第六章 磁共振呈现设备(第六节)
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医学影像设备学第6章-磁共振成像设备经典
38
第二节 主磁体系统
4．边缘场空间范围 主磁体周 围空间中磁场称为边缘场，其 大小与空间位置有关，随着空 间点与磁体距离的增大，边缘 场的场强逐渐降低。边缘场是 以磁体原点为中心向周围空间 发散的，因而具有对称性,通常 以等高斯线图来表示。
39
第二节 主磁体系统
二、永磁型磁体 1．构造 永磁体由永久磁 铁如铁氧体或钕铁的磁砖拼 砌而成。MRI设备采用的永 磁体分为闭合式和开放式两 种类型，如下图。
5
第一节 概述
1967年，约翰斯〔Jasper Johns〕等人首先利 用活体动物进展实验，成功地检测出动物体内分 布的氢、磷和氮的MR信号。
1970年，美国纽约州立大 学的达马迪安〔 Raymond Damadian〕 对已植入恶性肿瘤细胞的 老鼠进展了MR实验，发 现正常组织与恶性肿瘤组 织的MR信号明显不同。
小组同时独立发现的。
1983〕
Bloch和Purcell共同获得了
1952年的诺贝尔物理学奖。
Edward Mills Purcell 〔1912-
1997〕
4
第一节 概述
MR的根本原理是： 当处于磁场中的物质受到射频〔Radio Frequency ，RF〕电磁波的鼓励时，如果RF电磁波的频率与 磁场强度的关系满足拉莫尔方程，那么组成物质的 一些原子核会发生共振，即所谓的MR现象。 原子核吸收了RF电磁波的能量，当RF电磁波停顿 鼓励时，吸收了能量的原子核又会把这局部能量释 放出来，即发射MR信号。
第二节 主磁体系统
4．边缘场空间范围 主磁体周 围空间中磁场称为边缘场，其 大小与空间位置有关，随着空 间点与磁体距离的增大，边缘 场的场强逐渐降低。边缘场是 以磁体原点为中心向周围空间 发散的，因而具有对称性,通常 以等高斯线图来表示。
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第二节 主磁体系统
二、永磁型磁体 1．构造 永磁体由永久磁 铁如铁氧体或钕铁的磁砖拼 砌而成。MRI设备采用的永 磁体分为闭合式和开放式两 种类型，如下图。
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第一节 概述
1967年，约翰斯〔Jasper Johns〕等人首先利 用活体动物进展实验，成功地检测出动物体内分 布的氢、磷和氮的MR信号。
1970年，美国纽约州立大 学的达马迪安〔 Raymond Damadian〕 对已植入恶性肿瘤细胞的 老鼠进展了MR实验，发 现正常组织与恶性肿瘤组 织的MR信号明显不同。
小组同时独立发现的。
1983〕
Bloch和Purcell共同获得了
1952年的诺贝尔物理学奖。
Edward Mills Purcell 〔1912-
1997〕
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第一节 概述
MR的根本原理是： 当处于磁场中的物质受到射频〔Radio Frequency ，RF〕电磁波的鼓励时，如果RF电磁波的频率与 磁场强度的关系满足拉莫尔方程，那么组成物质的 一些原子核会发生共振，即所谓的MR现象。 原子核吸收了RF电磁波的能量，当RF电磁波停顿 鼓励时，吸收了能量的原子核又会把这局部能量释 放出来，即发射MR信号。
第6章医学磁共振成像(MRI)设备与应用
功能：主要是控制用户与磁共振各系统之间的通信，负责对 整个系统各部分的运行进行控制，使整个成像过程各部分的 动作协调一致，产生所需的高质量图像。并通过运行扫描软 件来满足用户的所有应用要求，如扫描控制（控制梯度磁场、 射频脉冲）、病人数据管理、归档图像、控制图像的重建和 显示等、评价图像以及机器检测（包括自检）等。
磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学 影像学科—磁共振波谱学 。
1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂 志上发表了题为“核磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组 织中氢的T1时间延长”等论文，
1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。 1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。 1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。 几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生
（3）超导磁体 荷兰科学家昂尼斯（Kamerlingh Onnes） 在1911年 首先发现某些物质的电阻在超低温下急剧下降为零 的超导性质，电阻的突然消失意味着物质已转变为 某种新的状态，这些物质称为超导体。科学家昂尼 斯获得了1913年诺贝尔物理学奖。 优点是：场强高，稳定性和均匀度好，因此可开发 更多的临床应用功能。
磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学 影像学科—磁共振波谱学 。
1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂 志上发表了题为“核磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组 织中氢的T1时间延长”等论文，
