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磁共振成像设备磁共振成像设备11.4.26邓旭初磁共振成像系统的组成体系结构图磁体子系统梯度子系统射频子系统信号采集和图像重建子系统主计算机和图像显示子系统生理信号检测及控制子系统磁体子系统磁体子系统是成像系统的关键设备,它的性能直接关系到系统的信噪比,因而在一定程度上决定着图像的质量。磁体的性能指标主磁场强度磁场均匀性磁场稳定性符合需要的有效孔径成像用磁体的分类永磁型最早应用于MRI全身成像的磁体。材料主要有铝镍钴,铁氧体,稀土钴。结构简单,造价低,不消耗能量。场强低,均匀性差。常导型用线圈中的电流来产生磁场。实际上是空心电磁...

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磁共振成像设备11.4.26邓旭初磁共振成像系统的组成体系结构图磁体子系统梯度子系统射频子系统信号采集和图像重建子系统主计算机和图像显示子系统生理信号检测及控制子系统磁体子系统磁体子系统是成像系统的关键设备,它的性能直接关系到系统的信噪比,因而在一定程度上决定着图像的质量。磁体的性能指标主磁场强度磁场均匀性磁场稳定性符合需要的有效孔径成像用磁体的分类永磁型最早应用于MRI全身成像的磁体。材料主要有铝镍钴,铁氧体,稀土钴。结构简单,造价低,不消耗能量。场强低,均匀性差。常导型用线圈中的电流来产生磁场。实际上是空心电磁铁,起线圈同城用铜线绕成。均匀性好,结构简单,造价低。功耗大,场强有限。超导型超导磁体的场强可以超过上述任意一种磁体,它的高稳定性也是无与伦比的。混合型利用上述两种或两种以上的磁体技术构造出的磁体。常见的是永磁型和常导型的结合。磁体系统的组成一个典型的磁体系统如图所示。各组线圈连接各自的电源,高质量的电流保证整个系统的磁场的均匀和稳定。超导磁体系统更为复杂,还有低温容器,制冷剂液面计,超导开关,激励和退磁电路,失超控制和安全保护电路等。小结无论那一种磁体,其共同特点是要产生尽可能强的、均匀的磁场。梯度子系统指与梯度磁场有关的一切电路单元。它的功能是为系统提供线性度满足要求的、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。系统的组成梯度线圈、梯度控制器、数模转换器、梯度放大器和梯度冷却系统。梯度磁场的性能有效容积线圈所包容的、其梯度场能够满足一定线性要求的空间区域。一般为总容积的60%线性衡量梯度场平稳性的指标。一般非线性不能超过2%梯度场强度指梯度场能够达到的最大值,越强就可以采用越薄的扫描层面。梯度场变化率和梯度场上升时间两个最重要的指标,从不同角度反映梯度场达到某一预定值的速度。梯度线圈MRI系统需要3个互相正交的梯度磁场作为图像重建的定位依据。3个梯度场分别由3个梯度线圈来提供。Z向梯度线圈马克斯威尔对x向和y向梯度线圈鞍型梯度线圈线圈的套叠梯度控制器和数模转换器梯度控制器(GCU)的任务是按系统主控单元的指令,发出数模转换器(DAC)所需要的标准输入信号。及控制梯度磁场的快速启停,改变大小和方向。梯度放大器梯度场是在流经梯度线圈的电流即梯度电流的激励下产生的,而这一电流正是由梯度放大器所提供的。梯度冷却系统涡流的影响变化的磁场在其周围的金属体内会产生感应电流,这种电流的流线在金属体内自行闭合,所以称涡电流,简称涡流。射频子系统射频子系统(RF)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。射频脉冲射频线圈射频脉冲发射单元射频信号接收单元射频脉冲发射单元该单元的功能是在射频控制器的作用下,提供扫描序列所需的各种射频脉冲。脉冲功率放大器是射频发射单元的关键组成部分。一般要求它不仅能够输出足够的功率,还要有一定宽度的频带和非常好的线性。此外,它的工作必须是非常可靠的。射频信号接收单元该单元的功能是接收样品产生的磁共振信号,并经适当放大处理后供数据采集单元使用。信号采集和图像重建子系统信号采集是指对检波后的两路信号分别进行A/D转换,使之成为离散数字信号的过程,这些数字信号经过累加及变换处理后就成为重建图像的原始数据。图像重建的任务则是根据测量系统所提供的原始数据来计算可现实的灰度图像。