磁共振成像系統(tǒng)

         （一）分類 磁共振按照不同的分類方法有不同的分類。 按照?qǐng)鰪?qiáng)大小分為高場(chǎng)、中場(chǎng)、低場(chǎng)磁共振；高場(chǎng)一般為場(chǎng)強(qiáng)高于1. OT的磁共振；巾場(chǎng) 為場(chǎng)強(qiáng)高于0. ST而低于1.OT的磁共振；低場(chǎng)一般為低于0.ST的磁共振。 按照磁體類型一般分為：永磁型磁共振、常尋型磁共振和超導(dǎo)型磁共振。 永磁型磁共振維護(hù)費(fèi)用?。灰萆⒋艌?chǎng)小，對(duì)周圍環(huán)境影響小；造價(jià)低；安裝費(fèi)用也較少；
         一般只能產(chǎn)生垂直磁場(chǎng)；場(chǎng)強(qiáng)范圍一般在0. 15～0. 35T；磁場(chǎng)隨溫度漂移嚴(yán)重，磁體需要很好的恒溫；磁場(chǎng)不能關(guān)斷，對(duì)安裝檢修帶來(lái)困難；磁體沉重；且隨著場(chǎng)強(qiáng)增大，磁體厚度增大，更加沉重。 常導(dǎo)型磁共振生產(chǎn)制造較簡(jiǎn)單，造價(jià)低；可產(chǎn)生水平或垂直磁場(chǎng)；重量輕；檢修方便，磁 場(chǎng)均勻度也很高；場(chǎng)強(qiáng)一般在0. 1～0. 4T；運(yùn)行耗費(fèi)較大，通電線圈耗電達(dá)60kW以上；還需配用專門的供電設(shè)備和水冷系統(tǒng)。 超導(dǎo)型磁共振場(chǎng)強(qiáng)范圍0. 3～9T；磁場(chǎng)均勻性高；穩(wěn)定性好；圖像質(zhì)量好；運(yùn)行耗費(fèi)很 高，制冷劑主要是液氦的費(fèi)用很高；運(yùn)輸、安裝、維護(hù)費(fèi)用也很高。 目前主要市場(chǎng)上的磁共振以高場(chǎng)和低場(chǎng)為主，高場(chǎng)一般為超導(dǎo)型，低場(chǎng)一般為永磁型；且低場(chǎng)永磁型磁共振往往做成開放式，有C形式或立柱式；高場(chǎng)超導(dǎo)磁共振往往做成圓形孔腔式或站立式的磁共振。常導(dǎo)磁共振一般也做成圓形孔腔式。還有些公司推出了某些部位如頭顱、四肢或關(guān)節(jié)專用檢查的磁共振設(shè)備，其形態(tài)變化較靈活。 一般來(lái)講，低場(chǎng)永磁型以出診斷圖像為主要目的，圖像質(zhì)量已經(jīng)能夠滿足診斷要求；高 場(chǎng)超尋型主要以功能磁共振為主，圖像質(zhì)量是其基礎(chǔ)。

         （二）MRI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
         磁共振系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖6-10所示，主要包括磁體子系統(tǒng)、梯度場(chǎng)子系統(tǒng)、射頻子系 統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和圖像重建子系統(tǒng)、主計(jì)算機(jī)和圖像顯示子系統(tǒng)、射頻屏蔽與磁屏蔽、MRI軟 件等，分述如下。

圖6-10 磁共振系統(tǒng)框圖

         1．磁體子系統(tǒng)用以產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)Bo的主磁場(chǎng)，是磁共振系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。其主要參數(shù)有：磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻性、磁場(chǎng)穩(wěn)定性、孔腔大小、逸散磁場(chǎng)等；其中磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，信號(hào)幅度越高，圖像信噪比會(huì)越高；磁場(chǎng)均勻性越好，圖像分辨率越高。磁體可有 永磁型、常導(dǎo)型、混合型和超導(dǎo)型4種。

         2．梯度場(chǎng)子系統(tǒng)是指與梯度磁場(chǎng)有關(guān)的一切單元電路，提供給系統(tǒng)線性度滿足要求的、可快速開關(guān)的梯度場(chǎng)，以便動(dòng)態(tài)地修改主磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)成像體素的空間定位，是MRI系統(tǒng)的核心部件之一。由梯度線圈、梯度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、梯度放大器、梯度冷卻系統(tǒng)等組 成。其主要參數(shù)有有效容積、線性、梯度場(chǎng)強(qiáng)度、梯度變換率和梯度上升時(shí)間等；有效容積越大，可成像區(qū)域越大；線性越好，圖像質(zhì)量越好；圖6-11所示為超導(dǎo)型或常導(dǎo)型磁共振的三個(gè)梯度線圈的形狀及其組合結(jié)構(gòu)。

