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，应用于磁共振介入和磁共振导引的介入手术中。
2．常导型磁体常导型磁体是用线圈中的恒定电流来产生MRI设备中的静磁场，其磁场强度与导体中的电流强度、导线形状和磁介质性质有关。常导型磁体实际上是某种类型的空芯电磁铁，其线圈通常用铜线绕成。由于铜有一定的电阻率，故又将由这种线圈制成的磁体称为阻抗型磁体。
常导型磁体的功耗较大，同时产生大量的热量。线圈供电电源的波动将会直接影响磁场的稳定，因而高质量的大功率恒流电源是常导型MRI设备整机系统的关键部件。
3．超导型磁体有一些的金属，当将其置于接近绝对零度（零下273.2 摄氏度，标为0K）的超低温时，其电阻为零，即处于超导状态，这些具有超导性的物质可称为超导体。以超导体为线圈材料制造的磁体称为超导型磁体。
（1）超导磁体的构成：超导磁体主要由超导螺线管线圈（简称超导线圈）、高真空超低温杜瓦容器、及其附属部件构成。
（2）超导环境的建立：磁体超导环境的建立需要经历下述三个步骤。
1）抽真空：环形真空绝热层是超导磁体的重要保冷屏障，其真空绝热、保冷性能主要决定于它的真空度。
2）磁体预冷：磁体预冷是指用致冷剂将杜瓦容器（磁体）内的温度分别降至其工作温度4.2K（-268.8℃，与室温相差近300℃）的过程。
3）灌满液氦：磁体预冷到4.2K后，液氦气化减弱，液氦开始驻留在磁体内部，直至将磁体灌满，一般可罐充到满容量的95％左右。在4.2K这一临界温度下，超导线圈将实现从正常态至超导态的转变，
超导环境从而建立起来。
（3）励磁：励磁又叫充磁，是指超导磁体系统在磁体励磁电源的控制下逐渐给超导线圈施加电流，建立预定静磁场的过程。励磁一旦成功，超导磁体就将在不消耗能量的情况下，提供强大的、高度稳定的匀强磁场。
（4）失超（quench）：在励磁或工作过程中，一旦超导体因某种原因突然失去超导特性而进入正常态，即失超。引起失超的因素很多：如磁体结构和线圈组份、超导材料性能不稳定、磁体超低温环境被破坏以及人为因素等。
失超会将电磁能量转换为热能，引起液氦气化，喷射而出。
（5）失超的预防保护措施
通过传感器、探测器实时监控磁体的状态；建立励磁时的失超保护电路；超导建立并运行后的失超保护措施；设置失超管；氧监测器和应急排风机；紧急失超开关。
超导型磁体具有高场强、高稳定性、高磁场均匀性、线圈不持续消耗电能以及容易达到系统所要求的孔径、能获得高分辨率、高质量的MR影像等优点。超导型磁体不仅磁场强度可以做到很高（例如9.4T），其磁场强度的稳定性也很好（磁场强度漂移小于0.1ppm/h）。
4．混合型磁体混合型磁体是利用上述两种或两种以上的磁体技术构造而成的磁体。常见的是永磁型和常导型两种磁体的组合。在永磁型磁体的两个磁极上绕以铜质线圈（绕线方向应使其产生的磁场与固有的永磁场方向一致并叠加）便得到混合型磁体。
（二）梯度系统
梯度系统的功能是为MRI设备提供线性度优良、梯度磁场强度高、并可快速开关的梯度场，以便动态地、依次递增地修改主磁场的磁场强度，实现成像体素的空间定位和层面的选择。此外，
在梯度回波和其他一些快速成像序列中，梯度场的翻转还起着射频激发后自旋系统的相关重聚作用。
梯度系统由梯度线圈、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。梯度线圈和放大器均有双套设计方案，现有MRI设备中按照其梯度组合方式和工作模式可分为单梯度放大器单梯度线圈、双梯度放大器单梯度线圈、单梯度放大器双梯度线圈等三种梯度类型。
1．梯度线圈 MRI设备至少需要三个相互正交（X、Y、Z方向）的梯度磁场作为图像重建的空间立体（X、Y、Z轴）定位和层面选择的依据。因此MRI设备中分别由X、Y、Z三个方向的梯度线圈以及为梯度线圈提供“动力”的梯度放大器来提供这三个梯度场Gx、Gy、Gz。
2．梯度控制器和数模转换器梯度控制器（GCU）的任务是按系统主控单元的指令，发出全数字化的
控制信号，该控制信号包含有梯度电流大小的代码，由数模转换器（DAC）接收并“解读”后，立即转换成相应的模拟电压控制信号，据此产生梯度放大器输出的梯度电流。
3．梯度放大器梯度场是在X、Y、Z轴方向梯度线圈中流动电流（即梯度电流）的激励下产生的，而梯度电流是由梯度放大器产生并输出。
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