采样量化信号采集单元数据处理和图像重建信号采集单元的组成主计算机和图像显示子系统生理信号检测及控制子系统利用生理信号来克服运动伪影可供利用的生理信号主要有心电图,脉搏波,呼吸波生理信号的应用心电触发扫描,脉搏波触发扫描,呼吸门控扫描子系统总框图磁共振成像的线圈技术MRI系统中使用的射频线圈既是体内氢质子发生磁共振的激励源,又是NMR信号的探测器。提高SNR始终是MRI设备制造商所追求的目标之一。线圈技术的发展,在一定程度上代 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 着磁共振成像技术的发展。射频线圈的功能和分类一、射频线圈的功能射频线圈(RFcoils)有发射和接收两个基本功能。所谓发射,就是辐射一定频率的电磁波,以使被检体内的氢质子受到激励而发生共振。接收则指检测被激励之子的进动行为,即获取NMR信号。一个品质优良的线圈,不仅要有高的发射和接收效率,而且其射频场要有足够的空间均匀性。然而,一般说来,线圈的高效和空间均匀性不可兼得。二、射频线圈的分类1.按功能分类发射线圈和接收线圈。大部分表面线圈都是接收线圈。当用表面线圈检测信号时,射频激励的任务是由另外一个线圈(通常为体线圈)来完成的。在有些情况下,又需要将发射和接收线圈做在一起,于是就出现了所谓的发射、接收两用线圈(T/Rcoil)。一般说来,发射线圈与被激组织的距离越近,氢质子达到横向磁化所需的RF能量就越小,这有利于减少病人所承受的射频沉积。另一方面,接受线圈与被检体,就约有可能获取较大的信号,从而改善SNR。2.按适用范围分类根据线圈作用范围的大小可将其分为全容积线圈、部分容积线圈、表面线圈、体腔内线圈和相控阵线圈五大类。(1)全容积线圈所谓全容积线圈(whole-volumecoil),是指能够整个地包容或包裹一定成像部位的柱状线圈。主要用于大体积组织或器官的大范围成像。(2)表面线圈表面线圈(surfacecoil)是一种课紧贴成像部位的加收线圈,其常见结构为扁平型或微曲型。这种线圈行程的射频发射场和接收场极不均匀,表现为越靠近线圈轴线射频场越强、偏离其轴线后射频场急剧下降。表面线圈主要用于表浅组织和器官的成像。(3)部分容积线圈部分容积线圈(partial-volumecoil)是有全容积线圈和表面线圈两种技术相结合而构成的。这类线圈通常有两个以上的成像平面。射频场的均匀性介于全容积线圈和表面线圈之间。(4)腔内线圈腔内线圈(intracavitarycoil)又称体内线圈,是今年类出现的一种新型小线圈。这种线圈使用时须置于人体有关体腔内,以便对体内的某些结构实施近距离高分辨成像。(5)相控阵线圈相控阵线圈(coilarray)是由两个以上的小线圈或线圈单元组成的线圈阵列。这些线圈可以彼此邻接,组成一个大的成像区间,使其有效空间增大。各县区单元也可相互分离。3.按极化方式分类常用线圈按极化方式的不同可分为线极化和圆极化两种方式。早期的头线圈和体线圈就曾采用线极化的方式。线极化的线圈只有一对绕组,相应射频场也只有一个方向。而园极化的线圈一般有两对两两垂直的绕组。这种线圈被称为正交线圈。4.按绕组形式分类根据所用的绕组或电流环的形式,射频线圈又可分为亥姆霍兹线圈、螺旋管线圈四线结构线圈(鞍形线圈、交叉椭圆线圈等)、STR线圈、笼式线圈等多种形式。螺线管线圈和鞍形线圈是体线圈的主要形式,其中前者主要用在横向磁场的磁体中,后者则用于纵向磁场的磁体中。射频线圈的指标和选用一、射频线圈主要指标1.信噪比提高SNR是最主要的线圈 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 目标。线圈的SNR越高,就越有利于增加图像的分辨率或者提高系统的成像速度。2.灵敏度线圈灵敏度是指接收线圈对输入信号的相应程度。线圈的灵敏度越高,就越能检测到微弱信号,但信号中的噪声水平也会随之提高,从而使SNR下降。3.射频场均匀性线圈均匀性与其几何形状密切相关。螺线管线圈以及其他柱形线圈的均匀性最好,表面线圈的均匀性最差,其他线圈居中。线圈的均匀性将直接影响图像质量。5.填充因数填充因数为被检体体积或样品体积与线圈容积之比。它与线圈的SNR成正比关系。因此,在线圈的结构设计中应以尽可能多地包绕被检体为目标。6.有效范围线圈的有效范围是指激励电磁波可以到达(对于发射线圈)或可检测到射频信号(对于接收线圈)的空间范围。有效范围的空间形状取决于线圈的几何形状。