圖6-11 圓孔腔磁體的梯度線圈組成示意圖

         3．射頻子系統(tǒng)是MRI系統(tǒng)中實(shí)施射頻激勵(lì)并接收和處理RF信號(hào)的功能單元，不僅要根據(jù)掃描序列的要求發(fā)射各種翻轉(zhuǎn)角的射頻波，還要接收成像區(qū)域內(nèi)氫質(zhì)子的共振信號(hào)。 射頻子系統(tǒng)包括射頻發(fā)射單元和信號(hào)接收單元：射頻發(fā)射單元是在時(shí)序控制器的作用下，產(chǎn)生各種符合序列要求的射頻脈沖的系統(tǒng)；射頻接收單元是在時(shí)序控制器的作用下，接收人體產(chǎn)生的磁共振信號(hào)的系統(tǒng)。

         主要參數(shù)有射頻場(chǎng)均勻性、靈敏度、線圈填充容積等。

         4．教據(jù)采集和圖像重建子系統(tǒng) 信號(hào)采集的核心是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度和速度是 重要指標(biāo)。在MRI系統(tǒng)中，一般用16位的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行MR信號(hào)的數(shù)字化，經(jīng)一定的數(shù)據(jù)接口送往接收緩沖器等待進(jìn)一步處理，其結(jié)構(gòu)如圖6-13所示。射頻子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集 子系統(tǒng)被合稱為譜儀系統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)不能直接用來(lái)進(jìn)行圖像重建，還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即拼接帶有控制信息的數(shù)據(jù)。然后通過專用圖像處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理。圖像 重建的運(yùn)算主要是快速傅立葉變換，重建速度是MRI系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。

圖6-12中a、b分別為射頻發(fā)射單元和信號(hào)接收單元框圖。

圖6-13 信號(hào)采集子系統(tǒng)框圖

         5．主計(jì)算機(jī)和圖像顯示子系統(tǒng)MRI系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，各種規(guī)模的計(jì) 算機(jī)、單片機(jī)、微處理器構(gòu)成了MRI系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)。主計(jì)算機(jī)介于用戶與MRI系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)之間，其功能主要是控制用戶與磁共振子系統(tǒng)之間的通信，并通過運(yùn)行掃描軟件來(lái)滿足用戶的所有應(yīng)用要求。具體包括：掃描控制、患者數(shù)據(jù)管理、歸檔圖像、評(píng)價(jià)圖像以及機(jī)器 檢測(cè)等功能。同時(shí)，隨著醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，還必須提供標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信接口。

         6．射頻屏蔽與磁屏蔽用于把外界和磁共振掃描系統(tǒng)之間嚴(yán)格屏蔽開來(lái)的系統(tǒng)，防止 彼此之間的干擾和危害。磁共振的屏蔽一般都采用銅片或銅板來(lái)完成。

         7．MR1軟件包括系統(tǒng)軟件、磁共振操作系統(tǒng)、磁共振圖像處理系統(tǒng)；系統(tǒng)軟件指主 計(jì)算機(jī)進(jìn)行自身管理、維護(hù)、控制運(yùn)行的軟件，即計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。目前磁共振可使用 Windows 2000、Windows XP、Windows NT、UNIX；磁共振操作系統(tǒng)包括患者信息管理系統(tǒng)、圖像管理系統(tǒng)、掃描控制系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)、報(bào)告打印、圖片輸出等；磁共振圖像處理系統(tǒng)指 圖像重建軟件以及對(duì)圖像進(jìn)行一系列后處理，包括柔和、平滑、銳化、濾波、局部放大等處理功能的軟件。

         （三）磁共振指標(biāo)及范圍 目前進(jìn)入醫(yī)院臨床使用的磁共振型號(hào)很多，但其基本技術(shù)參數(shù)有以下幾個(gè)部分： 
         1．磁體系統(tǒng) (1)磁體類型：一般為永磁型、常導(dǎo)型、超導(dǎo)型；

         (2)磁場(chǎng)方向：一般為水平或垂直方向；
         (3)場(chǎng)強(qiáng)：目前從0.1～3. OT；

         (4)液氦蒸發(fā)速率：指超導(dǎo)磁體制冷劑液氦的消耗速率，如0.05L/H，液氦補(bǔ)充間隔24個(gè)月；

         (5)穩(wěn)定性：一般<0. lppm/H；

         (6)磁場(chǎng)均勻性：一般定義為以磁場(chǎng)中心點(diǎn)為球心多少cm為半徑的球體內(nèi)的磁力線均勻性，比如<2. 5ppm/50cmDSV；

