磁体与系统概述.docx

3.1引言 磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术是利用人体内原子核在磁场内与外加射频磁场发生共振，而产生影像的成像技术。MRI是随着计算机技术的飞速发展以及在X线CT的临床应用基础上发展起来的一种新型医学数字成像技术。由于它既能显示形态学结构，又能显示原子核水平上的生化信息，还能显示某些器官的功能状况，以及无辐射等诸多优点，已越来越广泛地应用于临床各系统的检查诊疗中。随着MRI技术的不断改进，其功能日趋完善，应用范围不断拓宽，是当今医学影像学领域发展最快、最具潜力的一种成像技术。  磁共振成像设备（简称为“MRI设备”）在我国卫生部被列为乙类大型医用影像设备，医院需要特别申请配置许可证。MRI设备在临床上的应用日益广泛，在各系统疾病的诊断中扮演着越来越重要的角色，对于疾病的诊断有不可替代的作用。该设备的配置集中体现着医院临床诊疗、以及科研工作的水平。  磁共振成像设备（简称MRI设备）主要由以下四部分构成：磁体系统、梯度磁场系统、射频系统、计算机及图像处理等系统组成，各系统间相互连接，由计算机控制、协调。对于超导MRI设备，低温保障冷却系统也是其重要组成部分。实际的磁共振成像系统为了加快图像处理速度，一般都配备专用的图像处理阵列单元；为了实施特殊成像（如心脏门控、脑功能研究等），还要有对生理信号（心电、脉搏、（无创、有创）血压、血氧饱和度、氧分压、二氧化碳分压等）进行采集、处理、分析的单元。为了实现实时脑功能成像，需要配置特殊的高性能计算机柜，射频脉冲实时跟踪，试验刺激的产生、传输（可通过波导孔）及控制，数据的全自动后处理系统等。图像的硬拷贝输出设备（如激光相机）、软拷贝输出设备（如CD±R/RW、DVD±R/RW、MOD等光盘驱动器）也是必备的。  3.2磁体系统 磁体系统是MRI设备产生成像所必需的静磁场（static magnetic field）的关键部件。磁体的主要性能指标是其产生的磁场强度、均匀度、稳定性及孔径大小等，这些性能指标直接关系到整个系统的信噪比和成像质量。几乎所有的厂家都在努力追求能够制造出高质量、尽可能高的磁场强度、优良的磁场均匀度、稳定可靠、尽可能大的开放孔径、以及尽可能短的磁体。    3.2.1磁体系统的组成 磁体系统的基本功能是为MRI设备提供满足特定要求的静磁场，除了磁体之外，还包括匀场线圈、梯度线圈、以及射频发射和接收体线圈（又称为内置体线圈，Build-in Body Coil）等组件。上述三个线圈依次套叠在磁体内腔中，使磁体孔径进一步变小。匀场线圈可进一步提高磁场的均匀性；梯度线圈解决被检测体的空间分辨率、空间定位、层面选择等成像问题；射频发射和接收体线圈用于发射射频脉冲以激发被检测体产生MR信号，同时负责接收MR信号。对于超导磁体还必须拥有高真空、超低温的杜瓦容器，以维持超导线圈的超低温环境。与磁体、匀场线圈和梯度线圈相连接的是它们各自的电源，即磁体电源、匀场电源及梯度电源（永磁体不需磁体电源）。上述三种电源在控制单元的作用下提供高质量的电流，以保证整个系统磁场的均匀和稳定。  3.2.2磁体的性能指标 磁体系统对于MRI设备的重要性不亚于鱼对水的依赖性，由磁体系统产生、均匀稳定的静磁场是磁共振成像的“基石”，“基石”的性能决定着MRI设备“大厦”的品质。  3.2.2.1主磁场强度 MRI设备的磁体在其扫描检查孔径内、Z轴（沿磁体孔洞方向）一定长度范围内（1.5T超导MRI 设备通常≤50厘米）产生磁场强度（即主磁场强度）均匀分布的静磁场，即主磁场B0。增加主磁场强度，可提高图像的信噪比（SNR）。MRI图像质量与主磁场强度、主磁场均匀性、梯度线圈、射频接收线圈等诸多因素相关。  目前应用于临床的MRI设备主磁场强度大多为0.15 ~3.0T（特斯拉，tesla，为磁场强度单位，1特斯拉=10000高斯），磁场强度越高，组织的磁化强度越高，产生的磁共振信号强度越强。在一定范围内，磁场强度越高，影像的信噪比越大，信噪比近似与磁场强度成线性关系。但高场强也有一些不利因素，例如在高场强中化学位移伪影较明显，对运动较敏感而更易产生伪影。  主磁场强度的高低与磁体以及整机的造价成正比，目前0.35TMRI设备市场价格一般在600万元人民币左右，而进口一台3.0TMRI设备则需花费2000万元人民币。因此用户需要在整机价格、主磁场强度、图像质量三者中进行比较、平衡、选择。  提高场强的唯一途径就是采用超导磁体。随着超导材料价格和低温制冷费用的下降，超导MRI设备的性能价格比不断提升。发达国家中1.5T以上的超导MRI设备已经相当普及；3.0TMRI设备从2005年起，开始大规模进入临床；美国通用电气（GE）、德国西门子（SIEME