磁體、梯度場(chǎng)線圈和射頻線圈是ＭＲ成像設(shè)備的重要物理部件。它們的主要技術(shù)性能參數(shù)是磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻度、磁場(chǎng)穩(wěn)定性、邊緣場(chǎng)的空間范圍、梯度場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和線性度、射頻線圈的靈敏度等。成像系統(tǒng)的主要用戶功能是數(shù)據(jù)采集、影像顯示和影像分析等。
    磁共振成像設(shè)備有以下基本組成部分：①產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體和磁體電源；②梯度場(chǎng)線圈和梯度場(chǎng)電源；③射頻發(fā)射/接收機(jī)；④系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)；⑤成像操作和影像分析工作臺(tái)；⑥活動(dòng)檢查床。
    這些部分之間通過控制線和數(shù)據(jù)線及接口電路聯(lián)接起來組成完整的設(shè)備。這里著重討論對(duì)磁共振成像和影像質(zhì)量有決定性作用的物理部件，介紹它們的工作原理、特性和技術(shù)指標(biāo)。這些物理部件包括產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體、產(chǎn)生梯度場(chǎng)的梯度場(chǎng)線圈、用于射頻發(fā)射和信號(hào)接收的射頻線圈。另外，ＭＲ成像設(shè)備必須有為用戶提供的軟件程序。用戶通過操作系統(tǒng)的終端利用這些程序，根據(jù)需要進(jìn)行影像采集、影像顯示和影像分析。
    一、磁體
    1.磁體的性能參數(shù)
    產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體是ＭＲ成像系統(tǒng)的核心。磁場(chǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)是磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻度、磁場(chǎng)的時(shí)間穩(wěn)定性和邊緣場(chǎng)的空間范圍等，它們對(duì)影像質(zhì)量有重要影響。
    (1)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度  ＭＲＩ所用的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度從0.02T到4T，范圍相當(dāng)寬。因?yàn)樯锝M織中含有大量質(zhì)子，而且，質(zhì)子的旋磁比大，所以，即使磁感 應(yīng)強(qiáng)度很低的磁場(chǎng)也能實(shí)現(xiàn)質(zhì)子磁共振成像。但是，磁感應(yīng)強(qiáng)度越高，組織的磁化程度越大，產(chǎn)生的磁共振信號(hào)越強(qiáng)。在一定范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度越高，影像的信噪比越大，因信噪比近似與磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系。磁共振頻譜分析和化學(xué)位移成像要求的頻譜分辨率很高，只能用磁感應(yīng)強(qiáng)度很高的系統(tǒng)進(jìn)行。高磁場(chǎng)也有不利因素，主要是在高磁場(chǎng)條件下，射頻頻率高，人體對(duì)射頻能量的吸收增加，射頻對(duì)人體的穿透能力減小，同時(shí)因水和脂肪之間不同的化學(xué)位移引起的偽影的影響也不可忽略。
    磁共振成像用的磁體有永久磁體、常導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁體3種。目前，大多數(shù)ＭＲ成像系統(tǒng)采用超導(dǎo)磁體，磁感應(yīng)強(qiáng)度低的工作在0.3T，高的工作在2.0T，甚至4.0T或更高。
    (２)磁場(chǎng)的均勻度  磁共振成像需要均勻度很高的磁場(chǎng)。非均勻磁場(chǎng)引起一個(gè)體素內(nèi)質(zhì)子共振頻率范圍加寬。在成像區(qū)域范圍內(nèi)的磁場(chǎng)均勻度是決定影像的空間分辨率和信噪比的基本因素。磁場(chǎng)均勻度還決定系統(tǒng)最小可用的梯度場(chǎng)強(qiáng)度。
    磁場(chǎng)均勻度的定義是：成像范圍內(nèi)兩點(diǎn)之間磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大偏差ΔＢ與標(biāo)稱磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ０之比，一般要求為百萬分之幾。根據(jù)拉莫爾方程，磁場(chǎng)均勻度也可等價(jià)地用兩點(diǎn)之間的最大頻率差Δｆ與中心頻率ｆ０之比定義。例如，如果1.0T的磁場(chǎng)在40ｃｍ直徑球體范圍內(nèi)測(cè)量的最高和最低頻率分別為42.580426兆赫和42.579824兆赫，那么，該磁場(chǎng)的均勻度為602 Ｈｚ/42.58 ＭＨｚ≈14×10－6＝14／1 000000(14ppm)。
    磁場(chǎng)均勻度由磁體本身的設(shè)計(jì)和具體的外部環(huán)境決定。磁場(chǎng)均勻度與磁體類型有關(guān)。一般要 求磁體的成像區(qū)域越大，所能達(dá)到的磁場(chǎng)均勻度越低。
    兼有化學(xué)位移頻譜分析和成像功能的ＭＲ系統(tǒng)，要求能鑒別不同原子位置上極小的頻率偏移，即能夠分辨非?？拷目臻g譜線，需要的磁場(chǎng)均勻度更高。
    (３)磁場(chǎng)穩(wěn)定性  磁場(chǎng)穩(wěn)定性是衡量磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間而漂移的程度的指標(biāo)。在成像序列周期內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的漂移對(duì)重復(fù)測(cè)量的回波信號(hào)的相位有影響，并引起影像失真和信噪比降低。磁場(chǎng)穩(wěn)定性與磁體類型和設(shè)計(jì)質(zhì)量有關(guān)。需要磁體電源的常導(dǎo)磁體，磁場(chǎng)穩(wěn)定性取決于電源的穩(wěn)定性。永久磁體的穩(wěn)定性主要受環(huán)境溫度變化的影響，因?yàn)闇囟茸兓瘯?huì)引起磁體幾何參數(shù)的改變。超導(dǎo)磁體不存在上述問題，在3種磁體中穩(wěn)定性最好。1.0T的超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性在0.1ppm/h以上。
    鐵磁性物體或金屬物體在磁體周圍的邊緣場(chǎng)中移動(dòng)會(huì)對(duì)磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生擾動(dòng)，從而破壞磁場(chǎng)的穩(wěn)定性，破壞的程度同這些物體的質(zhì)量大小及它們離磁體的遠(yuǎn)近有關(guān)，要根據(jù)邊緣場(chǎng)延伸的范圍大小對(duì)這些物體允許接近磁體的距離加以限制。
    (４)邊緣場(chǎng)的空間范圍   邊緣場(chǎng)指延伸到磁體外部的磁場(chǎng)。邊緣場(chǎng)延伸的空間范圍與磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁體孔徑大小有關(guān)。邊緣場(chǎng)有可能對(duì)在它范圍內(nèi)的電子儀器產(chǎn)生干擾，這些電子儀器也通過邊緣場(chǎng)對(duì)內(nèi)部磁場(chǎng)的均勻度產(chǎn)生破壞作用。減小邊緣場(chǎng)的途徑是采用有源或無源屏蔽措施。有源屏蔽是在磁體線圈中加一組線圈，用它產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消掉磁體線圈產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)。無源屏蔽是在磁體周圍用鐵磁性材料建一個(gè)圍墻，限制外部磁場(chǎng)的延伸。即使采取了屏蔽措施， 
 

圖5-26 無限長(zhǎng)螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)

    仍然要限制移動(dòng)的金屬物體與磁體接近的距離。
    2.常導(dǎo)（電阻）磁體
    (1)常導(dǎo)磁體線圈  電流從中流過的普通導(dǎo)體周圍存在磁場(chǎng)，電流的強(qiáng)度、電流流通路徑的幾何特性決定所建立的磁場(chǎng)的強(qiáng)度、方向和空間均勻度。從理論上說，將載流導(dǎo)體沿圓筒表面繞成無限長(zhǎng)螺線管，
   
圖5-27 球體內(nèi)部的磁場(chǎng)

    螺線管內(nèi)就建立起高度均勻的磁場(chǎng)，如圖5-26所示。
    將載流導(dǎo)體緊密安排在一個(gè)球形表面上形成均勻分布的電流密度，球形表面內(nèi)部的磁場(chǎng)也是高度均勻的，如圖5-27所示。因?yàn)榇朋w實(shí)際只能采用有限的幾何尺寸，而且，必須有供人體進(jìn)出的進(jìn)出口，所以，實(shí)際磁體線圈只能采用與理想結(jié)構(gòu)近似的形式。
    無限長(zhǎng)螺線管的近似結(jié)構(gòu)是有限長(zhǎng)度的螺線管，它靠圓柱對(duì)稱的幾何形狀建立螺線管內(nèi)部的均勻磁場(chǎng)。實(shí)際上，均勻磁場(chǎng)只能建立在螺線管中一個(gè)長(zhǎng)度有限的區(qū)域。增加螺線管兩端導(dǎo)線的匝數(shù)可以擴(kuò)大這個(gè)均勻區(qū)域的范圍。也可以在螺線兩端與它同軸地各附設(shè)一個(gè)半徑稍大的薄線圈， 

圖5-28 補(bǔ)正線圈示意圖

利用這兩個(gè)輔助線圈電流的磁場(chǎng)抵消螺線管兩端磁場(chǎng)隨軸向位置的變化，如圖5-28所示。
    球形磁體線圈的最簡(jiǎn)陋的近似形式是霍爾姆茲（Helmboltz）線圈。這是一對(duì)半 徑相等的同軸線圈，軸向距離等于線圈半徑，兩個(gè)線圈的導(dǎo)線沿相同方向流過相等的恒定電流。這種線圈只能在線圈對(duì)中心一個(gè)小體積范圍建立均勻磁場(chǎng)。 

