核磁共振硬件系统结构详细介绍
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•UNIX
3T： •Linux（GE） •Windows XP （SIEMENS、 Philips）
文件存档： •MOD •DVD •CDR 3
MR 系统构造
4
MR系统部件和构造以及T/R转换开关 5
6
§12.2主磁体
主磁体是MR的主要部件 主磁体特性:
– 稳定性（Stability） – 均匀性（Homogeneity） 非均匀性 Inhomogeneity (ppm) = variation (T)/field strength (T) ×106
18
2. 超导材料类型: II: Ni(铌)、V(钒)、Tc(锝) alloy or
compound I: other
MR: Type II Mullity NbTi alloy filaments complex lead (铌钛合金多芯复合超导线~位于铜基中) is very popular, and it can load 700A.
超导磁体线圈： 基于均匀性的考虑常使用 4-8组独立线圈
NbTi纤维包埋 在铜材中
铜材在失超时 保护超导线圈
24
5. 磁体特性
场强 均匀性 稳定性
25
高场MR的优缺点
信噪比 图像细节 速度 功能成像 …… But！
26
化学位移伪影
RF功率沉积
高场强设备发射机功率通常是10~25kW，利 用SAR对其加以限制，尤其是>1.5T时，RF沉 积将限制重复时间。
考虑杂散场。
28
a fully loaded pallet jack that has been sucked into the bore of an MRI system.
29
MRI系统不同磁体类型比较
技术特征 磁场强度 磁场方向 匀场 稳定性 外部干扰屏蔽 梯度涡流场
干扰场范围 紧急停机时间 尺寸 重量
7
主磁体类型
永磁体~ Permanent magnet 常导体~ Resistive magnet 超导体~ Superconducting magnet
8
I 永磁体 ~ Permanent magnet
永磁体使用磁性材料产生磁场~高剩磁 稀土合金，如 SmCo5,Nd-Fe-B.
– ALNICO （铁、钴合金） – SmCo5 ALNICO(钐钴 铁钴合金） – Nd-Fe-B （钕、硼、铁合金）
16
2. 材料的选择 – 铜（Copper）：电导率大、密度大、 价格高、产热少； – 铝（Aluminum）：电导率小、密度 小、价格低、产热多； 线圈产生的热量由去离子水带走
3. 稳定性 ~不太好 4. 均匀性 ~ 不太好
17
III.超导磁体~ Superconducting magnet
1.超导理论: 当温度T降低到临界温度(critical temperature),电阻突然变为0(测量不出)。电 流可永无休止的流动。
超导磁体可产生强磁场 超导材料临界温度：
– 普通铅（Plumbum）: 7.4K – 铌钛合金（Niobium—Titanium）: 20K – 稀土陶瓷(Ceramic) :100K
无源材料 形成磁路
yoke
有源材料 产生B0
C-shape
H-shape 11
12
2. 影响因素
剩磁 (Remanence) 矫顽力 (Coercive force)
– 指破坏磁体磁化状态所需之力也就是使磁感 沿磁滞回线减少至零时所需的磁场强度
– 矫顽力大~硬磁材料 – 矫顽力小~软磁材料
磁路结构 (Magnetic circuit structure) …… 一般永磁体场强不大于0.5Ｔ
RF穿透性
RF场在人体组织内感应电流，部分抵消了RF 场，降低了RF脉冲穿透组织的深度，导致RF 激发的成像容积不均匀。
T1弛豫时间
T1弛豫时间随场强增加而增加，更易发生饱
和，使SNR与场强不成正比。
27
更高的梯度要求
梯度场随场强成比例地增强 要求驱动放大器的功率增加 噪音更大
价格 一般情况场强高，价格高。 对人群的影响 更易对其他病人和设备产生影响，更应
19
3. 超导材料的选择： 可负载大电流 可保持超导状态(>4.2K He) MR 系统提供的低温制冷装置系统可使
所选超导材料保持超导状态； 超导材料要有合适的物理特性：可塑性
(plasticity) 和柔韧性(pliability)
20
4. 构造
Early SC
magnet
21
22
23
核磁共振硬件系统结构详细介绍
医学影像专业课程
1
§12.1 Introduction
主磁体 ~ Magnet 梯度系统 ~ Gradient system RF系统 ~ RF system 计算机系统 ~ Computer system
2
PDP11、 VAX
SUN、SGI; PC
多用户操作系统 •VMS（早期）
线圈温升。
15
•Air-cored resistive magnets •Iron-cored resistive magnets
Air-cored resistive magnet constructed
using four coils arranged either
horizontally or vertically.
0.2T
– ALNΒιβλιοθήκη BaiduCO 23 吨 – Nd-Fe-B 4 吨
9
HITACH AIRIS-mate (0.2T) AIRIS-2 (0.3T) APERTO (0.4T)
7.8吨 10吨 13吨
钕铁硼材料 优点: 高剩磁 缺点: 温度系数比较大
10
1. 结构 Ring(环型) Yoke(轭型)
购买价格 能量使用
冷却
超导型 高 轴向 好 好 明显 大(需补偿或有 源屏蔽) 大，需要屏蔽 紧急失超 很大 重(4-6 吨)
13
开放（孩子、幽闭症、介入） 系统构造简单 不产生热 运行成本低 维护费用低 寿命长
永磁体场强对温度非常敏感 (0.1 C)。
例如， Nd-Fe-B磁体温度升高1 C ，磁场 降低约1000ppm；
14
II 常导体~ Resistive magnet
1.电磁理论(Electromagnetism theory): 线圈中有电流时会产生磁场，并会导致
3T： •Linux（GE） •Windows XP （SIEMENS、 Philips）
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MR 系统构造
4
MR系统部件和构造以及T/R转换开关 5
6
§12.2主磁体
主磁体是MR的主要部件 主磁体特性:
– 稳定性（Stability） – 均匀性（Homogeneity） 非均匀性 Inhomogeneity (ppm) = variation (T)/field strength (T) ×106
18
2. 超导材料类型: II: Ni(铌)、V(钒)、Tc(锝) alloy or
compound I: other
MR: Type II Mullity NbTi alloy filaments complex lead (铌钛合金多芯复合超导线~位于铜基中) is very popular, and it can load 700A.