1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。 1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。 1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。 几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生
（3）超导磁体 荷兰科学家昂尼斯（Kamerlingh Onnes） 在1911年 首先发现某些物质的电阻在超低温下急剧下降为零 的超导性质，电阻的突然消失意味着物质已转变为 某种新的状态，这些物质称为超导体。科学家昂尼 斯获得了1913年诺贝尔物理学奖。 优点是：场强高，稳定性和均匀度好，因此可开发 更多的临床应用功能。
第六章-磁共振成像设备
第六章磁共振成像设备 (1)
第一节磁共振成像原理 (1)
一、磁共振成像基本原理 (1)
二、磁共振成像脉冲序列 (5)
第二节磁共振成像系统 (8)
第三节磁共振成像的临床应用 (13)
第六章磁共振成像设备
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）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一种成像技术。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医学数字成像技术，既能显示人体形态学结构，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态，以及无辐射等诸多优点，已越来越广泛的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、最有潜力的一种成像技术。
第一节磁共振成像原理
一、磁共振成像基本原理
1．核磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性。核子的自旋产生小磁矩，类似于小磁棒。质子数或中子数至少有一个为奇数的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化来，其磁化矢量与静磁场同向。而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动（一方面不断自旋，同时以静磁场为轴做圆周运动），进动频率（Precession Frequency）（即质子每秒进动的次数）为ω0=γB0，γ为原子核的旋磁比（对于每一种原子核，γ是一个常数且各不相同，如氢质子γ值为42.5MHz/T），B0为静磁场的场强大小。人体含有占比重70%以上的水，又由于
氢质子磁矩不为零，这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源，其余信号来自脂肪、蛋白质和其他化合物中的氢质子。
磁共振成像设备(MRI) MRI设备之基本构造 其它组成与质保
＞15
轮椅、担架 大功率电缆
＞8 ＞10
铁路、电车、地铁
＞20
辅助设备部分
（二）主磁体屏蔽 主磁体屏蔽是为了尽量将5高斯线区域限于磁体室内，除通过增加磁体室的面积和高度外
，还须采用磁屏蔽来达到目的。 1、有源屏蔽 由一个线圈或线圈系统通以电流，产生反向的磁场来抵消工作磁场的杂散磁
场，从而达到屏蔽的目的。 2、无源屏蔽 无源屏蔽使用的是铁磁性（镍合金和铁合金）屏蔽
（一）主计算机系统 1、功能 是控制操作者与磁共振设备各系统之间的通信，
并通过扫描软件来满足所期望的应用要求。 2、组成 由主机、磁盘存储器、光盘存储器、控制台、
主图像显示器（主诊断台）、辅助图像显示器（辅诊断台） 、图像硬拷贝输出设备、网络适配器以及测量系统的接口部 件等组成。
3、主计算机系统中运行的软件系统 系统软件 应用软件
• 射频屏蔽的标准
• 屏蔽层2米远测量
• 2MHZ的射频泄漏小于80db（分贝） • 5MHZ时小于100db • 30MHZ时小于110db的射频干扰
辅助设备部分
• 照明要求 • 照明只能用白炽灯 • 自本身的电源滤波器再与建筑物上的市电相连，调光器必须 装配在射频屏蔽之外
• 电源要求 • 380v，50HZ，Y或 连接 • 最大电源电阻380v时为0.1欧姆 • 相之间允许的电源波动为6%10% • 允许的频率波动为1%
医学成像原理第6章MRI
• 章动导致M0向XY 平面翻转，与Z轴形成一定的角度（θ）：
• 式中： ω1为射频脉冲进动频率 （ ），t 为RF 脉冲的 作用时间。我们可以通过控制RF 脉冲 的强度和作用时间，确定 M0的翻转角度。
• （1）90°翻转：当RF 脉冲的能量一定时： • 因为 ，所以：
• 根据式上式如果保持射频脉冲的作用时间为tπ/2，MZ 就会被翻转90°
数，符合： • 式中：MZ（t）为t 时刻的纵向磁化矢量值，M0 为平衡态时的净磁化
矢量值，t 为驰豫时间，T1 为纵向驰豫时间常数。
• T1＝纵向磁化矢量MZ从最小恢复到平衡态磁化矢量M0的63％的时间
• 不同组织的T1值是不同的。B0强度不同，同一组织的T1值也是不同的
（表6-1）。B0越大，组织的T1值越大。
• （二）纵向驰豫
• 射频脉冲停止以后，纵向 磁化矢量M0由最小恢复到 原来大小的过程称纵向驰 豫。在驰豫过程中总的净 磁化矢量也程螺旋形运动 ，与射频激发后的运动正 好相反。
• 1．纵向驰豫机制 • 纵向驰豫过程中，吸收了射频脉冲能量跃迁到高能级的自旋质子把能
量释放到周围的晶格中，回到它们的稳定状态。因而，纵向驰豫也称
第六章 磁共振成像
主要内容
• 第一节 概述 • 第二节 发生磁共振现象的基本条件 • 第三节 磁共振图像的信号
• 第四节 磁共振图像的空间定位
第六章-核磁共振介绍
19
规定：
四甲基硅烷（TMS)的 δ= 0ppm（仪器的零点）