圖5-29 球型分布的磁體線圈

 
    擴(kuò)大均勻磁場(chǎng)范圍的途徑是增加線 圈對(duì)數(shù)目。 雙線圈對(duì)結(jié)構(gòu)將4個(gè)線圈同軸地安排在一個(gè)球形表面內(nèi)，中心2個(gè)線圈的半徑 比兩邊2個(gè)線圈的半徑大。場(chǎng)強(qiáng)為1.5T的四線圈結(jié)構(gòu)，在35cm直徑球體內(nèi)的磁場(chǎng)均 勻度可達(dá)100ppm，再增加1對(duì)線圈可以在更大范圍獲得均勻度更高的磁場(chǎng)。一個(gè)由 6個(gè)線圈組成的磁體線圈的結(jié)構(gòu)如圖5-29所示。
    (２)常導(dǎo)磁體的勻場(chǎng)線圈  制造磁體線圈的幾何誤差往往使產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)不到要求的均勻度。如有限長(zhǎng)螺線管建立的磁場(chǎng)，其均勻性受非圓柱對(duì)稱因素的影響。線圈繞線的加工誤差和線圈在幾何上的不同軸性，均有損于螺線管的圓柱對(duì)稱性。消除磁場(chǎng)非均勻性的方法稱為勻場(chǎng)。勻場(chǎng)通常利用附加的磁場(chǎng)校正線圈，通過機(jī)械或電氣調(diào)節(jié)建立與磁場(chǎng)的非均勻分量相反的磁場(chǎng)，以將它們完全抵消掉。勻場(chǎng)線圈安裝在磁體線圈內(nèi)部或者外部。有一種勻場(chǎng)線圈是與磁場(chǎng)線圈串聯(lián)的，兩者的相對(duì)位置可以調(diào)節(jié)，這種勻場(chǎng)線圈也叫平衡線圈。有一種勻場(chǎng)線圈是與磁場(chǎng)線圈分開單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的，位置固定，這種勻場(chǎng)線圈也叫補(bǔ)償線圈。平衡線圈能夠修正場(chǎng)的軸向非均勻性。補(bǔ)償線圈是正交的鞍型線圈，既可修正軸向非均勻性，也能修正橫向非均勻性。
    除了利用專門附設(shè)的線圈勻場(chǎng)外，勻場(chǎng)還可利用其他方法。例如，通過給梯度線圈引入電流以補(bǔ)償磁場(chǎng)的非均勻性。
    (３)常導(dǎo)磁體的特性  制造常導(dǎo)磁體的銅或鋁導(dǎo)線有一定電阻，所以，常導(dǎo)磁體也稱為電阻磁體，磁體線圈中的電流需要驅(qū)動(dòng)電源來維持，電源輸出的功率與場(chǎng)強(qiáng)的平方成正比。常導(dǎo)磁體導(dǎo)線的過大的功率損耗使它被限于用在磁感應(yīng)強(qiáng)度低于2.0T的場(chǎng)合。另外，為了消除線圈電阻上的功率消耗產(chǎn)生的熱量，以避免磁體升溫對(duì)磁場(chǎng)穩(wěn)定性的影響，常導(dǎo)磁體需要給磁體線圈散熱或冷卻的機(jī)構(gòu)。電阻磁體激磁后要經(jīng)過20min到幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間磁場(chǎng)才能維持穩(wěn)定。為了減少每個(gè)工作日投入使用前的等待時(shí)間需要采取某些措施，這使常導(dǎo)磁體的運(yùn)行和維護(hù)頗不方便。
    直徑80cm的螺線管磁體，如果周圍環(huán)境沒有鐵磁性材料，未經(jīng)勻場(chǎng)可達(dá)到50cm直徑球體范圍內(nèi)120ppm的均勻度和40cm直徑球體范圍內(nèi)30ppm的均勻度。采用勻場(chǎng)措施后，在直徑20cm的球體范圍內(nèi)的磁場(chǎng)均勻度可優(yōu)于10ppm。磁體溫度變化在成像期間可以控制在±０.２℃，這個(gè)溫度變化引起的磁場(chǎng)變化相當(dāng)于400ppm的非均勻性。
    常導(dǎo)磁體的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低。但是，工作磁場(chǎng)強(qiáng)度比較低，磁場(chǎng)均勻度差，限制了常導(dǎo)磁體的推廣應(yīng)用。
    3.超導(dǎo)磁體
    超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)線圈和勻場(chǎng)線圈的設(shè)計(jì)原理與電阻磁體的基本相同。不過，超導(dǎo)磁體的線圈是用超導(dǎo)體導(dǎo)線繞制的。因超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性在接近絕對(duì)零度的低溫條件下才能表現(xiàn)出來，所以，超導(dǎo)線圈周圍需要液氦為它提供低溫環(huán)境。
   (1)超導(dǎo)性和超導(dǎo)材料  所謂超導(dǎo)性是指在低溫下某些導(dǎo)體完全沒有電阻，導(dǎo)電性超過常溫下的優(yōu)良導(dǎo)體。只有某些金屬具有這種特殊的導(dǎo)電性。材料出現(xiàn)超導(dǎo)性的最高溫度叫臨界溫度。已知的超導(dǎo)材料的臨界溫度非常低，最高的為20Ｋ。超導(dǎo)性是在臨界溫度以下，電子被冷凍到這樣一種狀態(tài)，它們組成電子對(duì)而不再是自由電子。所有電子對(duì)的運(yùn)動(dòng)速度低于金屬中的聲速。因這樣的速度電子和晶格之間沒有動(dòng)量和能量傳遞，所以，電子對(duì)在晶格中的運(yùn)動(dòng)不受任何阻力，這就是說，材料的電阻完全喪失。
    在超導(dǎo)狀態(tài)，微弱的外部磁場(chǎng)只能穿透超導(dǎo)體表面一個(gè)薄層，這個(gè)表層的厚度叫穿透深度，小于10－6cm。超導(dǎo)體內(nèi)部的磁化率等于零，這是由于磁場(chǎng)與電子對(duì)相互作用，在超導(dǎo)體表面產(chǎn)生電流。這種表面電流起屏蔽外磁場(chǎng)的作用。這導(dǎo)致超導(dǎo)體中存在超導(dǎo)和常導(dǎo)兩個(gè)區(qū)域，兩個(gè)區(qū)域之間的分界的最小厚度叫相關(guān)長(zhǎng)度。根據(jù)相關(guān)長(zhǎng)度和穿透深度的關(guān)系，超導(dǎo)體被分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型超導(dǎo)體的相關(guān)長(zhǎng)度大于穿透深度，通常是單質(zhì)金屬材料；Ⅱ型超導(dǎo)體的相關(guān)長(zhǎng)度小于穿透深度，通常是合金材料。
    (2)超導(dǎo)磁體的基本結(jié)構(gòu)　超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)線繞在特制的線圈支架上，支架采用非磁性材料，一般是鋁合金，其機(jī)械強(qiáng)度可承受洛侖茲電磁力的作用而不致發(fā)生變形 。支架上均勻分布著精密加工出來的導(dǎo)線溝槽以裝嵌螺旋線圈。也可以將精密繞制的超導(dǎo)線 圈組安裝在一個(gè)鋁制圓筒內(nèi)，線圈位置允許作適當(dāng)調(diào)節(jié)。線圈的制作精度要求相當(dāng)高，因?yàn)?，如果?dǎo)線線徑有１/5的誤差，磁場(chǎng)均勻度會(huì)降低10ppm；線圈中心部分少一匝導(dǎo)線會(huì)引起40ppm的誤差。線圈的設(shè)計(jì)還要考慮便于采取勻場(chǎng)措施和減小邊緣場(chǎng)的措施。
    超導(dǎo)線圈的低溫環(huán)境由低溫恒溫器保障。超導(dǎo)線圈整個(gè)浸沒在液氦中。為了維持恒溫并減少液氦蒸發(fā)，盛液氦的杜瓦嵌套在盛液氮的杜瓦之內(nèi)，或者置于由低溫氦氣形成的屏蔽室內(nèi)，以盡可能減小熱量通過傳導(dǎo)、對(duì)流或輻射途徑向液氦的傳輸。通過輻射途徑傳輸?shù)臒崮芤鹨汉さ恼舭l(fā)量最大，這要求制造恒溫器有非常高的工藝水平。有氦氣屏蔽室的低溫恒溫器內(nèi)可安裝致冷頭，

    圖5-30超導(dǎo)磁體的電路原理
    利用外部的氦壓縮機(jī)進(jìn)行致冷。
    低溫恒溫器的頂部（已安裝的磁體上方）有液氦和液氮的加注口和排放孔，以及供線圈激磁、液面顯示和緊急退磁裝置用的引線，這些引線用高絕熱材料支持和封固起來進(jìn)入恒溫器，它們向恒溫器的熱傳導(dǎo)被降到最低限度。
    (3)超導(dǎo)磁體的永久工作方式  圖5-30是超導(dǎo)磁體的電原理圖，圖中表示出了超導(dǎo)線圈、開關(guān)元件、超導(dǎo)線的焊接點(diǎn)和超導(dǎo)線圈的分流電阻。 
圖5-30 超導(dǎo)磁體的電路原理

