各种手段，比如手动、自动，图像灰阶调整、多格式显示、参数显示、文档显示等；

         (2)图像处理：主要包括降噪、图像大小缩放、图像旋转、图像边缘增强、图像平滑等功能；

         (3)图像分析：距离和角度测定、感兴趣区设定、病灶大小测定以及病灶标识等功能。