CH3
CH3 Si CH3 CH3
化学位移：任意质子的共振吸收位置与四 甲基硅烷共振吸收位置的相对距离。 1 、结构对称，质子数目多只加入少量就可给 出很强的单峰信号。 2、Si 的电负性小质子外围电荷密度高屏蔽效 应强, 在高场发生共振吸收。绝大多数有机物 的吸收场强比它低。。 3 、化学性质稳定，且沸点低易于回收。
O R-C-H O R-C-OH
=
=
3.7— 4
=
9 —10
=
10 —12
24
第三节 影响化学位移的因素
质子化学位移值的大小取决于它所处 的电子环境，主要影响因素有： 一、电负性的影响 当键合质子的碳上连有电负性较大的原 子或基团时，因质子外围的电荷密度降低, 产生的感应磁场较弱，对质子的屏蔽作用 减小，使共振吸收移向低场。
核磁共振定量分析 核磁共振波谱仪使用简介
—CH2-O-CH2-CH3
3Ｈ 2Ｈ 2Ｈ 5Ｈ
化合物C9H12O的1H NMR谱图
3
第一节
核磁共振的基本原理
一。核的自旋与磁性 原子核与电子类似，也有自旋现象。 核的自旋可以用自旋量子数 (I) 来描 述。自旋量子数 (I) 的取值取决于原子
序数 (Z) 和原子的质量数(A)。
第六章 磁共振成像(第一节至第二节)
图像对比度主要由质子密度
决定，得到质子密度加权像。 质子密度越大的组织，在图 像上越亮。
PDWI
三、自旋回波序列与加权图像
人体正常组织在T1WI和T2WI的灰度
脑白 质
T1WI T2WI 白 灰
脑灰 质
灰 灰白
脑脊 液
黑 白
脂肪
白 白灰
骨皮 质
黑 黑
骨髓 质
白 灰
脑膜
黑 黑
四、反转恢复序列与加权图像
复到 Mz ，恢复的程度与T1有关。
组织A的T1短，纵向磁化矢量恢
复得快，产生的信号强。选择合适的TR，组织之间的T1差别 被突出。
一、FID信号加权与图像对比度形成
（2）TE 与FID信号 TE足够短，组织的横向弛豫还没来得及展开，产生的 FID信号基本上与T2*无关。 选择短TE(TE<< T2*)，可 以抑制组织的T2*差别对信号的 影响。 TE 较长，横向磁化矢量发 生弛豫衰减，衰减程度与T2*有 关，T2* 将对FID信号产生影响。 TE对T2* 加权的影响 * 组织B的T2 较长，横向磁化矢量 （组织A、B的质子密度相同， 衰减较慢，产生的信号较强。选 且TR足够长） 择合适的TE，组织之间的T2*差别被突出。
异，长TE较好显示A、B 组织T2对比度
一、FID信号加权与图像对比度形成
（1）TR 与FID信号
MRI磁共振成像设备
特性
优点
场强高（0.35T~4.0T）；稳定而均匀； 不受外界温度的影响；磁场可以关闭
缺点
工艺复杂，造价高；需补充制冷剂；维护 费用相对大
19
磁体系统
超导电流不是无限大
在给定的温度和场强下，给定的导体所能携 带的电流有一界限，超过这一临界电流，导 体变成常导，产生热接着失超。不同的超导 材料还存在不同的临界磁场，超过这个磁场 界限，超导材料也会失去超导性。
41
梯度线圈系统
有源屏蔽
在梯度线圈和低温容器间安放屏蔽线圈 (双梯度线圈)，屏蔽电流与工作梯度同步
复杂、昂贵、对电源要求高
42
射频系统
射频系统 发射和接收 频率合成器、RF成形部分、 发射器、预放、功率放大器、 发射线圈、接收线圈及低噪 声信号放大器
43
射频系统
接收系统 接收线圈、低噪声前放、RF放大、 带通滤波器、检波器、低通滤波器、 低频放大器和A/D部分
磁体系统
17
磁体系统
Superconductivity wire
使用最广泛的超导材料 是铌钛合金。为厂稳定， 大约30束直径0．1mm 的铌钛组成的多芯导线 包埋在直径约2mm的铜 材里，可负载多达700A 的电流。无屏蔽的2T磁 体通常需要接近64．37 公里(40英里)长的导线。
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磁体系统
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28
优点
场强高（0.35T~4.0T）；稳定而均匀； 不受外界温度的影响；磁场可以关闭
缺点
工艺复杂，造价高；需补充制冷剂；维护 费用相对大
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磁体系统
超导电流不是无限大
在给定的温度和场强下，给定的导体所能携 带的电流有一界限，超过这一临界电流，导 体变成常导，产生热接着失超。不同的超导 材料还存在不同的临界磁场，超过这个磁场 界限，超导材料也会失去超导性。
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梯度线圈系统
有源屏蔽
在梯度线圈和低温容器间安放屏蔽线圈 (双梯度线圈)，屏蔽电流与工作梯度同步
复杂、昂贵、对电源要求高
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射频系统
射频系统 发射和接收 频率合成器、RF成形部分、 发射器、预放、功率放大器、 发射线圈、接收线圈及低噪 声信号放大器
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射频系统
接收系统 接收线圈、低噪声前放、RF放大、 带通滤波器、检波器、低通滤波器、 低频放大器和A/D部分
磁体系统
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磁体系统
Superconductivity wire
使用最广泛的超导材料 是铌钛合金。为厂稳定， 大约30束直径0．1mm 的铌钛组成的多芯导线 包埋在直径约2mm的铜 材里，可负载多达700A 的电流。无屏蔽的2T磁 体通常需要接近64．37 公里(40英里)长的导线。