    在超導(dǎo)磁體激磁期間，加熱器接通，使作開關(guān)元件用的一段超導(dǎo)體處于常導(dǎo)狀態(tài)，對(duì)超導(dǎo)體線圈起分流作用。激磁電流從激磁電源出發(fā)通過超導(dǎo)磁體線圈循環(huán)流動(dòng)，當(dāng)電流逐漸上升到能使線圈建立起要求的工作場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，加熱器斷開，作開關(guān)元件的一段超導(dǎo)線在低溫下失去電阻，整個(gè)超導(dǎo)線構(gòu)成一零電阻閉合回路。此時(shí)，激磁電源即使被切斷，超導(dǎo)線回路中的電流仍將沿回路繼續(xù)不斷循環(huán)流動(dòng)。
    超導(dǎo)磁體在工作場(chǎng)強(qiáng)建立之后，將超導(dǎo)線圈與激磁電源脫離，超導(dǎo)線圈中電流仍能永久性地循環(huán)流動(dòng)，并且，工作場(chǎng)強(qiáng)能夠維持不變，這就是超導(dǎo)磁體的永久工作方式。
    超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)一旦建立就不需要維持磁場(chǎng)的外部電源，這是超導(dǎo)磁體的優(yōu)點(diǎn)之一。由于有這種特性，激磁完成之后，超導(dǎo)線圈和激磁電源之間的引線便可拔掉，這有利于減少周圍環(huán)境中的熱量向低溫恒溫器的傳導(dǎo)。
    理論上，超導(dǎo)體導(dǎo)線沒有電阻，超導(dǎo)線圈中的電流和建立的磁場(chǎng)可以無限制地維持不變。但由于線圈導(dǎo)線的總長(zhǎng)度達(dá)20～30km，它必須用多段超導(dǎo)線焊接而成，焊接處避免不了出現(xiàn)電阻。而電流渡過電阻導(dǎo)致能量的消耗。所以，實(shí)際上超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)將指數(shù)式地緩慢衰減（時(shí)間常數(shù)τ是線圈的總電感與總電阻之比）。
    (4)失超和限制失超的措施  Ⅱ型超導(dǎo)體能在很高磁場(chǎng)下維持超導(dǎo)性。但是，當(dāng)電流密度達(dá)到允許的最大值時(shí)，Ⅱ型超導(dǎo)體將處在不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，即可能變?yōu)殡娮鑼?dǎo)體。為說明這一點(diǎn)，假設(shè)磁體線圈是用單股線繞制的，因?qū)Ь€的走向與磁場(chǎng)方向垂直，超導(dǎo)線一側(cè)的屏蔽電流與激磁電流方向相同，相反一側(cè)的屏蔽電流與激磁電流方向相反。在臨界狀態(tài)，屏蔽電流與激磁電流同向的一側(cè)的總電流要超過允許的最大值。另外，因磁場(chǎng)的任何變化伴隨有磁通量（磁通在與電流和磁場(chǎng)軸線垂直的方向）的改變，磁通量變化產(chǎn)生的熱使允許的最大電流強(qiáng)度下降，這引起更大的磁通量變化和更多的熱產(chǎn)生。這是個(gè)正反饋過程，它最終導(dǎo)致超導(dǎo)體迅速向電阻導(dǎo)體轉(zhuǎn)變，蓄積的能量在電阻中迅速消耗，磁場(chǎng)迅速消失。
    超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮鑼?dǎo)體稱為失超。為了避免失超發(fā)生，需要使超導(dǎo)體允許的臨界電流值盡量高。就具體措施來說，可以將超導(dǎo)合金纖維（直徑10μm）導(dǎo)線嵌埋在銅基底中，讓銅在通量突變期間對(duì)超導(dǎo)線起分流作用和限制熱量的產(chǎn)生，并使熱量不向超導(dǎo)體其他部分蔓延。另外，要從工藝上保證超導(dǎo)線的焊接點(diǎn)引入的電阻極小。
    磁通量突變產(chǎn)生的熱絕大部分被銅基底傳導(dǎo)給液氦，液氦蒸發(fā)使熱量散失而不致引起很大溫升，為了使激磁期間磁通量突變產(chǎn)生的熱能充分被液氦吸收，激磁過程應(yīng)逐步緩慢進(jìn)行。這期間液氦的揮發(fā)量相當(dāng)大，必須隨時(shí)大量地補(bǔ)充。
    已經(jīng)建立磁場(chǎng)的超導(dǎo)線圈有可能通過上述機(jī)制返回常阻狀態(tài)而發(fā)生失超。在失超發(fā)生時(shí)，磁場(chǎng)能量將迅速耗散，線圈中產(chǎn)生的熱引起液氦急劇蒸發(fā)，低溫氦氣從排放管猛烈向外噴發(fā)。超導(dǎo)線的失超部分可出現(xiàn)由幾千伏高電壓引起的強(qiáng)大電弧，它可能使線圈被燒毀。不過，現(xiàn)代磁體的設(shè)計(jì)使磁體在運(yùn)行中出現(xiàn)失超的可能性極小，即使發(fā)生，也能保證經(jīng)受失超而不會(huì)造成永久性毀壞。
    (5)超導(dǎo)磁體的技術(shù)參數(shù)  磁共振成像系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體有以下主要技 術(shù)參數(shù)：
    磁感應(yīng)強(qiáng)度0.1～4.0T，最常用0.35～2.0T的磁體；
    磁場(chǎng)均勻度10～15ppm（50cm直徑球體）；
    瞬時(shí)穩(wěn)定度≤0.1ppm/h；
    磁體孔徑0.9～1.0m２；
    充磁時(shí)間0.2～0.5h；
    液氦蒸發(fā)率0.1～0.4L/h；
    液氮蒸發(fā)率０～１L/h。
    4.永久磁體
    (1)永久磁體的結(jié)構(gòu)  永久磁體用具有鐵磁性的永磁材料構(gòu)成。鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)作用下易被磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度比外磁場(chǎng)強(qiáng)得多，而且，外磁場(chǎng)被除去之后仍能保持永久性磁化強(qiáng)度。最常見的鐵磁性材料是鐵、鈷、鎳，以及由這些材料制成的合金。
    圖5-31是永久磁體的2種結(jié)構(gòu)形式，圖5-31ａ是環(huán)形耦極結(jié)構(gòu)，圖5-31ｂ是Ｈ形框架結(jié)構(gòu)。環(huán)形耦極結(jié)構(gòu)由8個(gè)大永磁體塊組成，圖5-31ａ中的箭號(hào)所指為磁化方向，孔徑內(nèi)的 
 

圖5-31 永久磁體的2種結(jié)構(gòu) 
磁場(chǎng)是橫向的。Ｈ形框架結(jié)構(gòu)由鐵磁性材料框架和永久磁體塊組成一個(gè)Ｈ形空間，框架提供磁通量回路。永磁體塊上的極靴決定磁場(chǎng)分布的形狀和磁場(chǎng)的均勻性。Ｈ形框架結(jié)構(gòu)比環(huán)形耦極結(jié)構(gòu)更笨重，但邊緣場(chǎng)的延伸范圍小，便于安裝和勻場(chǎng)。
    (2)永久磁體的性能  永久磁體的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.3T。因磁體的幾何參數(shù)易受環(huán)境溫度影響，磁場(chǎng)的溫度穩(wěn)定性差。為保證磁體按要求的穩(wěn)定性工作，必須采用自動(dòng)溫控裝置和配備自動(dòng)頻率溫控裝置。
    常導(dǎo)磁場(chǎng)線圈和永磁體相結(jié)合組成的混合型磁體便于從電氣上進(jìn)行勻場(chǎng)調(diào)節(jié)；永久磁體的橫向磁場(chǎng)適于和螺線管形射頻線圈配合起來成像，并有利于改善信噪比。
    (3)永久磁體有以下主要技術(shù)參數(shù)
    磁感應(yīng)強(qiáng)度0.1～0.3T；
    磁場(chǎng)均勻度≤10ppm；
    瞬時(shí)穩(wěn)定性±0.5％；
    孔徑１×0.5m2；
    ５高斯線范圍橫向2.5m，縱向2m；
    磁體重量約10t。
    5.  3種磁體的比較
    從制造工藝、磁場(chǎng)特性、能源和其他消耗以及價(jià)格方面進(jìn)行比較，3種類型的磁體的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)見表5-1。
表5-1  3種磁體優(yōu)、缺點(diǎn)比較
 

磁體類型	優(yōu)  點(diǎn)	缺  點(diǎn)
電阻磁體	易制造	磁場(chǎng)均勻度有限（40 cm直徑球體３０ppm）
	價(jià)格低	場(chǎng)強(qiáng)有限（＜0.5 T）
	磁場(chǎng)可關(guān)閉	功率消耗大（３０～９０ k W）
		需高穩(wěn)定度電源
		磁場(chǎng)進(jìn)出口受限制
超導(dǎo)磁體	場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)4 T	價(jià)格高
	磁場(chǎng)均勻度高（５０ cm直徑球體１０ ｐｐ ｍ）	需要低溫環(huán)境
	瞬時(shí)穩(wěn)定性好	邊緣場(chǎng)范圍大
		有失超可能
		進(jìn)出口受限制
永久磁體	不要磁場(chǎng)電源	磁場(chǎng)均勻度有限（20 cm直徑球體１０ ｐｐｍ）
	不消耗電功率	場(chǎng)強(qiáng)有限 （小于0.3 T）
	邊緣場(chǎng)有限	對(duì)環(huán)境溫度敏感
	橫向磁場(chǎng)	重量大
	價(jià)格低
	進(jìn)出方便

　