二、射频线圈的选用线圈的选用应以获得最好的图像质量和达到临床诊断要求为原则。这里介绍线圈选用中应着重考虑的几个问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。1.SNR问题线圈采集信号的同时,也收集噪声。混迹于NMR信号中的噪声主要来自被检体和线圈两个方面。在高场的情况下,线圈本身产生的噪声只占整个噪声的一小部分,即噪声主要来源于被检体。只要线圈选用合理,就有可能大大削减这部分噪声。2.填充因数问题一旦将被检体置于线圈中,线圈的等效阻抗就会发生变化,这时我们说给线圈加了负载。对于加载线圈,就有一个填充因数的问题。一般来说,70%以上的填充因数是需要的。3.表面线圈问题表面线圈的选用应遵循如下两条原则。一是严格按照成像区域的大小来确定线圈尺寸;二是扫描时选取与线圈大小相当的FOV,以防图像的卷褶。采取上述两项措施后,就有可能获取更大的SNR。4.腔内线圈适用问题腔内线圈是为了弥补表面线圈成像深度不足而出现的一种新型线圈。它的特点是结构比较复杂,放置难度大。因此,它的选用和放置都要谨慎。信号检测和射频线圈的基本要求一、NMR信号的检测在NMR波谱仪中,信号的检测可采用感应(布洛赫)法、电桥法和弱(边限)振荡器等 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。在MRI成像系统中则广泛应用各种成像线圈。即仅用感应法来检测NMR信号。该方法采用两个互相垂直的线圈,分别进行射频发射和共振信号的接收,因而有叫双线圈感应发或交叉线圈法。二、射频线圈的基本要求1.对射频线圈的总要求线圈的设计要充分考虑MRI系统的基本要求。这些要求主要包括一下几个方面:RF线圈对谐振频率要有高度选择性;必须有足够大的线圈容积(成像空间);产生的射频场在整个容积内要尽可能均匀;从几何结构上要保证线圈具有足够大的填充因数;线圈本身的信号损耗要小;能经受一定的过压冲击;在被检体上的射频功率沉积要少。2.线圈容积与谐振频率的考虑RF线圈的有效空间与其谐振频率之间有着密切联系。线圈工作频率的上限受电感和分布电容的共同影响。线圈的体积越大、工作频率越高,线圈的设计就越困难。对于15MHz以上工作频率的体线圈,一般不考虑采用线绕线圈,而是用具有更高工作频率的RF谐振器。二者的不同之处在于,前者为集总参数的谐振电路,后者是利用分布参数实现谐振的电路,其工作原理与传输线的谐振类似。3.关于线圈电感的考虑线圈设计的另一个原则是必须尽量减小线圈的等效电阻。除了可以提高谐振频率外,采用小电感RF谐振器还有两个优点。一是它有利于降低发射脉冲的电压值。另一个是它将有利于减少被检体中的杂散电场,而这种杂散电场是造成介质损耗的原因。4.线圈与周围环境的联系线圈的电磁场将不可避免地向外发散。要对线圈进行RF屏蔽。5.正交线圈的应用问题在激发方案上,最好采用正交激发和正交接收的设计。这就要求选好线圈类型和几何结构,因为有些结构的线圈是不易正交化的。6.射频场均匀性的问题射频场的均匀性决定这图像的空间均匀性。多采用以大发射线圈进行激励、小接收线圈进行接收的方案。这样既能有效提高图像均匀性,有可减少线圈增大后带来的额外噪声。除尺寸之外,线圈的几何性质也常常是决定射频最大均匀性的主要因素。7.线圈的调谐问题线圈的失谐主要是有负载和磁体两方面原因造成的。一方面,当线圈加载即成像体置入线圈后,它的谐振频率要发生变化。另一方面,线圈一进入磁体,他的等效电感就会变小。8.射频穿透的问题人体是一个非均匀导体。射频场作用与人体时,会产生感应电流。射频场的频率越低,组织的电阻率越高,穿透深度就越大。因此,在低场的情况下,要采取必要的措施以防止射频波的穿透。亥姆霍兹线圈是由半径相同而且完全一样的两个圆形线圈组成的线圈对。两线圈平行共轴放置,且二者之间的距离等于其半径。亥姆霍兹线圈1.多匝螺旋管线圈多匝螺旋管线圈产生轴向的RF场,故可用在横向磁场的磁体中。它在工作频率较低的常导磁体波谱仪中使用最多。将螺线管线圈用于成像时,为了进一步提高场强均匀性,需要延长其长度。线圈加长后,它所包容的被检组织增多,这意味着噪声源的扩大。2.单匝螺旋管线圈单匝螺线管线圈是由整块薄导体材料卷制而成的。由于它一改常用的线匝绕法,使得线圈的电感大大变小,故可用在较高频率的MRI系统中。拓宽金属薄片的宽度,使之等于所需的线圈长度,就可保证腔内电磁场的高度均匀性。