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磁体系统
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第六章 核磁共振
这种邻近基团的磁各向异性影响十分重要。
（1）单键的各向异性效应 由C-C单键中σ电子产生的各向异效应较小。C-C单键就是
锥形去屏蔽的轴。位于这锥形区之内的1H有较大的δ值。 CH3<CH2<CH
+：单键的屏蔽区 -： 单键的去屏蔽区
环己烷中平键质子与竖键质子受各向异 性效应影响
（二）双键的各向异性效应 双键的电子云垂直于双键的平面，在双键上、下的1H就
（2）AB2系统
AB2系统的谱图
（3）ABX系统 ABX的系统图谱
一些自旋系统的谱形
例2：下列谱图是否 Cl
Cl
OCH3 的NMR？
Cl
与氧原子相 连的甲基氢
δ3.9(单峰) -OCH3
苯氢
δ6.7~7.3 苯环氢
所以，该图是2,3,4-三氯苯甲醚的NMR。
例3：下图与A、B、C哪个化合物的结构符合？
一级谱的种类
（1）AX及AX2系统 AX系统有四条线，其中A及X各占有两条线，二线的 间距等于偶合常数（J）之值。A及X的化学位移处于所属二线的中心。谱 中四线高度相等。
AX2系统中，A呈三线谱，强度比1:2:1，X呈双线峰，强度比为4:4。 三重峰及双峰的裂距大小等于偶合常数，各组峰的中心即化学位移。
化学位移的周/秒值将随外加磁场增大而增加，而偶合常数J则与外 加磁场无关。因此，在罗低频率仪器测得的高级谱，在提高仪器频 率后，∆ν就会按比例增大，这样就会使∆ν/J大于等于6，以致变成 一级谱。
（1）单键的各向异性效应 由C-C单键中σ电子产生的各向异效应较小。C-C单键就是
锥形去屏蔽的轴。位于这锥形区之内的1H有较大的δ值。 CH3<CH2<CH
+：单键的屏蔽区 -： 单键的去屏蔽区
环己烷中平键质子与竖键质子受各向异 性效应影响
（二）双键的各向异性效应 双键的电子云垂直于双键的平面，在双键上、下的1H就
（2）AB2系统
AB2系统的谱图
（3）ABX系统 ABX的系统图谱
一些自旋系统的谱形
例2：下列谱图是否 Cl
Cl
OCH3 的NMR？
Cl
与氧原子相 连的甲基氢
δ3.9(单峰) -OCH3
苯氢
δ6.7~7.3 苯环氢
所以，该图是2,3,4-三氯苯甲醚的NMR。
例3：下图与A、B、C哪个化合物的结构符合？
一级谱的种类
（1）AX及AX2系统 AX系统有四条线，其中A及X各占有两条线，二线的 间距等于偶合常数（J）之值。A及X的化学位移处于所属二线的中心。谱 中四线高度相等。
AX2系统中，A呈三线谱，强度比1:2:1，X呈双线峰，强度比为4:4。 三重峰及双峰的裂距大小等于偶合常数，各组峰的中心即化学位移。
化学位移的周/秒值将随外加磁场增大而增加，而偶合常数J则与外 加磁场无关。因此，在罗低频率仪器测得的高级谱，在提高仪器频 率后，∆ν就会按比例增大，这样就会使∆ν/J大于等于6，以致变成 一级谱。
第六章磁共振课件
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
放大器的功率限制(mT/m)。
（三）梯度系统的组成
梯度子系统由梯度线圈、梯度控制器、数模转换器 (DAC)、梯度放大器和梯度冷却系统等部分组成。
梯度 控制器 (GCU) 16位
数模 转换器 (DAC)
梯度 放大器 (GPA)
梯 度 线 圈
梯度控制器和数模转换器
梯度控制器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。对梯度放
大器的精确控制就是由梯度控制器和 DAC共同完成的。 DAC 是将数字量变为模拟量输出的器件， DAC 收到梯 度控制器发送的、标志梯度电流大小的代码后，立 即转换成相应的模拟电压控制信号，以驱动梯度放
大器输出梯度电流。
磁共振成像(MRI)诊断
第一节 概况
参与MR成像的因素较多，决定MRI信号强 度的参数至少有10个以上，只要有一个参数 发生变化，就可以在MR信号上得到反映， 因此，MRI具有极强的应用潜力。
第二节 MRI设备
磁共振成像（MRI）设备包括5个部分：磁体、梯 度、射频、计算机及数据处理系统以及辅助设备 部分。
1、磁体分常导、永磁、超导三型，医用MRI所用磁场 强度一般为0.35~3 Tesla（1T=1万高斯）简称T。
TE：称回波时间，即射频脉冲发射后到采 集回波信号之间的时间。
☝
第四节 射频脉冲序列和伪影
一、射频脉冲序列 射频脉冲即一个短的无线电波或射频能量，
其作用就是如何有效获得MRI信号。序列 指检查中使用的脉冲程序。常用的射频脉 冲序列有： 1、自旋回波（SE）序列 2、反转回复（IR）序列 3、部分饱和（PS）序列
为了侧重取得T1图像，需在T2成份最小时 取样；而T2图像在T1成份最小时取得。这 种有偏重内容的图像称加权像（Weight）。 如T1加权像（T1WI）、T2加权像 （T2WI）、质子密度加权像（PDWI）等。
第三节 MRI原理
TR：称重复时间，MRI的信号很弱，为提 高信噪比，要求重复使用同一种脉冲序列， 这个重复激发的时隔时间即称TR。
第六节 磁共振对比剂
目前主要的有：肝特异性对比剂、胰腺对 比剂、血池对比剂、肿瘤对比剂和抗原特 异性对比剂等。
放射医学技术医学影像设备知识磁共振MR成像设备
放射医学技术医学影像设备知识磁共振MR成像设备
一、MRI设备的分类和发展
（一）MRI设备的分类
1．按磁体类型分类可分为永磁型MRI设备、常导型MRI 设备、超导型MRI设备、以及混合型MRI设备。
2．按磁体产生静磁场的磁场强度大小分类可分为低场（0.1～0.5T）MRI设备、中场（0.6～1T）MRI设备、高场（1.5～2T）MRI设备、以及超高场（3T及以上）MRI设备。
（二）MRI设备的发展