    通過比較，在價(jià)格、能源和各種消耗方面，永久磁體略具優(yōu)勢(shì)，在性能方面，超導(dǎo)磁體最理想。目前，超導(dǎo)磁體ＭＲ成像系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應(yīng)用，常導(dǎo)磁體系統(tǒng)正在被淘汰。
二、梯度場(chǎng)線圈
    1.梯度場(chǎng)的功能和梯度場(chǎng)的強(qiáng)度
    (1)梯度場(chǎng)的功能  磁共振成像系統(tǒng)的梯度場(chǎng)線圈用來產(chǎn)生比較弱的在空間上規(guī)律變化的磁場(chǎng)。這個(gè)隨空間位置變化的磁場(chǎng)疊加在主磁場(chǎng)上，其作用是對(duì)ＭＲ信號(hào)進(jìn)行空間編碼，決定成像層面位置和成像層面厚度。在某些快速成像中利用梯度場(chǎng)的作用產(chǎn)生回波信號(hào)，如成像系統(tǒng)沒有獨(dú)立的勻場(chǎng)線圈，梯度線圈可兼用于對(duì)磁場(chǎng)的非均勻性進(jìn)行校正。
    通常，ＭＲ成像需要3個(gè)相互正交的線性梯度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)空間編碼，因此，需要3個(gè)獨(dú)立的梯度場(chǎng)線圈和它們各自的驅(qū)動(dòng)電源。設(shè)計(jì)梯度場(chǎng)線圈要考慮主磁場(chǎng)的非均勻性程度和磁體的幾何形狀，主要是進(jìn)出磁體空間的通道垂直于還是平行于主磁場(chǎng)； 梯度場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)要與成像技術(shù)及脈沖序列結(jié)合起來考慮， 因?yàn)椴煌上窦夹g(shù)和脈沖序列對(duì)梯度場(chǎng)的開關(guān)速度有不同要求。
    (2)梯度場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度  實(shí)現(xiàn)空間編碼要求成像空間每一特定位置由該點(diǎn)的總磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度唯一確定，線性梯度場(chǎng)的最低梯度必須大于主磁場(chǎng)的非均勻性。否則，磁場(chǎng)的非均勻性將嚴(yán)重影響空間編碼，在２ＤＦＴ成像中引起影像的幾何失真，在投影重建成像中不僅引起幾何失真，還導(dǎo)致空間分辨率降低。確定梯度場(chǎng)梯度大小的原則是：將任一像素位置上由磁場(chǎng)的非均勻性引起的影像模糊限制在這個(gè)像素范圍內(nèi)。這要求梯度強(qiáng)度Ｇｍ滿足如下關(guān)系：
                              Ｇｍ>ΔＢ（Ｎ/Ｄ）
上式中,Ｇｍ是最小梯度場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，ΔＢ是磁場(chǎng)在成像層面視野內(nèi)與中心正常值的最大偏移，Ｎ是影像的像素?cái)?shù)，Ｄ是視野ＦＯＶ的直徑。
    假設(shè)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.15T，磁場(chǎng)均勻度為50ppm，影像矩陣為128×128。那么，在直徑0.4m球體視野內(nèi)成像，要求梯度場(chǎng)強(qiáng)度最小為：
                            Gm＞0.15×50×10－６×128/0.4＝0.24×10－4T/cm
    另一方面，為使每個(gè)像素產(chǎn)生充分大的信號(hào)，要求各組織體素的Ｔ*2比取樣時(shí)間長(zhǎng)得多 ，這等效于要求梯度磁場(chǎng)在一個(gè)像素上分配的大小比體素上的磁場(chǎng)非均勻性大得多。在上面的例子中，像素大小為３mm，若場(chǎng)的非均勻性為每像素0.2μT，梯度場(chǎng)在 一個(gè)像素上產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化為２μT。那么，要求最小梯度場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.7mT/m＝ 0.7×10－5T/cm。
    成像要求的梯度場(chǎng)強(qiáng)度還受信噪比和射頻帶寬等因素制約。從這方面說，一般不希望梯度場(chǎng)強(qiáng)度大于實(shí)際需要的值。因?yàn)?，成像要求的頻帶寬度與梯度場(chǎng)強(qiáng)度成正比，如果梯度場(chǎng)強(qiáng)度較大，對(duì)應(yīng)的頻帶寬度也較大，但較寬頻帶引入較大噪聲，并且，給品質(zhì)因數(shù)高的窄頻帶射頻線圈的調(diào)諧和匹配增加困難.
    臨床成像所用的梯度場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度一般為0.01～1.0×10－4T/cm，取上限時(shí)，在40cm視野內(nèi)磁場(chǎng)的變化僅4×10－3T，遠(yuǎn)小于主磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度（0.1～2.0T ）。要求較大梯度場(chǎng)的場(chǎng)合，如快速發(fā)射回波平面成像和擴(kuò)散成像的梯度磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)(２～10)×10－4T/cm。這些應(yīng)用中,對(duì)梯度電源也相應(yīng)地有更高要求。
    2.梯度線圈的性能和結(jié)構(gòu)
    (1)性能要求  ＭＲ成像的梯度場(chǎng)線圈應(yīng)滿足以下幾方面的要求:
    ①建立的梯度場(chǎng)在成像視野內(nèi)有良好線性特性  如果梯度線圈產(chǎn)生的梯度場(chǎng)的線性范圍 小于成像視野，將會(huì)導(dǎo)致影像發(fā)生空間畸變。所以，設(shè)計(jì)梯度線圈要求在給定的幾何尺寸限制下，梯度場(chǎng)的線性范圍至少大于成像視野。
    ②響應(yīng)時(shí)間短  梯度場(chǎng)從零上升到所需穩(wěn)定值的時(shí)間稱為梯度場(chǎng)的響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡可能地短，因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間決定或限制著成像系統(tǒng)最小可用的回波時(shí)間。最小回波時(shí)間的長(zhǎng)短在梯度回波成像、回波平面成像、彌散成像、超薄層面成像、ＭＲ血管成像和ＭＲ頻譜分析中有重要意義。
    ③功率損耗小  梯度場(chǎng)線圈建立梯度場(chǎng)需要很大驅(qū)動(dòng)電流。所以，驅(qū)動(dòng)電源的電路中一般有高功率器件，并且，要為這些高功率器件采取有效散熱措施。為了降低對(duì)這方面的要求，希望驅(qū)動(dòng)電源在能建立需要的梯度強(qiáng)度的同時(shí)，電源的功率損耗盡量小。
    ④最低程度的渦流效應(yīng)  渦流指梯度場(chǎng)從零上升和從穩(wěn)定值下降過程中在臨近梯度線圈的 金屬結(jié)構(gòu)中感應(yīng)的電流。渦流可能出現(xiàn)在其他線圈或超導(dǎo)磁體的低溫恒溫器的金屬構(gòu)件中。由這種感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)梯度場(chǎng)起干擾作用，使梯度場(chǎng)的線性度受到影響，這稱為渦流效應(yīng)。渦流效應(yīng)導(dǎo)致偽影，表現(xiàn)為影像的區(qū)域性失真。ＭＲ成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須盡量避免梯度場(chǎng)的渦流效應(yīng)，至少將渦流效應(yīng)減小到最低程度。
    (２)梯度場(chǎng)線圈的結(jié)構(gòu)   ＭＲ成像需要3個(gè)正交的梯度磁場(chǎng)，因而需用3個(gè)梯度場(chǎng)線圈。設(shè)計(jì)線性梯度場(chǎng)線圈的關(guān)鍵在于確定適當(dāng)?shù)木€圈幾何形 

圖5-32建立軸向梯度磁場(chǎng)的扁平線圈對(duì) 

    狀和載流導(dǎo)線的空間分布，使建立的梯度場(chǎng)的大小、方向和線性度在整個(gè)成像范圍內(nèi)滿足要求。
    建立Ｚ向梯度的線圈，載流導(dǎo)體一般繞制在能包圍成像區(qū)域的圓筒上，圓筒的軸與磁場(chǎng)的Ｚ方向一致，一種常見結(jié)構(gòu)如圖5-32所示。這是半徑為ｒ０的２個(gè)扁平線圈，間隔3r０的距離，同軸地安裝起來。2個(gè)線圈中的電流大小相等、方向相反。扁平線圈的厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，再通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整確定。 

圖5-33 建立軸向梯度磁場(chǎng)的螺旋線圈 
為消除磁場(chǎng)的高次非線性分量，還需另加修正線圈，以得到更大的線性梯度場(chǎng)范圍。
    另一種Ｚ向梯度線圈，是將一根長(zhǎng)導(dǎo)線由中心折轉(zhuǎn)，在一個(gè)圓筒表面向兩邊對(duì)稱地繞制成螺旋線，線匝密度在中間最低，沿軸線向兩端去，線匝密度線性增加，如圖5-33所示。為了補(bǔ)償線圈長(zhǎng)度有限引起的梯度線性度誤差，需要在螺旋線兩端額外增加線匝數(shù)。與扁平線圈對(duì)相比，螺旋線圈結(jié)構(gòu)具有更大的Ｚ向梯度線性范圍。Ｘ向梯度磁場(chǎng)和Ｙ向梯度磁場(chǎng)方向相互垂直，將產(chǎn)生Ｘ向梯度的線圈在ＸＹ平面扭轉(zhuǎn)90°便可產(chǎn)生Ｙ向梯度。這就是說，用于建立Ｘ向梯度和Ｙ向梯度的線圈結(jié)構(gòu)完全相同。
    產(chǎn)生橫向梯度磁場(chǎng)的一種方案是給4根位于一個(gè)四棱柱形的4個(gè)角上的平行直導(dǎo)線通過相等的同向電流。若用于產(chǎn)生Ｙ向梯度，4根導(dǎo)線平行于Ｘ軸，如圖5-34所示。 

圖5-34建立縱向梯度的平行直導(dǎo)線斷面 

    ｒ０為直線導(dǎo)體與磁場(chǎng)軸向中心的距離。實(shí)際線圈當(dāng)然要構(gòu)成電流的閉合回路，４根直線導(dǎo)體的電流返回路徑也是4根直線導(dǎo)體，分布在半徑比ｒ０更大的圓周上。返回電流產(chǎn)生幅度較小的Ｚ向梯度分量，并且與正程電流產(chǎn)生的Ｙ向梯度方向相反，所以它使Ｙ向梯度的幅度有所減小。但是，由于正程電流與返程電流產(chǎn)生的雜散分量可以基本抵消，對(duì)Ｙ向梯度的線性度有所改善。
    圖5-35是建立橫向梯度磁場(chǎng)的弧形線圈結(jié)構(gòu)的示意圖。 

圖5-35 建立橫向梯度磁場(chǎng)的鞍形線圈 

    它用了4個(gè)鞍形線圈組成的線圈陣。在相對(duì)的弧形線圈中電流的方向相反。使弧形所對(duì)的圓心角為120°，并且，使一對(duì)鞍形線圈與另一對(duì)鞍形線圈軸向間隔的距離Ｚ０ 適當(dāng)，可以消除梯度場(chǎng)的非均勻分量，改善梯度場(chǎng)的線性度。
    (3)渦流效應(yīng)及補(bǔ)償方法  在ＭＲ成像中，驅(qū)動(dòng)梯度線圈的輸入電流波型是矩形脈沖， 響應(yīng)這個(gè)矩形脈沖的梯度場(chǎng)的上升時(shí)間τ是輸入電流Ｉ和電壓及線圈電感Ｌ的函數(shù)（τ＝ＩＬ/Ｖ）。大多數(shù)成像序列要求約等于1ｍｓ的上升時(shí)間。 回波時(shí)間ＴＥ越短，要求梯度場(chǎng)的上升時(shí)間越短。
    但是，由于可能出現(xiàn)渦流效應(yīng)，即開、關(guān)梯度場(chǎng)時(shí)在鄰近梯度線圈的導(dǎo)體（磁場(chǎng)線圈、勻場(chǎng)線圈、射頻屏蔽和低溫恒溫器支架的金屬）中產(chǎn)生出變化的感應(yīng)電流。 

