磁共振成像设备教案.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第27页 共27页医学影像设备学第七章 磁共振成像设备第一节 概述引言1、磁共振成像的发展1946核磁共振现象的发现Bloch,Purcell1971肿瘤T1,T2时间的延长Damadian1973充水试管的NMR图像Lauterbur1974活鼠NMR图像Lauterbur等1976人体胸部NMR图像Damadian1977初期的NMR全身图像Mallard1980MRI装备的商品化 1989国产永磁MRI的商品化深圳安科2、磁共振成像的命名：自旋成像法自旋映像法组合层析摄影NMR断层NMR-CTFONAR(场聚焦磁共振)NMRI(核磁共振成像)MRI(磁共振成像)一、基础知识回顾（一）基本概念1、原子与原子核物质由分子组成，分子由原子构成，原子又由原子核和电子构成。原子核内含质子和中子，质子带正电荷，中子不带电荷，电子带负电荷，荷外电子负电荷总量与核内正电荷总量相等。原子成中性。原子的化学特性取决于荷外电子的数目，物理特性由原子核所决定。2、原子核的磁矩、自旋、进动氢的质子带正电荷，核的自选就会产生环形电流，它会感应出磁场。将氢质子看作一个小磁棒，其磁力是一个矢量，称磁向量或磁矩，磁矩是随机分布的。自旋：氢原子时刻绕自身转轴旋转。氢原子绕自身轴线转动的同时，其转动轴线又绕重力方向回转，这种回转现象称进动。进动是磁场与质子磁矩相互作用产生的。其频率取决于磁场强度和所研究原子核的特性。3、产生磁共振的原子核元素周期表表中凡具有自旋特性的原子核都有产生磁共振的可能，其质子数或中子数必有一个是奇数。目前用于临床MR成像的原子核仅为H-1（氢的同位素，质子数为1，为中子）。4、拉莫尔频率：要能使磁化的氢原子核激发，所用的射频脉冲频率必须符合氢的共振频率，原子核的共振频率又称拉莫尔频率或进动频率。（二）氢原子磁矩进动学说布洛赫描述的磁共振产生的过程：原子核磁矩偏转过程即为磁共振过程，其磁矩偏转及在新的状态下继续进动，可引起周围线圈产生感应电流信号，及MR信号。1、氢原子核磁矩平时状态氢原子具有自旋特性，平时状态磁矩取向是任意的和无规律的，相互抵消，宏观磁矩为零。2、氢原子置于磁场的状态置于均匀强度的磁场中，磁矩按磁场的磁力线方向取向。大多数原子核的磁矩顺磁场排列，它们位能低，数量多，呈稳定态。较少一部分逆磁场排列，位能高，但数量少。全部磁矩重新定向所产生的磁化向量称之为宏观磁化向量。其表示单位体积中全部原子核的磁矩。磁场和磁化向量用三维坐标来描述（X,Y,Z轴）。3、施加设射频脉一定频率的无线电波或射频能量被称为“射频脉冲”。能使磁化向量以90°的倾斜角旋转的射频脉冲称为90°脉冲。质子建立宏观磁化向量（M）后，按拉莫尔频率向其施加射频脉冲，它才能发生进动，同相进动被称为相干。此时M可分解为Mz和Mxy。4、射频脉冲停止后当射频脉冲停止作用后，磁化向量并不立即停止转动，而是逐渐向平衡态恢复，最后回到平衡位置。这一恢复过程为弛豫过程，所用时间为弛豫时间。这是一个释放能量和产生MR信号的过程。相干性和横向磁化分量的损失将导致辐射信号振幅下降，这个衰减信号称为自由感应衰减信号（FID），在体外可用接受线圈将其转换为电信号。横向弛豫：横向磁化分量Mxy很快衰减到零，并且呈指数规律衰减。纵向弛豫：纵向磁化分量Mz将缓慢增大到最初值，亦呈指数规律增长。 （三）梯度磁场与定位MR成像3个基本轴：Z,X,YZ：人体从头到足，沿着这个轴选择人体横断面。X：人体从左到右，沿着这个轴选择人体矢状面。Y：人体从前到后，沿着这个轴选择人体冠状面。在主磁体中加一个梯度磁场，则被检体各部位质子群的进动频率可因磁场强度不同而有所区别，这样可对被检体某一部位进行MR成像，MR的空间定位靠的是梯度磁场。通过梯度磁场达到选层的目的，此梯度也称为选层梯度（Cs）二、MRI的基本结构1、MRI分类根据成像范围：实验用MRI、局部MRI、全身MRI根据主磁场的产生方法：永磁型、常导（阻抗）型、混合型、超导型根据用途：介入型、通用型2、磁共振系统：主磁体系统、梯度磁场系统、射频发射与接收系统、计算机系统、运行保障系统。3、主磁体分类磁体材料：常导磁体、超导磁体、永久磁体和混合磁体磁体规模大小：小型、中型、大型线圈供电方式：直流磁体、脉冲磁体、交流磁体线圈绕线方式：直螺线管线圈磁体、横向型磁体磁场强度：低场强（<0.3T），中场强（0.3-1.0T），高场强（>1.0T）三、小结1、简述MRI设备的组成2、简述弛豫过程第二节 主磁体系统一、主磁场的性能指标（一）磁场强度：指MRI的静磁场强度确定磁场强度的大小：信噪比（S/N）、射频对生物的穿透力、人体安全性。