主磁体的发展趋势是低磁场强度的开放和高磁场强度的性能改善。低磁场强度永磁开放型MRI设备的磁场强度已达0.4T，其结构为单柱型或双柱非对称型。开放式MRI设备的优点是可消除病人的幽闭恐惧症。超导型MRI设备的磁场强度已由传统的1.5T 发展到3～4T，并有发展到7～8T的趋势。超导型MRI设备的液氦消耗量已大幅度下降。随着材料科学的进一步发展，将来可能出现高温超导磁体。
二、MRI设备的构成及其功能
MRI设备由磁体系统、梯度系统、射频系统、信号采集和图像重建系统、主控计算机系统及辅助保障系统构成。
（一）磁体系统
磁体的基本功能是为MRI设备提供满足特定要求的静磁场。磁体系统除了磁体之外，还包括匀场线圈、梯度线圈及射频发射和接收体线圈（又称为内置体线圈）等组件。
1．永磁型磁体永磁型磁体的磁性材料主要有铝镍钴、铁氧体和稀土钴三种类型。其磁体一般由多块永磁材料堆积或拼接而成，磁铁块的排布既要满足构成一定成像空间的要求，又要使其磁场均匀性尽可能高。永磁体的磁场强度一般不超过0.45T。
永磁型磁体对温度变化非常敏感，这使其磁场稳定性变差。因此，需要恒温恒湿空调系统将磁体间内的温度或磁体本身的温度变化严格控制在±1℃之内。永磁型MRI设备以其优异的开放性能、低造价、低运行成本、整机故障率低、磁场发散少、对周围环境影响小、检查舒适等特点，应用于磁共振介入治疗和磁共振导引的介入手术中。
磁共振成像设备
(magnetic resonance spectroscopy， MRS)，用于提供组织化学成分的数据信 息。
临床应用
1. 对中枢神经系统的诊断 2. 对心脏大血管系统的诊断 3. 对头、颈部来自百度文库诊断 4. 对肌肉、关节系统的检查 5. 用于纵隔、腹腔、盆腔实质器官的检查 6. 对乳腺的诊察
矢
➢ 处理器 ➢ 重建内存 ➢ 重建速度
核磁共振设备的工作原理
• 将人体置于外加磁场中； • 用射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振； • 在停止射频脉冲后，氢原子核发出电信号，并被体外的接
受器收录； • 经电子计算机处理获得图像。
磁共振成像的基本概念
• （一）核自旋和磁矩
• 原子由原子核及其周围绕行的电子组成。原子核由中 子和质子组成，统称为核子。
入者等慎用； 4. 图像易受多种伪影影像； 5.定量诊断困难
MRI设备与其它影像设备相比较
1. 无电离辐射危害 2. 多参数成像，可提供丰富的诊断信息 3. 高对比度成像 4. MRI设备具有任意方向断层的能力 5. 无需使用对比剂，可直接显示心脏和血管结构 6. 无骨尾影干扰，后颅凹病变可清晰可辨 7. 可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究
医疗器械概论
磁共振成像设备
MRI目前核磁共振成像仪已成为最重要的诊断工具之一 ，对人体无辐射 作用，拥有良好的软组织对比度，多参数成像，多序列扫描，多剖面图像， 为临床提供丰富的医学影像信息，受到临床医师的广泛欢迎。
临床应用
1. 对中枢神经系统的诊断 2. 对心脏大血管系统的诊断 3. 对头、颈部来自百度文库诊断 4. 对肌肉、关节系统的检查 5. 用于纵隔、腹腔、盆腔实质器官的检查 6. 对乳腺的诊察
矢
➢ 处理器 ➢ 重建内存 ➢ 重建速度
核磁共振设备的工作原理
• 将人体置于外加磁场中； • 用射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振； • 在停止射频脉冲后，氢原子核发出电信号，并被体外的接
受器收录； • 经电子计算机处理获得图像。
磁共振成像的基本概念
• （一）核自旋和磁矩
• 原子由原子核及其周围绕行的电子组成。原子核由中 子和质子组成，统称为核子。
入者等慎用； 4. 图像易受多种伪影影像； 5.定量诊断困难
MRI设备与其它影像设备相比较
1. 无电离辐射危害 2. 多参数成像，可提供丰富的诊断信息 3. 高对比度成像 4. MRI设备具有任意方向断层的能力 5. 无需使用对比剂，可直接显示心脏和血管结构 6. 无骨尾影干扰，后颅凹病变可清晰可辨 7. 可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究
医疗器械概论
磁共振成像设备
MRI目前核磁共振成像仪已成为最重要的诊断工具之一 ，对人体无辐射 作用，拥有良好的软组织对比度，多参数成像，多序列扫描，多剖面图像， 为临床提供丰富的医学影像信息，受到临床医师的广泛欢迎。
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1. 共振频率
MRI系统的共振频率是指由拉莫尔公式和静磁场所 确定的射频波频率，也是整个射频发射和接收单元 的基准工作频率。
共振频率的变化一般是由静磁场的漂移所致。 每次开机之后需对其进行校准，属于日常质量保证 检测项目。
第六节 磁共振成像设备质量保证
2. 磁场均匀性 通过测量某一特定波峰的半高宽（ full width at half maximum， FWHM）可得到 磁场均匀性。
第六节 磁共振成像设备质量保证
梯度伪影的原因： ① 梯度场的非线性引起几何 结构失真。梯度强度和线性 关系失真越厉害，所成像的 几何结构失真也越厉害。
涡流导致梯度非线性
第六节 磁共振成像设备质量保证
② 梯度系统控制电路故障，可能导致某个轴直流偏置 增大，或梯度切换不良，造成伪影。
③ 梯度线圈的工作在交变的大电流状态，工作时梯度 场快速变化所产生的力，使梯度线圈发生强烈的机械 振动，给图像带来伪影。
磁共振成像设备的主磁体有哪几种类型：比较几种磁体类型的 优缺点。 超导磁体有何优缺点？ 匀场有哪些类型?如何匀场?
简述梯度系统组成及磁共振信号的空间定位原理。
梯度系统产生的涡流对成像有什么影响?如何解决? 评价梯度系统性能的参数有哪些?