圖5-36 渦流的影響反補(bǔ)償 
感應(yīng)電流反過來又產(chǎn)生出隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)疊加在梯度場(chǎng)上。這樣，梯度磁場(chǎng)的上升和下降時(shí)間被延長(zhǎng)，如圖5-36所示。
    渦流效應(yīng)的影響程度與這些金屬部件的幾何配置和它們與梯度線圈的距離有關(guān)。超導(dǎo)磁體的梯度場(chǎng)的上升和下降時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)。渦流在ＭＲ影像上引起偽影有2種途徑。一種是施加180°脈沖時(shí)讀出梯度脈沖未充分衰減，從而引起偏離共振效應(yīng)；一種是梯度場(chǎng)的空間變化引起信號(hào)的相位偏移。在ＭＲ頻譜分析中，渦流效應(yīng)的影響可引起基線偽影和頻譜失真。
    減小渦流效應(yīng)的電補(bǔ)償技術(shù)是給梯度線圈加一個(gè)補(bǔ)償脈沖，它的前沿有一個(gè)上沖而后沿拖長(zhǎng),如圖5-36所示。
    它減小渦流效應(yīng)的原理為：用d所示校正電流脈沖建立的梯度磁場(chǎng)來抵消受渦流感應(yīng)磁 場(chǎng)b影響后的梯度磁場(chǎng)c，得到理想梯度場(chǎng)a。消除渦流效應(yīng)的理想方法是采用自屏蔽梯度線圈，將梯度場(chǎng)完全限制在梯度線圈之內(nèi)。
    三、射頻線圈
    1.關(guān)于射頻線圈的一般概念
    ＭＲ成像系統(tǒng)通過射頻線圈發(fā)射電磁波對(duì)人體組織進(jìn)行激發(fā)，人體組織中的ＭＲ信號(hào)通過射頻線圈被檢測(cè)。射頻線圈被用于建立射頻場(chǎng)的叫發(fā)射線圈，被用于檢測(cè)ＭＲ信號(hào)的叫接收線圈。在ＭＲＩ中，同一射頻線圈可以在序列周期內(nèi)不同的時(shí)間分別執(zhí)行發(fā)射和接收兩種任務(wù) ，在這種情況下，它既是發(fā)射線圈又是接收線圈。
    磁共振成像的磁感應(yīng)強(qiáng)度低的約為0.02 T，高場(chǎng)可達(dá)4.0 T，相應(yīng)的工作頻率處在0.85 MHz 到170.3MHz的射頻波段。磁共振成像用的發(fā)射/接收線圈相當(dāng)于廣播、電視用的發(fā)射/接收天線。不同的是，廣播、電視的發(fā)射地點(diǎn)和接收地點(diǎn)相距可達(dá)千百公里，接收天線處在發(fā)射的電磁波的遠(yuǎn)場(chǎng)中，發(fā)射天線和接收天線之間是行波耦合；行波的波長(zhǎng)比收、發(fā)兩地的距離小得多，行波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)特性具有對(duì)等的意義。在ＭＲＩ中，射頻線圈和人體組織之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，接收線圈處在被接收的ＭＲ信號(hào)的近場(chǎng)區(qū)域，發(fā)射和接收之間不是行波耦合而是駐波耦合，駐波的電磁能量幾乎全部為磁場(chǎng)能量。正因?yàn)檫@樣，ＭＲ信號(hào)的接收和射頻激勵(lì)不能采用電耦合的線狀天線，而必須采用磁耦合的環(huán)狀天線，也就是射頻線圈。線圈的傳統(tǒng)定義是一系列連接起來的同心圓環(huán)或螺旋形導(dǎo)線。ＭＲ成像的射頻線圈有多種變體，但任何一種線圈的功能不外乎建立射頻場(chǎng)激發(fā)自旋系統(tǒng)的磁共振，或者接 收自旋系統(tǒng)在弛豫過程中產(chǎn)生的ＭＲ信號(hào)。
    射頻線圈發(fā)射電磁波的性能和接收電磁波的性能完全相同，這就是說，激發(fā)某位置的質(zhì)子而發(fā)生磁共振的線圈，同樣可以有效接收這個(gè)位置的ＭＲ信號(hào)。這種特性可以用一個(gè)矢量Ｃ來統(tǒng)一描述，它是線圈的幾何參數(shù)和線圈環(huán)路上的電流以及線圈到一定位置的體素的距離的函數(shù)。Ｃ是線圈的靈敏度函數(shù)。因?yàn)槟茉诰€圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的是被激發(fā)的磁化矢量的橫向分量，所以，作為接收線圈，也是Ｃ的橫向分量Ｃｘｙ決定接收信號(hào)的有效性。線圈可以設(shè)計(jì)成不同形式，然而有的射頻線圈內(nèi)可能有一些Ｃ＝０或Ｃ與磁場(chǎng)方向平行的位置，這些位置的Ｃｘｙ＝０。無論發(fā)射功率有多大，發(fā)射線圈不能激發(fā)這些位置的質(zhì)子發(fā)生磁共振，接收線圈中不存在由這些位置發(fā)出的ＭＲ信號(hào)。設(shè)計(jì)射頻線圈要避免在成像視野內(nèi)存在Ｃｘｙ＝０的區(qū)域，并且要使Ｃｘｙ在成像視野內(nèi)盡量大和盡量與位置無關(guān)。
    2.射頻線圈的基本類型
    (1)圓筒狀線圈  大腦成像用的圓筒線圈使用時(shí)套在頭部。一般線圈直徑 28cm，長(zhǎng)度30 cm。胸腔、腹部或盆腔部位成像用的圓筒線圈尺寸較大，一般直徑57cm，長(zhǎng)度65cm。對(duì)圓筒線圈最重要的要求是成像視野內(nèi)的靈敏度盡可能大并且均勻一致。否則，射頻場(chǎng)強(qiáng)度隨位置變化，使磁化矢量的翻轉(zhuǎn)角和自旋進(jìn)動(dòng)相位與位置有關(guān)，這導(dǎo)致不均勻的激勵(lì)和ＭＲ信號(hào)帶有隨位置而異的不同附加相位。不過，對(duì)射頻場(chǎng)均勻性的要求不像對(duì)靜磁場(chǎng)均勻性的要求那么苛刻��在成像視野內(nèi)僅允許百萬分之幾的磁場(chǎng)非均勻性，而射頻場(chǎng)的非均勻性可以在百分之幾。目前，大多數(shù)ＭＲ成像技術(shù)只利用射頻信號(hào)的幅度而不利用其相位，所以，附加相位變化一般不十分重要。在常規(guī)成像技術(shù)中，翻轉(zhuǎn)角有幾度誤差不至于對(duì)影像質(zhì)量產(chǎn)生多大影響。但是，在多回波成像中，隨回波序號(hào)增大，累計(jì)的誤差增大，影像質(zhì)量有所下降。
    圓筒狀線圈按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有幾種形式，下面只介紹其中的霍爾姆茲線圈和鞍形線圈。
    霍爾姆茲線圈嚴(yán)格地講是半徑相等的一對(duì)同軸線圈，線圈平面相互平行，相間等于線圈半徑的距離，兩線圈并聯(lián)，線圈電流相等。但是， 
 

圖5-37 鞍形射頻線圈
  人們普遍都把有類似結(jié)構(gòu)的線圈對(duì)稱為霍爾姆茲線圈，而不管它們之間的距離。由于在ＭＲＩ中需要產(chǎn)生垂直于磁場(chǎng)的射頻場(chǎng)，被成像部位要處在線圈對(duì)的兩個(gè)線圈之間，這對(duì)線圈就不可能離得太近，所以，霍爾姆茲線圈的這一對(duì)線圈的距離實(shí)際大于線圈半徑。
    鞍形線圈的幾何結(jié)構(gòu)示于圖5-37。
    鞍形線圈是繞制在圓筒表面的一對(duì)弧形線圈，面對(duì)面對(duì)稱地處于半徑為ａ的圓筒表面，沿圓筒軸線方向的長(zhǎng)度為2ｄ，與圓筒軸線的張角為２φ，2個(gè)弧形線圈接成電流并聯(lián)電路。這種射頻線圈是化學(xué)分析中的標(biāo)準(zhǔn)射頻線圈，在中心附近 射頻場(chǎng)相當(dāng)均勻。線圈的弧形段和直線段都對(duì)中心的射頻場(chǎng)產(chǎn)生作用，直線段的作用隨參數(shù)ｄ增大而增加。
    (2)表面線圈  簡(jiǎn)單的表面線圈由圓形或者矩形導(dǎo)線環(huán)組成，用于眼睛或脊柱等靠近體表的組織或器官的ＭＲ成像。在成像視野內(nèi)表面線圈的靈敏度不是常數(shù)。在線圈表面附近靈敏度最大，遠(yuǎn)離線圈表面靈敏度逐漸減少。表面線圈的有效成像區(qū)域一般比圓筒狀線圈的有效成像區(qū)域小
    圖5-38各種線圈接收靈敏度比較
    原則上講，表面線圈既可用于射頻發(fā)射，也可用于ＭＲ信號(hào)接收。但是，因?yàn)樽靼l(fā)射線圈產(chǎn)生的射頻場(chǎng)在垂直于線圈平面的方向上存在梯度，不符合對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行等強(qiáng)度激勵(lì)的要求。所以，表面線圈通常只用于進(jìn)行信號(hào)接收，激勵(lì)磁共振的射頻波通過圓筒狀線圈發(fā)射。表面線圈與體線圈配合起來應(yīng)用在脊柱成像中最為普遍?？拷砻婢€圈的射頻場(chǎng)邊緣有矢量Ｃ平行于磁場(chǎng)的小區(qū)域，這里的信號(hào)檢測(cè)靈敏度等于零，在ＭＲ影像上引起沒有信號(hào)的暗區(qū)。 

圖5-38 各種線圈接受靈敏度比較 

    圖5-38繪出了表面線圈軸線上的靈敏度曲線和鞍形頭部及體部線圈的靈敏度曲線.頭線圈和體線圈的靈敏度的變化比較平緩，在遠(yuǎn)離體表的深度上比表面線圈的靈敏度高。
    (3)射頻線圈的等效電路  射頻線圈的特性可用集中參數(shù)的電阻、電感和電容元件組成的等效電路分析。對(duì)較低頻率，線圈可等效成一個(gè)串聯(lián)小電阻的電感。線圈的電感是線圈的幾何參數(shù)的函數(shù)，可以計(jì)算或者測(cè)量出來。電感量隨線圈的幾何參數(shù)線性變化，例如，圓環(huán)線圈的半徑加倍或?qū)Ь€的線徑加倍，線圈的電感量成倍增加。
    線圈的電阻是線圈損耗的電磁能量大小的度量。空載（未被人體組織填充）線圈的電阻就是線圈的導(dǎo)線的總電阻，通常非常小。在成像時(shí)有人體填充的有載狀態(tài)下，由于交變電磁場(chǎng)在人體介質(zhì)內(nèi)引起渦流，與渦流有關(guān)的能量損耗也等效于一個(gè)電阻，大小與人體的電阻率和介電常數(shù)有關(guān)，與射頻頻率的平方成正比。人體組織的射頻損耗比線圈本身的大得多。射頻激勵(lì)期間人體的等效電阻損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。在信?hào)接收期間， 

