医学影像设备学
第六章 磁共振成像设备
Contents
概述 主磁体系统 梯度磁场系统 射频场系统 计算机图像重建与控制系统
第一节 概述
一、磁共振成像的发展简史
磁共振成像（Magnetic Resonance
Imaging, MRI）是随着计算机网络技术、电子
技术、低温超导技术、系统科学技术、磁体制
抽真空：超导型磁体真空绝热层是超导磁体的重要 保冷屏障，其性能主要决定于它的真空度。磁体安 装完毕后，一般首先进行抽真空，抽真空不仅需要 高精度、高效能的真空泵，还需准备真空表、检漏 仪、连接管道等,先由离子泵抽到10Pa以下,再由涡 轮分子泵抽到约0.001Pa,真空度大约为99.999999%。
（三）超导磁体
1. 特点 超导磁体是利用超导体在低温下的零电 阻特性在很小的截面上通过大电流产生强磁 场。高场强、高稳定性、高均匀性、不消耗 电能及容易达到所需孔径。制造复杂、昂贵 及低温保障。
2. 超导性及超导材料
超导性（superconductivity）指在低温下某些导体 没有电阻，导电性超过常温下的优良导体现象。
稳定性就是衡量这种变化的指标。稳定性意味着
单位时间内磁场的变化率，在一定程度上亦会影
响图像质量,短期稳定性在几个ppm/h，长期稳定
性在10ppm/h以内。
磁场的稳定性可以分为时间稳定性和热稳定性两种。
时间稳定性指的是磁场随时间而变化的程度。如果在一 次实验或一次检测时间内磁场值发生了一定量的漂移， 则这种漂移就会影响到图像质量。磁场的漂移通常以一 小时或数小时作为限度。一般说来，磁场的短期(1～2 小时)漂移不能大于5ppm，而长期(以8小时为周期)漂移 量须小于10ppm。磁体电源或匀场电源波动时，会使磁 场的时间稳定性变差。
磁共振成像系统的组成
磁体、梯度系统、射频系统、计算机和图像重建系统是任何 MRI系统不可缺少的部分。实用的成像系统要复杂得多。例如， 为了加快图像的处理速度，系统中一般都有专用的图像处理 单元；为了实施特殊成像(如心脏门控)，一般还有对有关生 理信号进行处理的单元。图像的硬拷贝输出设备(如激光相机) 等也是必需的。MRI系统之所以庞大的另一个原因，就是除了 成像所需的设备外，还要有许多附属设备与之相配套。常用 的这类设备有：磁屏蔽体、射频屏蔽体、冷水机组、不间断 电源、空调以及超导磁体的低温保障设施等。
磁场不均匀度（10-6）=B/B0 10-6 ppm
化学位移 信号丢失 空间定位畸变
测量方法：
DSV:10cm、20cm、30cm、 40cm、50cm 平方根法：RMS 容积平方根法：Vrms 点对点法：P-P
3.磁场稳定性
受磁体附近铁磁性物质、环境温度或匀场电源漂
移等因素的影响，磁场的均匀性或场值也会发生 变化，这就是常说的磁场漂移。
第二节
主磁体系统
作用：主磁体产生高度均匀、稳定的静态磁场， 使人体组织内的氢质子在磁场内形成磁矩，并 以拉莫频率沿磁场方向进行自旋。
分类：永磁体、常导磁体及超导磁体。
低场、中场、高场。
主磁体的性能指标
1.主磁场强度
MRI系统的主磁场B0又叫静磁场(static
magnetic field)。由于在一定范围内增加其强
度，可使图像的信噪比(SNR)得以提高。提高场 强的唯一途径就是采用超导磁体 。磁场强度的 选择应综合考虑信噪比、生物的穿透力和人体 安全性三个方面。
临床医学成像用：0.2T--3T
实验用：3T--12T
场强的提高导致
磁体造价增加; 化学位移正比于磁场强度; T1弛豫时间延长，在TR为定值时，信号强度降低; 主磁场强度的提高拉莫频率提高，射频能量提高，
造技术及图像处理技术迅速发展起来的医学诊 断技术，它既可提供形态学结构信息，又可提 供生物化学及代谢信息，在当今医学诊断技术 中占有绝对优势。
磁共振成像的发展简史

1946年，发现磁共振现象。（Bloch水比 Purcell石蜡,晚半个月）,1952年获诺贝尔物理 学奖; 1967年,约翰斯等成功检测出动物体内分布的氢、 磷和氮的MR信号。1970年Damadian发现正常 组织与肿瘤组织的MR信号明显不同,并于1971 年在<Sciemce>杂志上发表文章。1972年 Lauterbur指出用MR信号可重建成像，提出 MR空间编码技术。
线圈的绕制有以四或 六个线圈为基础的,有 以螺线管为基础的
4. 超导磁体的构成
超导磁体的内部结构非常复杂，整个磁 体由超导线圈、低温恒温器、绝热层、磁体 的冷却系统、底座、输液管口、气体出口、 紧急制动开关及电流引线等部分组成。 四（六）线圈超导线圈 超导线圈 螺线管超导线圈
超导磁体的构成
5. 超导环境的建立
所有磁体中最差的。重达数十吨甚至上百吨的重量
对安装地面的承重也提出了较高的要求。
永磁体的恒温控制