简述射频系统的组成及其工作原理。
医学影像设备学 第五章 磁共振成像设备
第六节 核磁共振质量保证
上海理工大学
姚旭峰
目录
一、MRI设备质量保证主要参数 二、磁共振成像设备性检测模体
三、磁共振成像伪影
第六节 磁共振成像设备质量保证
MRI设备质量保证指整个系统的质量体系，包括主体 设备质量、操作技术、周围配套设备的质量状况等。 对设备实施质量保证的目的是使诊断准确及时，减少 病人在受检过程中的危险、不适感和降低诊治过程中 的消费，提高医院的诊治效率。 用于质量保证的测量通常是对试验物体如模模体拟进 行的。
信号强度有功率或角度两种表示法。特定模体的RF 功率参考值一旦确定，可在此基础之上快速测定RF 翻转角来判断RF系统的状态。
第六节 磁共振成像设备质量保证
4. 涡流补偿 典型的检测周期为半年，但在机器全 面维修、调整、升级后必须进行测试。 5. 梯度场强度校准 典型的检测周期为半年，每次 调整、维修、升级梯度系统后必须进行测试。
FOV不变，矩阵越大则体素越小，空间分辨率越高 ；矩阵不变，FOV越大则体素越大，空间分辨率越 低。 空间分辨率还与相位、频率编码有关的梯度场升降 幅度变化有关。
第六节 磁共振成像设备质量保证
2.线性度 图像的线性度是称为几何畸变，是描述MR 图像几何变形程度的指标。用图像中两点的距离与被 测物体相应两点实际尺寸相比较，计算线性度。一般 用畸变百分率表示，即：
第六节 磁共振成像设备质量保证
射频不均匀伪影的主要解决方案有两种：
①采用滤过技术。这实际上是一种图像后处理技术， 使距离线圈不同远近的组织信号尽可能的较为接近。 ②利用表面线圈敏感度信息与体线圈比对的方法。在 使用平行采集时需要事先利用快速序列来获取线圈敏 感度信息，这些信息除了可以用于平行采集技术外， 还可用于近线圈效应的校正。
梯度线圈故障伪影
第六节 磁共振成像设备质量保证
2．射频伪影 由于受MRI设 备内部或外来的射频场干扰 造成的图像伪影称为射频伪 影。射频伪影通常表现为明 暗相间的点状结构排成线状 ，类似拉链，又称为拉链伪 影。
第六节 磁共振成像设备质量保证
3．射频不均匀性伪影 表面线 圈包括相控阵线圈接收 MR 信 号在整个采集容积区域是不均 匀的，越靠近线圈的部位采集 到的信号越高，而越远离线圈 的部位采集到的信号越低，这 种现象被称为近线圈效应，也 被称为射频不均匀伪影。
均匀度UΣ可用下列公式计算：
Smax S min U 1 - S S 100% max min
其中，Smax为所测区域中信号最大值，Smin为所测区 域中信号最小值。
第六节 磁共振成像设备质量保证
（三）几何参数
1.空间分辨率 空间分辨率是指MR图像对解剖细节 的显示能力，实际上是成像体素的实际大小，体素 越小，空间分辨率越高。
信噪比的检测模体是均匀水模。 图像的SNR与静磁场强度、采集线圈、脉冲序列、 TR、TE、NEX、层厚、矩阵、FOV、采集带宽、 采集模式等很多因素有关，实际上应用时需要对上 述参数进行适当调整，以保证图像的SNR。
第六节 磁共振成像设备质量保证
2. 均匀度 均匀度是指图像的均匀程度。均匀度检测 使用的模体也是均匀模。
第六节 磁共振成像设备质量保证
（二） 信号强度参数
1. 信噪比 信噪比是指图像的信号强度与噪声强度的比 值。 信号强度是指图像中某一感兴趣区内各像素信号强度的 平均值；
噪声是指同一感兴趣区等量像素信号强度的标准差。
由图像计算得到的信噪比是对整个磁共振成像系统信噪 比的综合反映。
第六节 磁共振成像设备质量保证
半高宽可以用Hz为单位，也可以用ppm为单位，二 者的关系为
FWHM（ppm）=
FWHM
42.576 B 0
Hz
第六节 磁共振成像设备质量保证
3. 射频翻转角的准确性
可通过单脉冲的梯度回波序列如FLASH、GRASS 或FISP等进行测量。 将一可产生均匀信号的模体置于磁体物理中心，启 动扫描后便可记录ROI的信号强度。
第六节 磁共振成像设备质量保证
一、MRI设备质量保证主要参数
用于MRI设备质量保证的参数可分为非成像参数、 信号强度参数和几何参数等三类。 （一）非成像参数
非成像参数是指与MR信号强度和图像没有直接关系 的参数，如共振频率、磁场均匀性、射频翻转角的 精确度、涡流补偿、梯度场强度校准等。
第六节 磁共振成像设备质量保证
第六节 磁共振成像设备质量保证
4． 自由感应衰减伪影 是在自旋回波序列中由自由 感应衰减信号干扰造成的拉链状伪影称为自由感应 衰减伪影。该拉链状伪影沿频率编码方向，但位于 图像相位编码方向的中点，因此也称为中心拉链伪 影。 自由感应衰减伪影的主要对策有：①设计更为理想 的选择性射频脉冲波形。②调整射频激发的相位周 期。③采用扰相梯度，使多余的横向磁化矢量失相 位。
第六节 磁共振成像设备质量保证
（二）Magphan模体
Magphan模体是美国模体实验室设计的一种磁共振 模体，此组合型Magphan模体可进行横断面、冠状 面和矢状面及斜面的成像，可检测：
①信噪比；②均匀度；③几何畸变(空间线性)； ④扫描层厚和连续性；⑤空间分辨率； ⑥低对比分辨率；⑦伪影； ⑧T1、T2的测量(灵敏度的检测)等参数。
第六节 磁共振成像设备质量保证
5．人字形伪影 人字形伪影表现为整幅图像中重叠 有类似于织物条纹或网格的干扰伪影，又称网格伪 影。尖峰干扰将造成K空间中的“坏点”，傅里叶变 换后，这些坏点将在最终的图像中表现为网格状伪 影。
第六章 磁共振成像设备
思考题
磁共振成像系统有哪几部分组成?它们各起什么作用?