圖5-39 射頻線圈的諧振和阻抗匹配 
   這個(gè)等效電阻決定人體組織生的噪聲的大小。人體噪聲隨頻率線性增大。但是，因?yàn)樾盘?hào)強(qiáng)度與頻率平方成正比，所以，信噪比隨頻率升高而線性增大。這是磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，成像系統(tǒng)的信噪比越高的一個(gè)原因。
    射頻線圈必須與發(fā)射電路和接收電路有效地耦合起來。這要求射頻線圈諧振在磁共振頻率上，并且與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)有良好阻抗匹配。匹配與接收機(jī)的噪聲特性有關(guān)。不過， 

圖5-40 射頻線圈的諧振曲線 
通常的匹配標(biāo)準(zhǔn)是將線圈的諧振阻抗調(diào)整到等于一固定電阻，一般是50Ω電阻。
    為了線圈諧振和阻抗匹配的目的，需要給線圈加上串聯(lián)電容和并聯(lián)電容，如圖5-39所示。在要求較高的情況下，線圈與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的耦合通過匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
    匹配良好的線圈諧振在要求的工作頻率上，諧振點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度最大，如圖5-40所示。
    諧振曲線的尖銳程度用線圈的品質(zhì)因數(shù)Ｑ＝ω０Ｌ/Ｒ表征，Ｌ為線圈的電感，Ｒ為線圈的串聯(lián)等效電阻。Ｒ越小品質(zhì)因數(shù)Ｑ越高。線圈有負(fù)載時(shí)，等效串聯(lián)電阻Ｒ增大，Ｑ值下降。在線圈的導(dǎo)線電阻可以忽略、等效電阻完全由人體組織的損耗決定的情況下，減小導(dǎo)線電阻來改善線圈特性沒有多大意義。在工作頻率高、線圈尺寸大的條件下會(huì)出現(xiàn)這種情況。在工作頻率低、且線圈尺寸小的情況下，可以通過減小導(dǎo)線電阻改善線圈性能。
    四、用戶操作系統(tǒng)
    1. 用戶操作系統(tǒng)的組成
    磁共振成像設(shè)備可允許用戶介入的系統(tǒng)是成像操作系統(tǒng)和影像分析系統(tǒng)，成像操作系統(tǒng)也叫操作員系統(tǒng)，影像分析系統(tǒng)也叫醫(yī)生系統(tǒng)。這2個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)終端組成。成像操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可用ＰＤＰ１１/２４，影像分析系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可用ＶＡＸ１１/７３０，或者與它們類似的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)終端包括影像顯示器和文件顯示器、操作鍵盤、灰度 電位器和標(biāo)尺移動(dòng)裝置?，F(xiàn)階段，大多數(shù)操作系統(tǒng)均采用鼠標(biāo)來替代繁瑣的鍵盤操作，具有良好的操作界面和快捷的操作方式。
    成像操作系統(tǒng)的主要功能是數(shù)據(jù)采集和影像重建，影像重建通過指令在專用的陣列處理器中進(jìn)行。
    影像分析系統(tǒng)的主要功能是影像顯示和診斷分析。通過字母鍵、特殊功能鍵輸入指令和信息進(jìn)行系統(tǒng)操作。使用不同的功能鍵顯示不同的菜單，按照文本顯示器的文字提示輸入要求的信息，能夠完成擬定的各種影像顯示和影像分析任務(wù)。
    成像操作和影像分析這兩方面的功能，在有的ＭＲ成像設(shè)備中合并在一個(gè)系統(tǒng)里。我們按兩個(gè)系統(tǒng)分開的情況介紹。
    2.ＭＲ成像系統(tǒng)的用戶軟件功能
    ＭＲ成像系統(tǒng)提供的用戶軟件程序執(zhí)行如下主要任務(wù)：
    (1)硬件控制  控制程序用來確定射頻發(fā)射機(jī)和射頻接收機(jī)及梯度脈沖發(fā)生器等的工作參數(shù)，如射頻脈沖和梯度脈沖的幅度、持續(xù)時(shí)間和脈沖時(shí)序，心臟射頻接收機(jī)的選通時(shí)間和取樣率等。這些硬件工作參數(shù)是根據(jù)操作員輸入的成像序列參數(shù)具體確定的。輸入的數(shù)據(jù)采集條件被裝入序列控制器，它們被譯成微程序指令對(duì)硬件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。采集的數(shù)字化數(shù)據(jù)存入硬盤。硬盤空間的地址分配、數(shù)據(jù)文件名稱的指定、數(shù)據(jù)向這些文件地址的傳送，都由控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成。
    控制計(jì)算機(jī)是成像系統(tǒng)的中央控制單元，它協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)的工作，對(duì)梯度場(chǎng)系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)的硬件工作參數(shù)提供全面的軟件控制，梯度場(chǎng)脈沖的幅度和時(shí)序、射頻激勵(lì)脈沖的幅度和時(shí)序、ＭＲ信號(hào)的取樣都在控制計(jì)算機(jī)的管理下有條不紊地進(jìn)行?？刂朴?jì)算機(jī)的微程序由定義明確的指令組成，執(zhí)行特定的明確規(guī)定的任務(wù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的每個(gè)成像序列都是由計(jì)算機(jī)適當(dāng)選擇這些指令組付諸實(shí)施。
    (2)系統(tǒng)調(diào)整  系統(tǒng)調(diào)整程序在數(shù)據(jù)采集之前執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)整的內(nèi)容包括：①測(cè)量磁場(chǎng)中心質(zhì)子的共振頻率，并把射頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作頻率設(shè)置在這個(gè)頻率上；②針對(duì)被成像的人體部位進(jìn)行射頻線圈的調(diào)諧，使它諧振于質(zhì)子的共振頻率；③確定發(fā)射機(jī)射頻輸出功率，在這個(gè)發(fā)射電平上能產(chǎn)生最大ＭＲ信號(hào)，并根據(jù)這個(gè)ＭＲ信號(hào)的幅度確定接收機(jī)對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)或增益。
    進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整的目的在于使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，然后開始成像過程，以期以盡可能高 的信噪比獲?。停倚盘?hào)。
    (3)影像采集、重建、分析  信號(hào)采集獲得的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過陣列處理器進(jìn)行傅里葉變換成為影像數(shù)據(jù)。在一個(gè)成像序列的數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)或按操作員的命令執(zhí)行影像重建程序。經(jīng)過重建處理的影像數(shù)據(jù)可以在成像操作系統(tǒng)的顯示器上以影像形式顯示。這里，影像顯示的目的在于觀察影像的質(zhì)量效果，或者，根據(jù)顯示的影像確定下個(gè)成像序列數(shù)據(jù)采集的中心層面位置。
    一個(gè)運(yùn)行號(hào)（受檢者人數(shù)的累計(jì)順序編號(hào)）下的全部成像序列的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過重建處理 后，通過執(zhí)行影像傳輸指令將處理過的影像數(shù)據(jù)傳送到醫(yī)生系統(tǒng)。影像的診斷和分析主要在這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行。概括地說，影像分析就是從重建的影像數(shù)據(jù)中盡可能多地?cái)z取有用的信息和使影像的描繪更適于觀察、診斷。例如，利用采集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行影像計(jì)算，可以得到并沒有實(shí)際采集的回波的影像，獲得顯示單一組織參數(shù)的Ｔ１影像、Ｔ２影像和質(zhì)子密度影像等。這些影像數(shù)據(jù)需要占用大量的存儲(chǔ)空間。所以，影像分析系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有存儲(chǔ)容量很大的磁盤。當(dāng)然，并不是所有層面都要進(jìn)行廣泛地分析，著重進(jìn)行分析的是對(duì)診斷有價(jià)值的層面。
    (4)文件管理  文件操作程序執(zhí)行磁盤文件存檔、磁帶文件裝入和磁盤文件刪除等操作。文件存檔是指將數(shù)據(jù)從磁盤寫入磁帶或光盤，目的在于長(zhǎng)期保存影像數(shù)據(jù)，或者保存成像系統(tǒng)的軟件。當(dāng)要重新啟用被存檔的數(shù)據(jù)時(shí)，反過來需要將影像數(shù)據(jù)從磁帶或光盤寫入分析系統(tǒng)的磁盤。
    磁盤文件刪除是從磁盤刪掉不必要存儲(chǔ)在磁盤中的影像數(shù)據(jù)，讓出更大空間，以便存儲(chǔ)從成像操作系統(tǒng)將傳輸來的新獲得的影像數(shù)據(jù)。
    3.成像操作過程
    如前所述，影像數(shù)據(jù)是在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)采集的。這里所說的成像操作過程是指數(shù)據(jù)采集之前，操作人員要求系統(tǒng)所做的工作包括系統(tǒng)調(diào)整和輸入數(shù)據(jù)采集條件兩方面內(nèi)容。