螺旋管线圈1.四线线圈的原理将4根无限长导体对称排列在正方形的四个顶点上,并在上、下两对导体中分别同意不同方向的电流,导体所围区域中就有磁场产生。四线结构线圈2.矩形四线线圈3.鞍形线圈和椭圆线圈一、工作原理管状谐振器(STR)是一种根据传输线的驻波谐振特性而构成的射频线圈。STR线圈是利用导体中的分布参数进行工作的特殊线圈,除了耦合或调谐电容以外,线圈中没有其他集总参数的原件。当传输线的长度等于导波半波长的整数倍,即满足时,该传输线中就有并联谐振发生。该谐振又称为驻波谐振。二、管状谐振器线圈的组成管状谐振器笼式线圈是1985年由海斯等人推出的有一种用于MRI的射频线圈。这种线圈不仅能提供均匀性高于鞍形线圈的场,而且有高度的对称性,因而可进行正交发射和接收。一、线圈结构与正弦电流分布笼式线圈只要在一个柱形表面上与其轴向平行地设置若干条导线,并使导线上的电流在相位和幅度上均满足正弦分布,就可在柱形空间内获得均匀的横向磁场。二、笼式线圈的原理将倍波长的的传输线绕成环形,可在所围区域中获得均匀的横向磁场。海斯及其同伴们首尾相接的二线传输线的两平行导线之间加入若干个同样大小的集总参数电容,并使其在周围内等距排列,就使传输线的谐振波长大大缩短,从而发明了著名的笼式线圈。三、笼式线圈的电路结构笼式线圈可分为低通型和高通型两类。低通型笼式线圈的N个电容对称的接在两个端环之间,连接电容和端环的导线称为笼式线圈的腿或列线。高通型笼式线圈的N个电容则等距地串在两个端环上,且每个电容两端均有列线相邻。表面线圈就是成像时不包容成像体而仅将其置于成像部位或器官表面的线圈。与体线圈相比,它的SNR要高的多。一、表面线圈的原理将同轴线折成一个半径为a的圆环,并使其谐振在特定的工作频率,就构成了一个最简单的表面线圈。还可将表面线圈看做非常短的螺线管,它的一半磁能储存在被检体中。表面线圈的高灵敏度仅限于与线圈大小相当的表面区域。随着与感兴趣区间的距离的增大,这种线圈的灵敏度将大大降低。二、表面线圈的大小和成像深度的关系线圈的半径越小,在被检体表面获得的SNR就越高,但随着深度的增加,半径越小的线圈其SNR下降得越快。这说明线圈越大,它的有效成像深度就可能越深,但它的SNR又较低。表面线圈匀场和超导磁体的运行磁体系统是MRI设备的重要组成部分,其性能直接影响最后的图像质量。因此,设计高品质的磁体系统一直是MRI制造商所追逐的目标之一。匀场常用的匀场方法有无源和有源两种无源匀场无源匀场是指在磁体孔洞内壁上贴补专用的小铁片(匀场片),以提高磁场均匀性的方法。无源匀场一般是一次性的,即在超导磁体安装完毕后进行一次。匀场线圈和有源匀场匀场线圈由若干个小线圈所组成。这些小线圈分布在圆柱形匀场线圈骨架表面,构成以磁体中心为调节对象的线圈阵列。有源匀场是指通过适当调整匀场线圈阵列中各线圈的电流强度,使其周围的局部磁场发生变化来调节主磁场以提高磁场整体均匀性的过程。超导磁体的内部结构超导线圈的绕制材料当超导体的直径小于临界尺寸时才能达到绝热状态下的稳定。这就促使人们研制出超导细丝,做成所谓的多芯复合超导线来绕制磁体线圈。超导环境的建立和励磁MRI磁体超导环境的建立通常需要下述步骤。真空绝热层抽真空磁体预冷用液氮进行初冷吹除液氮液氦容器抽真空用液氦预冷超导环境建立励磁励磁又叫充磁,是指超导磁体系统在磁体电源的控制下逐渐给超导线圈施加电流,从而建立预定磁场的过程。最佳电流超导磁体中,超导线圈的电流引线是不能用超导材料制作的,这样,大电流下电流引线两端哪怕出现很小的压降都有可能使其烧毁。因此超导磁体设计中有一个“最佳电流”的概念。在这个电流下工作时是安全的,当超过时,引线两端的压降就会急速上升,其后果是严重的。持续电流模式励磁结束后,就可通过超导开关切断供电电源,此后强大的电流便在超导线圈中永无休止地流动起来,从而产生高稳定度的磁场。持续电流开关超导磁体充磁时,电流到了预定的数值就要适时的切断供电电源,去磁时又要迅速将磁体储存的能量泄去。实现这一特殊功能的设备就是持续电流开关。失超及其保护所谓失超,就是超导体因某种原因突然失去超导特性而进入正常态的过程。磁体本身结构和线圈因素超导材料不稳定磁体超低温环境破坏人为因素失超保护外电阻保护电路分段保护电路THANKS
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