第六节 磁共振成像设备质量保证
二、磁共振成像设备性检测模体 （一）模体材料
模体（phantom）是各种检测标准中常说的检测物 ，即测试所用的模拟人体物。模体又称为水模。 MRI模体材料应具有化学和热稳定性，在存放期间 不应有大的变化，否则会影响参数测量。模体材料 的T1、T2及质子密度应满足以下要求： 100ms<T1<1200ms，50ms<T2<400ms，及质 子密度≈H2O密度。
第Baidu Nhomakorabea节 磁共振成像设备质量保证
有许多材料可用于MRI模体，这些材料大多是含有大量 质子的凝胶和不同顺磁性离子的水溶液。列出了一些材 料的弛豫时间。
几种常用模体试剂的弛豫时间（0.5T，20MHz）
溶剂 CuSO4 NiCl2 1，2-丙二醇 MnCl2 浓度 1～25mmol 1～25mmol 0～100% 0.1～1mmol T1/ms 860～40 806～59 2134～217 982～132 T2/ms 625～38 763～66 485～72 －
第六节 磁共振成像设备质量保证
三、磁共振成像伪影 伪影（又称鬼影Ghost）是 指成像和信息处理过程中人 体并不存在的错误特征，致 使图像质量下降。如心脏的 搏动伪影，血管的流动伪影 ，腹部的呼吸运动伪影等。
第六节 磁共振成像设备质量保证
1. 磁共振梯度伪影 梯度 系统故障导致的伪影一般 出现在图像的编码方向， 有的贯穿整幅图像，有的 表现为被扫描体轮廓的条 纹，图像无法重聚。有的 在频率或相位编码方向有 明显的几何结构失真。
LR LM 畸变百分率 100% LR
LR是实际距离，LM是测量距离。。
第六节 磁共振成像设备质量保证
3.层面几何特性参数 层面几何特性参数是描述成像 层面位置、厚度及层间距准确性的指标。 层面厚度是指层面轮廓线的半高全宽；层面位置是 指层面轮廓线半高全宽中点绝对位置，也即层面厚 度中心点的位置； 层间距指相邻两层之间的间隔距离，与CT的层间距 不同，后者通常是指两个相邻层面厚度中心点之间 的距离。
MRI系统的共振频率是指由拉莫尔公式和静磁场所 确定的射频波频率，也是整个射频发射和接收单元 的基准工作频率。
共振频率的变化一般是由静磁场的漂移所致。 每次开机之后需对其进行校准，属于日常质量保证 检测项目。
第六节 磁共振成像设备质量保证
2. 磁场均匀性 通过测量某一特定波峰的半高宽（ full width at half maximum， FWHM）可得到 磁场均匀性。
第六节 磁共振成像设备质量保证
梯度伪影的原因： ① 梯度场的非线性引起几何 结构失真。梯度强度和线性 关系失真越厉害，所成像的 几何结构失真也越厉害。
涡流导致梯度非线性
第六节 磁共振成像设备质量保证
② 梯度系统控制电路故障，可能导致某个轴直流偏置 增大，或梯度切换不良，造成伪影。
③ 梯度线圈的工作在交变的大电流状态，工作时梯度 场快速变化所产生的力，使梯度线圈发生强烈的机械 振动，给图像带来伪影。
磁共振成像设备的主磁体有哪几种类型：比较几种磁体类型的 优缺点。 超导磁体有何优缺点？ 匀场有哪些类型?如何匀场?
简述梯度系统组成及磁共振信号的空间定位原理。
梯度系统产生的涡流对成像有什么影响?如何解决? 评价梯度系统性能的参数有哪些?
简述射频系统的组成及其工作原理。
医学影像设备学 第五章 磁共振成像设备
第六节 核磁共振质量保证
上海理工大学
姚旭峰
目录
一、MRI设备质量保证主要参数 二、磁共振成像设备性检测模体
三、磁共振成像伪影
第六节 磁共振成像设备质量保证
MRI设备质量保证指整个系统的质量体系，包括主体 设备质量、操作技术、周围配套设备的质量状况等。 对设备实施质量保证的目的是使诊断准确及时，减少 病人在受检过程中的危险、不适感和降低诊治过程中 的消费，提高医院的诊治效率。 用于质量保证的测量通常是对试验物体如模模体拟进 行的。
信号强度有功率或角度两种表示法。特定模体的RF 功率参考值一旦确定，可在此基础之上快速测定RF 翻转角来判断RF系统的状态。
第六节 磁共振成像设备质量保证
4. 涡流补偿 典型的检测周期为半年，但在机器全 面维修、调整、升级后必须进行测试。 5. 梯度场强度校准 典型的检测周期为半年，每次 调整、维修、升级梯度系统后必须进行测试。
FOV不变，矩阵越大则体素越小，空间分辨率越高 ；矩阵不变，FOV越大则体素越大，空间分辨率越 低。 空间分辨率还与相位、频率编码有关的梯度场升降 幅度变化有关。
第六节 磁共振成像设备质量保证
2.线性度 图像的线性度是称为几何畸变，是描述MR 图像几何变形程度的指标。用图像中两点的距离与被 测物体相应两点实际尺寸相比较，计算线性度。一般 用畸变百分率表示，即：
第六节 磁共振成像设备质量保证
射频不均匀伪影的主要解决方案有两种：
①采用滤过技术。这实际上是一种图像后处理技术， 使距离线圈不同远近的组织信号尽可能的较为接近。 ②利用表面线圈敏感度信息与体线圈比对的方法。在 使用平行采集时需要事先利用快速序列来获取线圈敏 感度信息，这些信息除了可以用于平行采集技术外， 还可用于近线圈效应的校正。
梯度线圈故障伪影
第六节 磁共振成像设备质量保证
2．射频伪影 由于受MRI设 备内部或外来的射频场干扰 造成的图像伪影称为射频伪 影。射频伪影通常表现为明 暗相间的点状结构排成线状 ，类似拉链，又称为拉链伪 影。
第六节 磁共振成像设备质量保证
