第十三章 磁共振成像设备
概念：是利用原子核在磁场内共振产生的信号，经计算机处理显示人体内部解剖结构的一种影像装置叫MRI设备。
第一节 概述
一、 磁共振成像的发展简史
1.1946年美国哈佛大学的伯塞尔（E·Purcell）和斯坦福大学的布洛赫（F·Bloch）两个小组分别在水与石蜡中独立地发现MR现象（即处在某一静磁场中物质的原子核受到相应频率的电磁波作用时，在它们核能级之间发生共振跃迁现象，1952年为此获诺贝尔奖； 2.1967年首次用MRI设备测试活人体；
3.1973年美国劳特布尔（Lauterbur）成功获得了第一幅MRI模型的二维影像，1974年曼斯菲德（ Mansfields）研制出脉冲梯度法选择成像断层方法。1975年，恩斯特（Ernst）研制出相应编码成像方法；
4.1977年爱特斯坦（ Edelstein）、赫切逊（Hutchison）研究出自旋扭曲成像法，1978年，达马丁用扬聚焦法获人体头、胸、腹磁共振图像；
5.1980年阿勃亭（Aberdeen）小组发表了利用傅里叶变换成像方法，为目前采用的方法； 6.1983年MRI设备进入市场，广泛开始运用；
二、 磁共振成像的特点及临床应用 （一） 磁共振成像的特点
1.多参数成像 成像的组织参数有氢核（质子）密度N（H）、纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2及体向液体的流速V；
2.任意截面成像 可方便地作横断面、冠状面、矢状面、任意斜位等方位成像； 3.高的软组织对比成像，软组织对比度明显高于X线CT；
4.高的组织学、分子学特征 不仅提供解剖及病理形态变化信息，还提供有关分子水平诊断信息；
5.多种特殊成像、血管成像、磁共振电影、水、脂成像、脑功能成像；
6.多种伪影因素 MRI产生的伪影因素比其它成像设备多,严重影响图像质量，常有化学位移伪影、非自主性运动伪影、自主性伪影、流动伪影、静电伪影、铁磁性金属伪影；
7.高的成像速度 目前大多MRI成像还不十分快，但高速MRI设备成像速度超过螺旋CT； 8.无电离辐射，对人体无明显损害。 （二）磁共振成像缺点 1.扫描速度慢； 2.影像易出现伪影； 3.定量诊断困难；
4.对钙化灶和骨皮质病灶不敏感；
5.禁忌症多; ①金属异物含产生金属伪影；
②早孕者（三个月内）须慎重对待；
③不安静者（恐惧者、婴幼儿、高危病人）由于MRI扫描时间长，无法控制不自主运动及不合作的病人，高危病人由于生命监护仪含铁磁物质，不能接受此项检查； ④由于射频线圈的电流所致组织中产生热，故高热或散热功能障碍者不宜作MRI检查；
6检查费用高，设备大；
（三）磁共振成像的临床应用
1.全身MRI，用于全身各处的检查；
2.磁共振血管造影MRA
①常规MRI利用MR的流动效应显示血管不注入对比剂的血管图像； ②注入对比增强血管造影（CE-MRA）；
③经静脉注射顺磁性对比剂产生高信号，用于颅内、外血管造影。 3.磁共振水成像（MRH）：用于对流速慢或停滞的液体（胆汁、唾液）非常灵敏，用于MR胆胰管造影、MR尿路造像、MR涎腺成像、MR输卵管成像； 4.功能磁共振成像（FMRI）：反映脑功能状态的MRI技术；
5.介于MRI：在开放式MRI设备观察下，实现病变精确定位及影像引导，动态观察穿刺针的位置，有利于避免损伤大血管，实时手术操作。
三、 磁共振成像的主要技术参数 1.组织参数：质子密度（P），纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2、化学位移、液体流速和波动； 2.设备参数：磁场强度、梯度磁场强度、切换率、线圈特性、测量条件。
四、 磁共振成像设备的组成 MRI设备分类：（1）椐用途分：①临床应用型：主磁体磁场强度在0.5T以下；
②临床研究型：磁场强度在1.0T以上。
（2）椐主磁场产生的方法分：①永磁型； ②常导型；
③超导型； ④混合型。
MRI设备主要组成：磁体系统、谱仪系统、计算机和影像处理器、检查床、控制柜、人机对话的控制台。
（一）磁体系统：由主磁体、梯度线圈、匀场线圈和射频线圈组成； 功能：产生和发生信号的主体部份。 1. 主磁体——作用是产生静态磁场
它使人体组织内的氢质子在磁场内形成磁矩，并沿磁场方向自旋，常用磁体有永久磁体、常导磁体和超导磁体；
2.梯度磁场 包括梯度线圈和梯度发生系统
梯度线圈是装在磁体内用于产生X、Y、Z三维空间线性变化的梯度磁场的，为三个正交的直流线圈；
3.射频磁场 包括射频线圈和射频发生系统
射频线圈装在主磁体梯度线圈内径和成像体的外径之间，产生的射频场与主磁场垂直，用于产生接收信号；
4.匀场磁场——由垫补线圈产生
用于提供辅助磁场以补偿磁共振系统中主磁场的不均匀性。
（二） 谱仪系统——产生磁共振现象并采集磁共振信号
1.射频发生系统——产生短而强的脉冲式射频磁场，便于核自旋产生MR现象，包括射频振荡器，脉冲程序控制器，发射线圈等；
2.射频接收系统——接收人体产生磁共振信号,经放大处理，供数据采集系统使用。 （三）计算机影像重建系统——完成数据采集、累加、傅里叶变换、数据处理和图像显示 1.数据采集：将相敏检波器的模拟量转变为数字量，送入信号处理系；