超导磁体线圈： 基于均匀性的考虑常使用 4-8组独立线圈
NbTi纤维包埋 在铜材中
铜材在失超时 保护超导线圈
24
5. 磁体特性
场强 均匀性 稳定性
25
高场MR的优缺点
信噪比 图像细节 速度 功能成像 …… But！
26
化学位移伪影
RF功率沉积
高场强设备发射机功率通常是10~25kW，利 用SAR对其加以限制，尤其是>1.5T时，RF沉 积将限制重复时间。
考虑杂散场。
28
a fully loaded pallet jack that has been sucked into the bore of an MRI system.
29
MRI系统不同磁体类型比较
技术特征 磁场强度 磁场方向 匀场 稳定性 外部干扰屏蔽 梯度涡流场
干扰场范围 紧急停机时间 尺寸 重量
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主磁体类型
永磁体~ Permanent magnet 常导体~ Resistive magnet 超导体~ Superconducting magnet
8
I 永磁体 ~ Permanent magnet
永磁体使用磁性材料产生磁场~高剩磁 稀土合金，如 SmCo5,Nd-Fe-B.
– ALNICO （铁、钴合金） – SmCo5 ALNICO(钐钴 铁钴合金） – Nd-Fe-B （钕、硼、铁合金）
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2. 材料的选择 – 铜（Copper）：电导率大、密度大、 价格高、产热少； – 铝（Aluminum）：电导率小、密度 小、价格低、产热多； 线圈产生的热量由去离子水带走
3. 稳定性 ~不太好 4. 均匀性 ~ 不太好
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III.超导磁体~ Superconducting magnet
1.超导理论: 当温度T降低到临界温度(critical temperature),电阻突然变为0(测量不出)。电 流可永无休止的流动。
超导磁体可产生强磁场 超导材料临界温度：
– 普通铅（Plumbum）: 7.4K – 铌钛合金（Niobium—Titanium）: 20K – 稀土陶瓷(Ceramic) :100K
无源材料 形成磁路
yoke
有源材料 产生B0
C-shape
H-shape 11
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2. 影响因素
剩磁 (Remanence) 矫顽力 (Coercive force)
– 指破坏磁体磁化状态所需之力也就是使磁感 沿磁滞回线减少至零时所需的磁场强度
– 矫顽力大~硬磁材料 – 矫顽力小~软磁材料
磁路结构 (Magnetic circuit structure) …… 一般永磁体场强不大于0.5Ｔ
RF穿透性
RF场在人体组织内感应电流，部分抵消了RF 场，降低了RF脉冲穿透组织的深度，导致RF 激发的成像容积不均匀。
T1弛豫时间
T1弛豫时间随场强增加而增加，更易发生饱
和，使SNR与场强不成正比。
27
更高的梯度要求
梯度场随场强成比例地增强 要求驱动放大器的功率增加 噪音更大
价格 一般情况场强高，价格高。 对人群的影响 更易对其他病人和设备产生影响，更应
19
3. 超导材料的选择： 可负载大电流 可保持超导状态(>4.2K He) MR 系统提供的低温制冷装置系统可使
所选超导材料保持超导状态； 超导材料要有合适的物理特性：可塑性
(plasticity) 和柔韧性(pliability)
20
4. 构造
Early SC
magnet
21
22
23
核磁共振硬件系统结构详细介绍
医学影像专业课程
1
§12.1 Introduction
主磁体 ~ Magnet 梯度系统 ~ Gradient system RF系统 ~ RF system 计算机系统 ~ Computer system
2
PDP11、 VAX
SUN、SGI; PC
多用户操作系统 •VMS（早期）
线圈温升。
15
•Air-cored resistive magnets •Iron-cored resistive magnets
Air-cored resistive magnet constructed
using four coils arranged either
horizontally or vertically.
0.2T
– ALNΒιβλιοθήκη BaiduCO 23 吨 – Nd-Fe-B 4 吨
9
HITACH AIRIS-mate (0.2T) AIRIS-2 (0.3T) APERTO (0.4T)
7.8吨 10吨 13吨
钕铁硼材料 优点: 高剩磁 缺点: 温度系数比较大
10
1. 结构 Ring(环型) Yoke(轭型)
购买价格 能量使用
冷却
超导型 高 轴向 好 好 明显 大(需补偿或有 源屏蔽) 大，需要屏蔽 紧急失超 很大 重(4-6 吨)
13
开放（孩子、幽闭症、介入） 系统构造简单 不产生热 运行成本低 维护费用低 寿命长
永磁体场强对温度非常敏感 (0.1 C)。
例如， Nd-Fe-B磁体温度升高1 C ，磁场 降低约1000ppm；
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II 常导体~ Resistive magnet
1.电磁理论(Electromagnetism theory): 线圈中有电流时会产生磁场，并会导致