3．射频不均匀性伪影 表面线 圈包括相控阵线圈接收 MR 信 号在整个采集容积区域是不均 匀的，越靠近线圈的部位采集 到的信号越高，而越远离线圈 的部位采集到的信号越低，这 种现象被称为近线圈效应，也 被称为射频不均匀伪影。
均匀度UΣ可用下列公式计算：
Smax S min U 1 - S S 100% max min
其中，Smax为所测区域中信号最大值，Smin为所测区 域中信号最小值。
第六节 磁共振成像设备质量保证
（三）几何参数
1.空间分辨率 空间分辨率是指MR图像对解剖细节 的显示能力，实际上是成像体素的实际大小，体素 越小，空间分辨率越高。
信噪比的检测模体是均匀水模。 图像的SNR与静磁场强度、采集线圈、脉冲序列、 TR、TE、NEX、层厚、矩阵、FOV、采集带宽、 采集模式等很多因素有关，实际上应用时需要对上 述参数进行适当调整，以保证图像的SNR。
第六节 磁共振成像设备质量保证
2. 均匀度 均匀度是指图像的均匀程度。均匀度检测 使用的模体也是均匀模。
第六节 磁共振成像设备质量保证
（二） 信号强度参数
1. 信噪比 信噪比是指图像的信号强度与噪声强度的比 值。 信号强度是指图像中某一感兴趣区内各像素信号强度的 平均值；
噪声是指同一感兴趣区等量像素信号强度的标准差。
由图像计算得到的信噪比是对整个磁共振成像系统信噪 比的综合反映。
第六节 磁共振成像设备质量保证
半高宽可以用Hz为单位，也可以用ppm为单位，二 者的关系为
FWHM（ppm）=
FWHM
42.576 B 0
Hz
第六节 磁共振成像设备质量保证
3. 射频翻转角的准确性
可通过单脉冲的梯度回波序列如FLASH、GRASS 或FISP等进行测量。 将一可产生均匀信号的模体置于磁体物理中心，启 动扫描后便可记录ROI的信号强度。
第六节 磁共振成像设备质量保证
一、MRI设备质量保证主要参数
用于MRI设备质量保证的参数可分为非成像参数、 信号强度参数和几何参数等三类。 （一）非成像参数
非成像参数是指与MR信号强度和图像没有直接关系 的参数，如共振频率、磁场均匀性、射频翻转角的 精确度、涡流补偿、梯度场强度校准等。
第六节 磁共振成像设备质量保证
第六节 磁共振成像设备质量保证
4． 自由感应衰减伪影 是在自旋回波序列中由自由 感应衰减信号干扰造成的拉链状伪影称为自由感应 衰减伪影。该拉链状伪影沿频率编码方向，但位于 图像相位编码方向的中点，因此也称为中心拉链伪 影。 自由感应衰减伪影的主要对策有：①设计更为理想 的选择性射频脉冲波形。②调整射频激发的相位周 期。③采用扰相梯度，使多余的横向磁化矢量失相 位。
第六节 磁共振成像设备质量保证
（二）Magphan模体
Magphan模体是美国模体实验室设计的一种磁共振 模体，此组合型Magphan模体可进行横断面、冠状 面和矢状面及斜面的成像，可检测：
①信噪比；②均匀度；③几何畸变(空间线性)； ④扫描层厚和连续性；⑤空间分辨率； ⑥低对比分辨率；⑦伪影； ⑧T1、T2的测量(灵敏度的检测)等参数。
第六节 磁共振成像设备质量保证
5．人字形伪影 人字形伪影表现为整幅图像中重叠 有类似于织物条纹或网格的干扰伪影，又称网格伪 影。尖峰干扰将造成K空间中的“坏点”，傅里叶变 换后，这些坏点将在最终的图像中表现为网格状伪 影。
第六章 磁共振成像设备
思考题
磁共振成像系统有哪几部分组成?它们各起什么作用?
第六节 磁共振成像设备质量保证
二、磁共振成像设备性检测模体 （一）模体材料
模体（phantom）是各种检测标准中常说的检测物 ，即测试所用的模拟人体物。模体又称为水模。 MRI模体材料应具有化学和热稳定性，在存放期间 不应有大的变化，否则会影响参数测量。模体材料 的T1、T2及质子密度应满足以下要求： 100ms<T1<1200ms，50ms<T2<400ms，及质 子密度≈H2O密度。
第Baidu Nhomakorabea节 磁共振成像设备质量保证
有许多材料可用于MRI模体，这些材料大多是含有大量 质子的凝胶和不同顺磁性离子的水溶液。列出了一些材 料的弛豫时间。
几种常用模体试剂的弛豫时间（0.5T，20MHz）
溶剂 CuSO4 NiCl2 1，2-丙二醇 MnCl2 浓度 1～25mmol 1～25mmol 0～100% 0.1～1mmol T1/ms 860～40 806～59 2134～217 982～132 T2/ms 625～38 763～66 485～72 －
第六节 磁共振成像设备质量保证
三、磁共振成像伪影 伪影（又称鬼影Ghost）是 指成像和信息处理过程中人 体并不存在的错误特征，致 使图像质量下降。如心脏的 搏动伪影，血管的流动伪影 ，腹部的呼吸运动伪影等。
第六节 磁共振成像设备质量保证
1. 磁共振梯度伪影 梯度 系统故障导致的伪影一般 出现在图像的编码方向， 有的贯穿整幅图像，有的 表现为被扫描体轮廓的条 纹，图像无法重聚。有的 在频率或相位编码方向有 明显的几何结构失真。
LR LM 畸变百分率 100% LR
LR是实际距离，LM是测量距离。。
第六节 磁共振成像设备质量保证
3.层面几何特性参数 层面几何特性参数是描述成像 层面位置、厚度及层间距准确性的指标。 层面厚度是指层面轮廓线的半高全宽；层面位置是 指层面轮廓线半高全宽中点绝对位置，也即层面厚 度中心点的位置； 层间距指相邻两层之间的间隔距离，与CT的层间距 不同，后者通常是指两个相邻层面厚度中心点之间 的距离。