    系統(tǒng)調(diào)整包括測(cè)量中心頻率、確定發(fā)射功率電平和接收機(jī)增益，數(shù)據(jù)采集條件包括關(guān)于被檢者的認(rèn)證信息和組成數(shù)據(jù)采集方案的各種參數(shù)。
    (1)測(cè)量中心頻率  每個(gè)工作日開始時(shí)，在執(zhí)行第1個(gè)數(shù)據(jù)采集序列之前，操作人員向系統(tǒng)輸入當(dāng)日的日期，接著測(cè)量確定磁場(chǎng)中心的共振頻率。因?yàn)楣舱耦l率依賴于磁感應(yīng)強(qiáng)度，但磁感應(yīng)強(qiáng)度每天可能有不同于前一天的輕微改變。所以，每個(gè)工作日開始對(duì)共振頻率進(jìn)行搜索，以便有關(guān)系統(tǒng)按這個(gè)由測(cè)量確定的頻率工作。測(cè)量中心頻率時(shí)用一個(gè)特制的磁共振樣品模型進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。在超導(dǎo)磁共振設(shè)備中，勵(lì)磁時(shí)，需對(duì)磁共振中心頻率進(jìn)行精確校正。每次掃描前，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行準(zhǔn)備過程，確定最佳共振頻率。
    (2)輸入數(shù)據(jù)采集的條件信息  中心頻率確定之后，系統(tǒng)處于待調(diào)整狀態(tài)。操作員通過計(jì)算機(jī)終端同計(jì)算機(jī)對(duì)話，輸入被檢查對(duì)象的認(rèn)證信息、數(shù)據(jù)采集的序列方案和方案的具體參數(shù)。這些工作由新的運(yùn)行編號(hào)開始。在某一次運(yùn)行中，被檢者的認(rèn)證信息包括姓名、年齡、性別、體重、成像部位以及ＭＲ影像編號(hào)等。為了成像層面的解剖方位與磁場(chǎng)座標(biāo)方向符合規(guī)定關(guān)系，必須告訴計(jì)算機(jī)被檢者進(jìn)入磁體是頭還是腳朝前，在檢查時(shí)處于仰臥還是俯臥或者側(cè)臥的姿勢(shì)。
    數(shù)據(jù)采集的序列方案可能包括以下信息：接收線圈類型（頭、頸、胸、腰、體、四肢、表面 ）、脈沖序列類型（ＳＥ、ＩＲ、ＧＲＥ）、層面方位（矢狀、冠狀、橫斷）、像素大小或空間分辨率、成像視野（像素大小×影像矩陣）、影像矩陣（128、256、512）、序列周期 （ＴＲ）、反轉(zhuǎn)時(shí)間（ＴＩ）、回波時(shí)間（ＴＥ）、磁化矢量翻轉(zhuǎn)角（θ）、層面厚度、層面數(shù)、層面間隙、中心層面位置或成像區(qū)域偏移、采集次數(shù)（１、２、４、８、１６）。
    具體輸入哪些條件或參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況決定。例如，梯度回波序列要輸入磁化矢量的翻轉(zhuǎn)角，ＳＥ序列和ＩＲ序列不要；ＩＲ序列要輸入反轉(zhuǎn)時(shí)間ＴＩ，其他序列不要。有制約關(guān)系的參數(shù)不必全部輸入，如成像視野＝像素尺寸×影像矩陣，3個(gè)參數(shù)中只要輸入任意2個(gè)，第 3個(gè)便被限定。
    層面之間的間隙是相鄰層面間隔的距離，層面之間間隙是為了消除多層成像相鄰層面信號(hào)的相互干擾。對(duì)一個(gè)成像體域進(jìn)行連續(xù)的多層面成像時(shí)，層面間隙為零。連續(xù)層面的影像存在偏體積效應(yīng)或部分體積效應(yīng)的影響。
    中心層面位置或成像區(qū)域中心偏移是指被成像的組織區(qū)域中心與磁場(chǎng)中心在某個(gè)方向上的座標(biāo)偏移。為了準(zhǔn)確確定成像體域中心的位置，一般快速掃描序列產(chǎn)生定位影像，這里的快速掃描序列指ＴＲ很短、采集次數(shù)用最少的信號(hào)采集序列。定位影像有時(shí)是層面很厚的單層面影像。已經(jīng)獲得的某一方位的影像當(dāng)然也可以用來確定其他方位成像區(qū)域中心。如果在定位影像上發(fā)現(xiàn)成像范圍的中心偏離磁場(chǎng)中心太多，就要適當(dāng)變動(dòng)被檢查的人體在磁體中的 位置。
    需要注意，成像區(qū)域中心與中心層面位置并不重合，兩者相差一個(gè)層面厚度的尺寸。另外，成像系統(tǒng)定義不同成像方位中心層面的方式有區(qū)別。所以，中心層面位置偏移量要按系統(tǒng)操作手冊(cè)的規(guī)定辦法確定，往往是定位像上確定的成像區(qū)域中心加上或減去一個(gè)層面的厚度。
    在成像序列需要用心電信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)的情況下，序列周期ＴＲ等于被檢查被檢者心臟搏動(dòng)周期的整數(shù)倍。用心電信號(hào)控制數(shù)據(jù)采集的周期時(shí)間，目的是消除心臟運(yùn)動(dòng)引起的偽影。采用心電門控方法需要有獲取心電信號(hào)并且把它與成像系統(tǒng)同步起來的裝置。
    輸入需要的序列參數(shù)后，計(jì)算機(jī)要自動(dòng)核實(shí)有無足夠存儲(chǔ)空間存放執(zhí)行該序列將獲得的原始數(shù)據(jù)或影像重建后產(chǎn)生的處理過的數(shù)據(jù)。若有足夠空間，計(jì)算機(jī)便將成像序列及有關(guān)信息裝入序列控制器，準(zhǔn)備讓系統(tǒng)按參數(shù)工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集在完成系統(tǒng)調(diào)整步驟后開始。
    (3)系統(tǒng)調(diào)整過程  被檢者在磁體外仰臥或俯臥在檢查床上，床板可沿磁場(chǎng)軸線方向平行移動(dòng)，借助激光或普通光學(xué)裝置使被檢者進(jìn)入磁體后被檢查部位中心和磁場(chǎng)中心及射頻線圈中心重合。直徑大的體線圈在被檢者被推入磁體前就安置在磁體中央。頭 、頸、四肢和表面線圈等在磁體外與被檢查部位配合安置，然后和被檢者一起推入磁場(chǎng)空間。
    為了有效地向人體發(fā)射電磁波和接收ＭＲ信號(hào)，射頻線圈的阻抗必須和射頻系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及連接線圈的電纜的阻抗相匹配，線圈的諧振頻率必須和磁場(chǎng)中心的共振頻率調(diào)諧一致。由于不同人體的個(gè)體差異或同一人體不同部位徑圍大小不同和組織成分不同等原因，人體組織作為線圈的填充介質(zhì)呈現(xiàn)不同等效電容。這引起線圈被不同人體或部位加載后阻抗和 諧振頻率不同的變化。因此，即使用同一線圈，對(duì)不同被檢者或同一被檢者的不同部位成像，線圈都需要重新進(jìn)行調(diào)諧，以保證上述兩方面的匹配要求。
    成像線圈實(shí)際上是電感線圈和電容組成的并聯(lián)諧振回路?；芈氛{(diào)諧通過自動(dòng)或手動(dòng)方式改變電容器容量大小來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)調(diào)諧的系統(tǒng)，系統(tǒng)偏離諧振的程度通常由一系列發(fā)光二極管顯示出來，調(diào)諧時(shí)借助調(diào)諧桿改變電容量大小，直到這些發(fā)光二極管熄滅。
    線圈調(diào)諧結(jié)束后，射頻系統(tǒng)處于等待發(fā)射狀態(tài)。操作人員繼續(xù)通過與計(jì)算機(jī)對(duì)話，進(jìn)行發(fā)射功率電平和接收機(jī)增益確定。發(fā)射機(jī)功率和接收機(jī)增益因線圈類型而異、因人而異。執(zhí)行一個(gè)運(yùn)行的第1個(gè)數(shù)據(jù)采集序列前，必須進(jìn)行發(fā)射機(jī)功率電平和接收機(jī)增益兩項(xiàng)調(diào)節(jié)，執(zhí)行了一個(gè)數(shù)據(jù)采集序列后，如果下個(gè)序列的參數(shù)中，成像方位、中心層面位置、回波時(shí)間ＴＥ和序列周期ＴＲ之一與上一序列的不同，系統(tǒng)一般將只對(duì)接收機(jī)增益重新進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果成像方位和中心層面位置或?qū)用婧穸扰c前一序列不同，或者被檢查的部位有變動(dòng)，系統(tǒng)仍要進(jìn)行發(fā)射機(jī)功率電平調(diào)節(jié)，從而接收機(jī)增益也要重新調(diào)節(jié)。這兩項(xiàng)調(diào)節(jié)目的在于獲得幅度在適當(dāng)范圍的較大ＭＲ信號(hào)，并且有盡可能高的信噪比。
    系統(tǒng)調(diào)整過程在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行，在射頻電平調(diào)節(jié)過程中，隨發(fā)射機(jī)輸出功率逐步增加，ＭＲ信號(hào)也相應(yīng)地逐步增大。但是，接收的ＭＲ信號(hào)在達(dá)到某個(gè)最大值之后，又隨發(fā)射電平繼續(xù)增加而減小下來。成像系統(tǒng)就是根據(jù)這種信號(hào)響應(yīng)曲線將峰值信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)射電平確定下來，作為激勵(lì)磁共振的射頻脈沖幅度。射頻脈沖以這個(gè)幅度能使 縱向磁化強(qiáng)度按成像序列要求的翻轉(zhuǎn)角偏離主磁場(chǎng)方向。ＳＥ序列和ＩＲ序列分別要求90°和180°射頻激勵(lì)脈沖，梯度回波序列要求翻轉(zhuǎn)角小于90°的射頻激勵(lì)脈沖。在接收機(jī)增益調(diào)節(jié)過程中，計(jì)算機(jī)從所有被成像的組織層面進(jìn)行數(shù)據(jù)取樣，由這些數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)對(duì)影像信號(hào)的最佳增益或放大倍數(shù)，按這個(gè)增益放大接收的信號(hào)，接收機(jī)的輸出電平比引起模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器飽和的電平?。砫B。