永磁材料的温度系数大，且为负值，磁场强度与
温度成反比；

永磁体对温度非常敏感，永磁性材料对温度的变
化1100ppm/ C。要求频率的漂移：每十分
钟小于30Hz；

磁体本身温度要求在300.015C，该温度通 过在上、下两个极板上的点测量。
Байду номын сангаас
5.磁场的逸散度
强大的主磁体周围所形成的逸散磁场,会对 附近的铁磁性物体产生很强的吸引力,使人体健 康或医疗仪器设备受到不同程度的损害、干扰和 破坏。
5高斯场范围
主磁体的种类及特点
（一）永磁型
永磁型磁体(permanent magnet)是最早应用
于MRI全身成像的磁体。用于构造这种磁体的永
磁材料主要有：
或散热功能障碍者。
四、磁共振成像设备的组成
磁共振成像系统的分类
• 根据成像的范围来看，它可分为实验用MRI、局部(头、乳
腺等)MRI和全身MRI等三种。
• 根据主磁场的产生方法来分类，可有永磁型、常导(阻抗)
型、杂交型和超导型等四种。
• 根据其用途分为介入型和通用型两大类。
无论哪一种MRI系统，都可以看作信号(包括产生、探测和 编码)和图像(包括数据采集、图像重建和显示)两大功能模 块的有机组合。
2.MRS
利用化学位移对应的频谱分析揭示组织内生理、生化情 况，是一种活体生化分析方法。
3.介入磁共振
实现精确定位及图像引导，达到某种诊断和治疗目的。
磁共振成像的局限性
1. 扫描时间较长、费用较高 2. MR信号易受多种因素的影响 3. 对钙化灶不敏感 4. 禁忌症多
金属异物、早孕者(三个月内)、不安静者（恐惧 者、婴儿、高危病人）、高温潮湿环境下、高热
铝镍钴、铁氧体和稀土钴（稀土钕铁硼）三 种类型。
永磁体的结构
永磁体的特点
永磁体提高场强的办法只能增加磁铁用量。场强、
孔径和磁体重量三者合理选配。
优点：结构简单造价低、功耗小，维护费用低、杂 散磁场小、开放适用于介入。
缺点：磁场强度低（<0.4T）、均匀性差，永磁型
磁体对温度变化非常敏感，所以它的磁场稳定性是
耗与流经它的电流的平方成正比。通常仅用这种磁
体来产生0.2T左右的横向磁场。
常导磁体的结构
B 0G
B 0G W
W


G：几何因子； ：导体截面积在线圈截面积上占的比例。空间因子； ：电阻率；
：线圈半径；
W线圈产生的功率。
常导磁体的特点
结构简单造价低 功耗大：一个四线圈阻抗磁体消耗的功率高达80kW。这
些功率发出的焦尔热须用无离子冷水带至磁体外散发掉。
稳定性差：线圈电源的波动将直接影响磁场的稳定，而
生产高质量的大功率电源是困难的。阻抗型磁体不仅需要专
门电源供电，运行费用大。
均匀性差：均匀性受线圈大小和定位精度的影响。 受环境因素影响大：室温变化或线圈之间的作用力引
起线圈绕组尺寸或位置的变化，外周体磁性物质的变化
温度稳定性指磁场值随温度的变化而漂移。永磁体和常 导磁体的热稳定度比较差。
4.符合需要的有效孔径
对于全身MRI系统，磁体的有效孔径以足以容纳人体 为宜。一般来说其内径必须大于65cm。孔径过小容易使 被检者产生压抑感，孔径大些可使病人感到舒适。然而， 增加磁体的孔径在一定程度上比提高场强更难。 需要强调的是，这里所说的孔径指梯度线圈、匀场 线圈、射频体线圈和内护板等均安装完毕后柱形空间的 有效内径。实际的磁体孔径即磁体的室温孔径要比它大 得多。例如，牛津公司UNISTAT磁体本身的内径为1050mm， 但装入匀场线圈后成为920mm、安装梯度线圈后其内径进 一步减小为750mm。
（二）常导型磁体
常导型磁体(resistive magnet)是用线圈中的
电流来产生磁场的。阻抗型磁体实际上是某种类型
的空芯电磁铁，其线圈通常用铜或铝线（薄片）绕 成。由于金属有一定的电阻率，故由这种线圈制成 的磁体叫做阻抗型磁体。在一定限度内可用加大线 圈电流的方法来提高阻抗型磁体的场强。导体的功
二、磁共振成像的特点
1.多参数成像，可提供组织脏器的解剖结构及 丰富的生理、生化信息
2.可进行任意方位断面成像 3.软组织分辨力高 4.多种特殊成像:MRCP、MRU、MRA 5. 无电离辐射的安全检查 6.与CT相比，磁共振检查无骨性伪影。
三、磁共振成像的临床应用及局限性
1.MRI
• 各种参数的解剖学结构图像用以区别不同器官 • 可利用被检组织的物理和生物化学特性作组织特性评价 • 通过流动效应来评价血流和脑脊液的流动
超导体（superconductor）具有超导性的物质，超
导体出现超导性的最高温度叫临界温度，通常超导
材料的临界温度非常低，在液氦温区（4K），如水
银的临界温度为4K，锡的临界温度为3.7K，铌钛合 金的临界温度为9.2K左右。