         (7)逸散磁場(chǎng)（5高斯線）：一般定義為5高斯逸散磁場(chǎng)距離，分為軸向和徑向，比如 2. 5m/4m;
         (8)磁體形狀：一般為開放式（包括C形、立柱式、寬孔腔式）或封閉式（一般為圓柱體孑L腔式）；
         (9)勻場(chǎng)方式：無(wú)源（又稱祓動(dòng)勻場(chǎng)，貼小磁片勻場(chǎng)）和有源勻場(chǎng)（又稱主動(dòng)勻場(chǎng)，使用通 電小線圈勻場(chǎng)）。

         2．梯度系統(tǒng)

         (l)梯度線圈形狀：平面型（一般做永磁梯度）、馬鞍型、線圈對(duì)型；
         (2)梯度場(chǎng)強(qiáng)度：即梯度斜率，比如25mT/m；

         (3)梯度上升率：即梯度場(chǎng)達(dá)到大強(qiáng)度的快慢，比如65mT/(m．s)；

         (4)梯度非線性：梯度場(chǎng)的線性好壞，如<5%;
         (5)冷卻方式：冷卻梯度線圈產(chǎn)生熱量的方式，一般為水冷卻或空氣冷卻，永磁型一般 不需要。

         3．射頻系統(tǒng)

         (1)射頻功率：射頻功率放大器的大輸出功率，一般為5～45kW;
         (2)射頻帶寬：射頻脈沖的頻帶寬度，比如500kHz；

         (3)信號(hào)檢測(cè)方式：正交檢測(cè)還是線性檢測(cè)；
         (4)接收線圈：接收線圈的種類和性質(zhì)，一般有頭、體、脊椎、乳房、各種關(guān)節(jié)、腔內(nèi)等線 圈，按性質(zhì)分有表面線圈、容積線圈、正交線圈、相控陣列線圈等；

         (5)前置放大器增益：前放的放大倍數(shù)，比如20dB； (6)輸入／輸出阻抗：分為高阻和低阻之分，比如50fl。

         4．譜儀圖像取樣功能

         (1)預(yù)采樣：一般包括自動(dòng)校正中心頻率、自動(dòng)校正90。射頻脈沖、頻率鎖定、RF自動(dòng)增 益設(shè)定；梯度自動(dòng)優(yōu)化等；
         (2)圖像種類：一般包括Tl、T2、T2’、Pd籌權(quán)重像，以及MRA、DWI、ADC、PI、脂肪抑制圖像、水抑制圖像、水圖像以及用BOLD法產(chǎn)生的大腦功能圖像等；
         (3)掃描視野：指磁共振可以掃描的人體范圍，一般為10～50cm；

         (4)采集矩陣：指磁共振對(duì)掃描視野進(jìn)行采集所劃分的矩陣范圍，一般為64～256，可為 長(zhǎng)方形或矩形；

         (5)顯示矩陣：指顯示磁共振圖像的矩陣大小，一般可為256～1280，也可以為長(zhǎng)方形；

         (6)空間分辨率：指圖像可以反映（或分辨）的小的組織大小，一般從0.2mm到 1. 0mm;
         (7)斷面視角：磁共振一般可以獲取任意視角斷面的圖像；

         (8)層厚：指磁共振圖像的斷面厚度，一般為1～20mm； (9)層間距：指數(shù)據(jù)采集層面之間的間隔，一般大于0，而小于層厚；
         (10)序列：指獲取磁共振圖像所使用的成像序列的配備情況。一般常用的序列有SE、 FSE、FISP、FLASH、FLAIR、STIR等，特殊序列有黑水序列、MRA、MRCP、EPI、CINE等；
         (11)門控技術(shù)：指為了抑制運(yùn)動(dòng)偽影而采用的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，一般包括心臟門控、心電 門控、呼吸門控、脈搏門控等。

         5．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
         (l)計(jì)算機(jī)性能：包括處理器速度、顯示器高分辨率、內(nèi)存大小、存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)介 履等；

         (2)網(wǎng)絡(luò)性能：一般指圖像輸出設(shè)備的DICOM接口； (3)測(cè)試與診斷功能：指系統(tǒng)進(jìn)行自身性能測(cè)試、遠(yuǎn)程診斷等。

         6．圖像顯示、處理和分析
         (1)圖像顯示：指圖像顯示的各種手段，比如手動(dòng)、自動(dòng)，圖像灰階調(diào)整、多格式顯示、參數(shù)顯示、文檔顯示等；

         (2)圖像處理：主要包括降噪、圖像大小縮放、圖像旋轉(zhuǎn)、圖像邊緣增強(qiáng)、圖像平滑等功能；

         (3)圖像分析：距離和角度測(cè)定、感興趣區(qū)設(shè)定、病灶大小測(cè)定以及病灶標(biāo)識(shí)等功能。