    系統(tǒng)調(diào)整過程的具體步驟和允許操作人員參與的程度取決于成像系統(tǒng)的有關(guān)軟件設(shè)計(jì)，不同 成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些操作的方法和繁簡(jiǎn)程度可能完全不同。
    系統(tǒng)調(diào)整完成之后開始影像信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集過程完全在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行。
    (4)影像數(shù)據(jù)文件  采集的原始數(shù)據(jù)存放在計(jì)算機(jī)的硬盤中，操作員鍵入影像重建的指令，影像重建程序?qū)⑦@些原始數(shù)據(jù)變?yōu)榭娠@示的影像數(shù)據(jù)。進(jìn)行影像重建的的數(shù)學(xué)運(yùn)算的硬件電路是陣列處理器。它將各個(gè)層面的原始數(shù)據(jù)變換為空間的位置函數(shù)，對(duì)應(yīng)于不同成像層面和各層面影像的像素陣列。
    數(shù)據(jù)文件只包括影像數(shù)據(jù)和它的說明之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系隱含在影像文件的每一個(gè)順序位置中。 處理過的文件包含來自每個(gè)體素的信號(hào)幅度，最終的影像以像素值被顯示。一幅層面影像的 數(shù)據(jù)包含在一個(gè)文件中，各層面的影像數(shù)據(jù)順序放在被指定的相鄰磁盤區(qū)域。
    一個(gè)被檢者所有的影像被重建后，如果原始數(shù)據(jù)文件不必存檔，就可將它從存儲(chǔ)器中刪 除，因?yàn)樵嘉募嫉膬?nèi)存空間2倍于對(duì)應(yīng)的影像文件。為了有足夠內(nèi)存空間存放下個(gè)運(yùn) 行號(hào)下的原始數(shù)據(jù)，已經(jīng)過重建處理的前一運(yùn)行號(hào)的原始文件應(yīng)從操作員計(jì)算機(jī)內(nèi)存中及時(shí) 刪去。同樣，已經(jīng)傳輸?shù)接跋穹治鱿到y(tǒng)中的影像文件也要被及時(shí)刪除。
    4.影像分析系統(tǒng)
    (1)影像分析系統(tǒng)的功能  影像系統(tǒng)的用戶應(yīng)用程序用于進(jìn)行影像顯示和影像分析。醫(yī)生可以通過計(jì)算機(jī)鍵盤或鼠標(biāo)以菜單方式或者命令方式進(jìn)行操作。除標(biāo)準(zhǔn)的字母鍵盤外，影像分析系統(tǒng)的終端還設(shè)有一些特殊的功能鍵。有的功能鍵有對(duì)應(yīng)的菜單，通過菜單的選擇項(xiàng)進(jìn)入所要求的功能。不同成像系統(tǒng)的功能鍵多少、名稱可能不同，但不管怎樣，它們一般有以下基本功用：
    ①查找磁盤上存有數(shù)據(jù)的被檢者信息（姓名、年齡、ＭＲ編號(hào)、檢查部位）；②查找某個(gè)被檢者的全部影像資料加以顯示并進(jìn)行分析；③顯示選出的被檢者的某個(gè)方位（矢狀、冠狀或橫斷）的一幅影像；④顯示與當(dāng)前影像相鄰的前/后層面的影像；⑤顯示當(dāng)前影像前一個(gè)序列（或回波）或后一個(gè)序列（或回波）的影像；⑥選擇顯示幅面格式；⑦顯示灰度標(biāo)尺；⑧調(diào)整全屏灰度或單幅影像灰度；⑨調(diào)節(jié)飽和度；⑩改變影像放大倍數(shù)；0調(diào)節(jié)影像中心在顯示屏上的位置；0影像在顯示器屏上的平移、旋轉(zhuǎn)和反像；0影像的內(nèi)插顯示；0影像的像素顯示；0顯示指定的研究區(qū)域（矩形或圓形ＲＯＩ）；0影像文字和標(biāo)識(shí)的顯示；0統(tǒng)計(jì)ＲＯＩ內(nèi)的灰度值、像素?cái)?shù)；0測(cè)量ＲＯＩ內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度；0影像計(jì)算，如由采集的影像計(jì)算Ｔ１值影像、Ｔ２值影像和質(zhì)子密度影像；0測(cè)量角度、距離或面積；0自磁盤讀出影像數(shù)據(jù)寫入外存儲(chǔ)器；0將存檔的影像數(shù)據(jù)重新寫入磁盤；0從磁盤刪除不必要繼續(xù)占用磁盤空間的數(shù)據(jù)。
    (2)與影像顯示和影像分析有關(guān)的一些概念
    ①影像的灰度范圍影像的灰度標(biāo)尺描繪影像的最小像素和最大像素之間的亮度 分布比例。實(shí)際在屏幕上顯示的影像灰度范圍稱為影像的窗。窗可以用窗的上限灰度值和窗 的下限灰度值定義，或者用窗中心灰度值和窗的灰度值范圍寬度定義，這兩種定義是一致的 ，它們之間存在以下關(guān)系：
                 窗上限＝窗中心＋１/２窗寬
                 窗下限＝窗中心－１/２窗寬
    用第一種定義時(shí)，灰度標(biāo)尺上顯示出2條水平線，它們分別與灰度值上限和灰度值下限對(duì)應(yīng) 。這2條水平線之間的灰度范圍代表顯示在屏幕上的影像的灰度值范圍，也就是窗寬?；叶壬舷蘅赏ㄟ^亮度滑塊調(diào)節(jié)，灰度下限可通過背景減除滑塊調(diào)節(jié)。在有的磁共振儀器中， 窗寬、窗位以及影像大小的調(diào)節(jié)通過專門定義的三鍵鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)窗的上限和下限，或者通過改變窗的大小和窗中心位置，可以將影像的亮度和對(duì)比度調(diào)節(jié)到最適合于觀察狀態(tài)。
    灰度尺的最大灰度值可以根據(jù)需要改變，這一切功能稱為飽和度設(shè)定。通常，灰度尺的最大灰度值是信號(hào)強(qiáng)度最大的像素值。在影像上有金屬引起的高強(qiáng)度信號(hào)，或以多幅顯示強(qiáng)度相差懸殊的幾幅影像時(shí)，通過飽和度設(shè)定來衰減高強(qiáng)度信號(hào)，以便能以灰度尺的較大亮度范圍 描繪信號(hào)強(qiáng)度低的區(qū)域。
    ②影像顯示方式內(nèi)插顯示方式中，影像的每個(gè)像素值是相鄰像素值和放大倍數(shù)的函數(shù)。像素顯示方式中影像的每個(gè)像素按它的實(shí)際灰度值顯示。放大倍數(shù)大于１時(shí)，像素尺寸按放大倍數(shù)成倍復(fù)制。
    ③影像標(biāo)識(shí)影像上的文字標(biāo)記或標(biāo)識(shí)扼要表示檢查日期、醫(yī)院名稱、被檢者的認(rèn)證信息 、影像采集條件和影像文件等信息，以及說明解剖方位的字符。這些信息中的某些可以利用有關(guān)菜單項(xiàng)獲知，也能以文字形式與影像一起顯示出來。有的文字標(biāo)識(shí)出現(xiàn)在影像的周邊，有的可能列在圖旁的說明欄中。圖旁說明可提供被檢者的認(rèn)證信息和有關(guān)影像的許多參數(shù)，如層面厚度、矩陣大小、空間分辨率、采集次數(shù)、放大倍數(shù)、最大和最小相對(duì)像素值等。用戶也可根據(jù)需要通過鍵盤操作對(duì)影像進(jìn)行注釋。
    ④影像統(tǒng)計(jì)ＲＯＩ內(nèi)的統(tǒng)計(jì)功能是對(duì)一幅影像或指定的ＲＯＩ進(jìn)行多種統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如求框定的區(qū)域的絕對(duì)像素強(qiáng)度，計(jì)算和顯示一個(gè)ＲＯＩ的直方圖，直方圖的水平軸代表相對(duì)像素強(qiáng)度，垂直軸代表不同強(qiáng)度的像素?cái)?shù)。
    ⑤影像計(jì)算影像計(jì)算利用存在磁盤內(nèi)的采集的影像數(shù)據(jù)計(jì)算新的影像。計(jì)算產(chǎn)生的影像有以下幾種：
    a.Ｔ１值影像  Ｔ１值影像是組織Ｔ１值的平面分布圖，用同一層面的ＴＲ不同的2 幅影像計(jì)算出來。這2幅影像的采集條件除ＴＲ不同外，ＴＥ、空間分辨率和接收機(jī)增益完全相同。計(jì)算時(shí)要 求正確輸入這2幅影像的文件/影像序號(hào)。
    b.Ｔ２值影像  Ｔ２值影像是組織Ｔ２值的平面分布圖，用ＴＥ不同的2幅影像計(jì)算出來。這2幅不同ＴＥ的采集影像必須是同一組織層面的影像，在相同的ＴＲ、接收機(jī)增益和空間分辨條件下獲得。
    c.計(jì)算的強(qiáng)度影像  這是用內(nèi)插法或外插法計(jì)算的與采集的影像有不同ＴＲ或ＴＥ的強(qiáng)度 影像。計(jì)算時(shí)要輸入的數(shù)據(jù)是Ｔ１值影像和Ｔ２值影像，所以，計(jì)算強(qiáng)度影像先要獲得Ｔ１影像和Ｔ２影像。
    d.回波影像  輸入影像用2幅ＴＥ不同的同一層面的影像，計(jì)算出的影像與輸入影像有不同的回波延時(shí)ＴＥ。
    e.質(zhì)子密度影像  這是質(zhì)子密度相對(duì)值的平面分布圖，輸入影像是同一層面的1幅Ｔ１影像和1幅Ｔ２影像。
    f.加權(quán)平均影像加權(quán)平均影像是對(duì)幾幅不同ＴＥ或不同ＴＲ的影像以不同的加權(quán)因子逐 個(gè)像素進(jìn)行強(qiáng)度平均，目的是產(chǎn)生信噪比得到改善的影像。也可以對(duì)相鄰層面的影像進(jìn)行等 權(quán)重的加權(quán)平均，利用偏體積效應(yīng)幫助描繪某些組織結(jié)構(gòu)或病理組織。
    g.絕對(duì)差影像絕對(duì)差影像通過逐個(gè)像素計(jì)算2幅影像強(qiáng)度之差，對(duì)像素值之差的絕對(duì)值 的空間進(jìn)行描繪，反映2幅影像的信息中的差異。
    h.對(duì)比度曲線對(duì)比度曲線用于研究ＳＥ序列和ＩＲ序列影像兩種組織之間的對(duì)比度關(guān)系 。對(duì)比度曲線的縱座標(biāo)為ＴＥ，橫座標(biāo)為ＴＲ。