2.信号处理：将数字化信号，进行傅里叶变换运算，得出频率数字化函数后行图像重建； （四）影像显示——常用黑白显示图像；
第二节 主磁体系统
一、 主磁体的性能指标：磁场强度、磁场均匀度和磁场稳定度是衡量磁体性能的三大要素。 （一） 磁场强度——指MRI设备的静磁场强度
磁场强度的选择条件：考虑信噪比，生物的穿透力和人体安全性；
磁场强度分类：≤0.3T称低场强，用于永磁型MRI设备。高于0.3T至等于1.0T称为中场强，高于1.0T称为高场强，主要用于超导型MRI设备； 磁场强度提高产生的结果：①信号强度增强、信噪比提高；
②T1弛豫时间变长：当TR为定值时，使信号强度降低；
③共振频率变高，自旋加快使运动伪影、化学伪影加多；
④MRI设备成本提高；
⑤逸散磁场增大；
⑥高斯线的边界更远、机房增大、建筑费加大。
（二） 磁场均匀度——指在特定容积限度内磁场的同一性程度
意义：为MRI设备中一个很重要的指标，它决定MRI影像质量好坏； 均匀度表示方法：用磁场不均匀度（10.即百分之一）大小来衡量；
磁场不均匀度越小，磁场均匀度越好 Bmax-Bmin BO -6-6-6
磁场不均匀度（10）= ×10= ×10 BO B -6
式中：10为某一限定的空间范围，亦为一个偏差单位，PPM；
-6
BO为主磁场中心磁感应强度；
BO为磁感应强度最大值与最小值之差（GS）
-6
上式表示：磁场均匀度与主磁场的大小有关，例：同样是5×10，在1.5T的MRI设备中，磁场
-6
均匀度的偏差为5×1.5×10T（0.0075MT），而在0.3T的MRT设备中磁场均匀度的偏差为
-6
5×0.3×10T（0.0015MT）；
结论：静磁场均匀性越差、偏差越大、影像质量越差。 （三） 磁场稳定度——当受磁体附近铁磁性物质、环境温度或匀场电源漂移等因素影响时，磁场
的均匀度或场值变化的程度。用磁场漂移程度来衡量稳定度； 意义：当稳定度下降，磁场的变化率增高，影响图像质量； 分类：1.时间稳定度——指磁场随时间而变化的程度，若一次检查时间内磁场值发生了一
定量的漂移它就会影响影像质量，一般磁场在短时间（1-2H），漂移应小于5PPM（5
-6-6
×10），长时间（以8H为周期），漂移量应小于10PPM（10×10）； 2.热稳定度——指磁场随温度而变化产生漂移程度，永磁体和常导磁体对环境温度
的要求很高，超导磁体要求低；
（四）有效孔径——指梯度线圈、匀场线圈、射频体线圈和内护板等部件均安装完毕后所得到的
空间（实际磁体孔径大于有效孔径）；
实际运用中，磁体的有效孔径须足以容纳人体为宜，内径＞65CM。 （五）磁场的逸散度——主磁体向周围形成的逸散磁场的磁力范围大小。
逸散磁场的影响：对邻近铁磁物体产生强吸引力，使人体或其他医疗仪器受到不同程度损害、干扰和破坏。
二、 主磁体的种类与特点
（一） 永磁体——最早用于MRI全身成像的磁体 1. 永磁体的结构
由多块永磁材料（稀土钴）拼接而成，排布时，既要构成一定的成像空间，又要达到磁场均匀度尽可能高的要求，两极块须用磁性材料连接构成磁回路，减少磁体周围杂散磁场。 分类：环形和轭形两种
2. 永磁体的特点
（1） 优点：永磁体结构简单、造价低、场强可达到0.3T、消耗功率小、维护费用低、杂散磁
场小；
（2） 缺点：①磁场强度较低；②永磁体的磁场均匀性差； 3. 永磁体的恒温控制
主磁体温度应控制在32.5C°时，当主磁体温度低于32.5 C°时，其恒温控制器通过主磁体上直流温度加热器对其加温，使温度升高，当温度升到32.5 C°时，恒温控制器停止工作，而周而复始，保持在32.5 C°左右；
（二） 常导磁体 1.常导磁体的结构
是空心电磁铁线圈，由两对大小不同的线圈组成，内侧为大线圈时，外侧为小线圈时，四个线圈排布在一个球形空间上，彼此平行。
线圈由高导电性的金属导线或薄片绕制成（如铜或铝）
2 常导磁体的特点
（1） 优点：结构简单造价低，可用减小半径或加大线圈电流来提高常导型磁体场强； （2） 缺点：①功耗大、运行费用高，线圈电流每增加一倍，其功耗将增加4倍；
②磁场稳定度差；线圈电源的波动直接影响磁场的稳定； ③均匀度差，常导磁体线圈小，降低了磁场均匀度；
④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变化，影响磁场稳定性。
（三） 超导磁体 1.超导线圈的材料
由于超导体直径小于临界尺寸时才能达到绝热状态下的稳定，故研究多芯复合超导细丝来
绕制磁体线圈，多用铌一钛二元合金丝；
加工时，先给较粗的铌一钛棒敷铜，并将其插入铜棒钻的孔拉拨，再聚束装入铜套，最后
用常规挤压，轧制拉拨等压力加工至最终尺寸。
2超导线圈的绕制
（1） 以4或6个线圈绕制者，要求有牢固支架，减少线圈间作用力；
（2） 以螺线管绕制者，为获截面上均匀磁场，要在两端增加补偿线圈、弥补长度不定； 3超导体的低温保障结构
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