关于磁共振设备性能的若干参数

关于磁共振设备性能的若干参数

来源:时间:2007-10-06 字体:[大中小] 收藏我要投稿

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摘要]本文复习文献并结合实际应用体会对磁共振若干主要参数进行讨论，以期对磁共振设备的选购和使用提供参考。

[关键词]主磁场强度；梯度场强；切换率；射频功率

磁共振成像设备是大型贵重医学影像诊断设备，引进设备时都要进行多方考察、论证。但磁共振设备近年来发展迅速，系统设备、技术方法、临床应用日新月异，机器品牌、种类逐渐丰富，这种情况一方面为设备的选购提供了更宽的选择空间，同进也增加了选择的难度。面对种类繁杂的各种设备，如何根据具体条件合理恰当的选择，往往使用户感到困惑。

1 主磁场强度

主磁场强度的单位是特斯拉(T)。它是衡量磁体性能的主要指标。由于场强的提高要以更高的技术支持为前提，高场强系统往往其整体性能普遍提高，所以习惯上常以主磁场强度作为整个磁共振系统最具代表性的性能参数。在一定范围内主磁场强度增加可以提高图像的信噪比(SNR)。一般情况下，主磁场强度的高低可以反映图像信噪比情况。因此一般磁共振设备的场强越高越好。当然也不能无限增加，因为超高的磁场强度对人体的生物作用尚不能肯定，而且

3T设备产生的腹部器官影像缺乏对比，且有较多的化学位移伪影[1]。目前进入临床应用的场强最高的设备为4T[2]，国内已有少数单位装备3T系统。

低场强的磁体多为永磁型磁体，场强一般为0.1T-0.3T.它的缺点是场强较低，均匀性差，对温度变化非常敏感。因此使用中对磁体室的环境温度要求较苛刻，而且重量较大。其优点是结构简单、造价低，不消耗能量。较低的维护费用是其突出的优点。

通常为了得到更好的图像信躁比，就需要更高的场强。而目前提高场强的办法就是采用超导磁体。场强0.5T以上的系统多为超导磁体。这种磁体的优点除了上述的信噪比较高以外，还表现在磁场的均匀性、稳定性，因此可以获得高精度的图像。它的缺点是磁体结构复杂，需定期补充液氦。另外，超导磁体需要额外的制冷设备为液氦容器降温，因此运行成本较高，而且也增加了系统故障机率。

磁场的均匀性也很重要，它是以主磁场的百万分之一(ppm)为偏差单位表示的。均匀性好意味着可得到较高质量的图像。采用超导高场磁体产生一定强度的化学位移效应且达到较好的磁场均匀性，保证不同质子间的磁场均匀性频率偏差小于化学位移产生的频率差异，是进行MRS必须具备的前提条件。

开放式磁体以往只在低场系统采用，近年中场超导开放式MR设备进一步普及。此型设备即使开放型设备具有了高中场的优势，又同时具有了开放型设备的应用优点，为介入操作、儿童医院等应用领域提供了理想选择。

主磁场强度的选择应视具体情况而定。当优先考虑购买和维持费用时，低磁场强系统无疑有更大的优越性。然而，如果说速度和高分辨率是应用中通常要考虑的问题的话，1.0T或1.5T设备可能更具优点。对于一般的临床应用，高质量的1.0T设备与1.5T设备之间的区别难以区分。选用1.5T设备的主要原因是有特殊的研究目的，或者是由于竞争压力和升级考虑。如若比较成像时间，1.0T与0.5T设备之间有明显区别，1.0T机器信噪比有明显优势。

2 梯度场强和切换率

梯度磁场的主要作用是完成MR信号的空间定位，此外一些快速扫描序列及梯度回波也有赖于梯度场的作用。它的性能决定了扫描速度、空间分辨率以及图像几何失真度，良好的梯度性能也是一些特殊序列得以实现的前提。梯度系统包括梯度功率放大器和梯度线圈。目前市场上的梯度功率放大器，均采用传统的开关式梯度功率放大器技术。

描述梯度磁场的主要参数有：

梯度磁场强度：指梯度场能够达到的最大值，单位为mT／m。在射频带宽一定的前提下，梯度场越强，就可以采用越薄的扫描层厚，即影响着系统的空间分辨率和最小FOV。高场机器场强可达40mT／m。

梯度场切换率：反映梯度场到达某一预定值的速度，单位是mT／m／ms。上升快就可以提高扫描速度。高场机器的切换率一般为50mT/m/ms-120mT／m／ms。

有效容积：指主磁体中心区域其梯度场能够满足一定线性要求的空间区域。这个区域越大，成像区域的限制就越小。

梯度磁场的线性：是衡量梯度磁场平衡性的指标。即在有效容积内，梯度场强随空间位置的变化的线性程度。线性好，表明梯度场精确，图像质量就好。

近两年MR系统的梯度场强和切换率明显提高，梯度性能明显提高。但过高的梯度性能参数将对病人产生有害刺激。有些厂家推出双梯度系统，即在常规梯度基础上附加梯度线圈，通过两个梯度系统的叠加，在局部范围内达到较高的梯度场强[1]。梯度系统的冷却方式一般采用风冷散热，近年由于梯度功率的增大，需要更加有效的散热措施，高场系统逐步采用水冷散热形式，前者方式简单，但噪音较大且容易使梯度设备吸附灰尘。后者冷却效率更高、噪音降低，但需要额外附加制冷系统。

3 射频功率

射频系统的主要功能是实施射频激励并收集MR信号。射频系统主要由射频功率放大器和射频线圈组成。功率放大是射频发射单元的主要功能。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。一般来说，共振频率和射频吸收随着场强增加而升高，因此随着场强的增加磁共振成像需要更高射频能量配合。高场机器应用中要测量患者体重，以保证患者的射频吸收总量在安全限度之内。在场强一样的前提下，较大的射频功率可以保证体重较重的患者也能获得清晰图像。目前绝大多数公司在低场MR／系统上使用的射频功率为5kW-10kW。中场系统为10kW-15kW，高场系统一般为15kW-25kW。

射频线圈：MRI图像质量的好环与射频线圈的性能有着极为密切的关系，因而该领域的发展也十分迅速。诸如多通道相控接收线圈技术，发射／接收线圈的适时动态去耦合技术，低噪音系数的前置放大器技术。此外，线圈的种类繁多，应详细了解各种线圈的功能用途。选择时应视本单位临床实际情况而定，以免造成资源浪费。

4 计算机性能

计算机的发展非常迅速，各厂家采用的硬件系统不尽相同，很难准确比较他们的好坏。一般通过重建速度、图像矩阵及硬盘容量等参数评价其性能。

5 功能软件

包括基本软件和选购软件。前者主要包括各种常规扫描序列及一般后处理，是系统的标准配置软件。后者主要是一些特殊扫描序列和后处理，如弥散、灌注、心脏与血管分析、波谱、各种三维重建、自动移床等。需要指出的是，不同品牌或相同晶牌不同系列型号的机器标准配置软件是不同的，很多选购软件的应用要依赖于相应的硬件平台，某些硬件的性能优势必须通过相应的软件来实现。如敏感性编码技术(SENSE)只能应用于相控阵线圈；高速的扫描速度和五通道全脊柱相控阵线圈，如果没有自动移床软件(moving bed infusion tracking-MobiTrak)相配合，大范围的三维增强血管成像和全脊柱成像也只能望机兴叹。这也说明磁振的选购要以应用目的为指导，首先明确临床应用项目，根据这个软件选择相应的软、硬件，使系统真正满足应用需要并得到充分的资源利用