高磁场强度的特点：可以使信号强度增强，显示更多的解剖结构和病变；缩短扫描时间；可以进行频谱分析；共振频率变高，自旋加快，同样运动的相位漂移变大，使运动伪影增多；MRI成本提高；逸散磁场增大，机房增大，建筑费用增加。（二）磁场均匀性是指特定容积限度内磁场的统一性，即穿过单位面积的磁力线是否相同，决定MRI的图像质量好坏。如果MR工作空间内各个不同位置的磁场强度偏差越大，就表示均匀性越差，图像质量也会越差。要求MRI均匀度在50cm球径的空间内磁场均匀度达10-6量级，5ppm（不超百万分之五）。均匀性与不同磁场、测量空间大小。（三）磁场稳定性受磁体附近铁磁性物质、环境温度、或匀场电源漂移等因素的影响，磁场的均匀性或场值也会发生变化，这就是磁场漂移。磁场值还可随温度变化而漂移，其漂移程度是用热稳定度来表达的。永磁体和常导磁体的热稳定度比较差，对环境要就很高。超导磁体的时间稳定度和热稳定度一般都能满足要求。（四）有效孔径指梯度线圈、匀场线圈、射频体线圈和内护板等部件均安装完毕后，圆形空间的有效内径。增加孔径比提高场强还要难。（五）磁场的安全性屏蔽逸散磁场对人体健康或其他医疗设备造成的损害、干扰和破坏。二、主磁体的种类与特点临床磁共振成像系统的三种磁体：永久磁体、常导磁体和超导磁体。（一） 永久磁体永磁材料：铁钼钴、铁氧体和稀土钴1、 永久磁体的结构：一般由多块永磁材料拼接而成。主要由环形和轭型两种。2、 永久磁体特点优点：结构简单价格低，场强可以达到0.35T，消耗功率小，维护费用低，杂散磁场小。缺点：磁场强度较低，静磁场强度在0.05-0.3T之间，难达到1T场强，不能满足临床磁共振波谱研究的需要。3、 永磁体的恒温控制在使用中既不耗电也无发热问题，多数永磁体的温度系数为负值，磁场强度与温度成反比。主磁体温度一般控制在32.5°，用钛生产的永磁型磁体其稳定场强为0.2T，可使磁体小型化。（二） 常导磁体也称常规磁体、电阻磁体或阻抗磁体。它利用较强的直流电流通过线圈产生磁场，采用风冷却或水冷却的磁体。1、 结构：常导型磁体的线圈由铜线或铝线绕制成同轴的圆桶状线圈，每线圈绕几千层。也有使用空腔铜导管作线圈，冷却水在导管内循环把热带走。2、 特点优点：结构简单造价低，工艺不复杂，可以减小半径或加大线圈电流的方法来提高常导型磁体的场强。缺点：功耗大，需有完善的循环水冷装置，运行费用高，磁场稳定度和磁场均匀性差，受环境影响大。常导MRI正逐步被淘汰。（三） 超导磁体全世界医院的磁共振成像设备中，约80%是采用超导磁体，中心磁场强度大多在1-2T之间，少数可达3-5T。1、 超导线圈的材料目前超导磁体中，多采用铌-钛合金的多芯复合超导线来绕制磁体线圈。有些特殊金属或合金（如铌-钛、银-铜等），在极低的温度下，电阻突然消失，这一现象称为超导现象。凡具有这种性格的材料称为超导材料。有常导状态和超导状态。2、 超导线圈的形式一种是以4个或6个线圈为基础，另一种是以螺线管为基础3、超导体的低温保障结构低温真空容器是超真空、超低温环境下工作的环状容器，内部依次套叠有冷屏、液氦容器和液氮容器，内外分别用高效能绝热箔包裹。4、超导磁体的特点超导磁体是利用超导体在低温下的零电阻特性，在很小的截面上可以通过非常大的电流，产生强磁场。优点：高场强>3T，高稳定性<3ppm/h，高均匀性<40ppm/全孔径，磁场强度可以调节，必要时可以关闭磁场。缺点：超导线圈须浸泡在密封的液氮杜瓦中方能工作，超导磁体制造复杂、长期低温保障要消耗液氦等，日常运行维持费用高，混合型磁体利用两种或两种以上的磁体技术构造而成的磁体。常见的有永磁型和常导型磁体的组合。优点：可以产生较高的场强，克服了永磁体不稳定、笨重和常导磁体功耗大的缺点。缺点：构造复杂，需安装低温容器造价也较高。三、主磁体的匀场措施主磁场的均匀性是MRI的重要指标。磁体安装完毕后还要在现场对磁场进行物理调整，称为匀场。常用的匀场方法有有源匀场和无源匀场。（一） 有源匀场（主动调整）有源匀场是指通过适当调整匀场线圈阵列中各线圈的电流大小和方向，产生所需补偿的小的磁场，达到减小或消去静磁场的不均匀性。匀场线圈有超导和常导型两种。超导型匀场线圈与主磁场线圈置于同一低温容器中，其电流值高度稳定，且不消耗电能，匀场的品质也好。常导型匀场线圈要消耗能量，匀场效果往往受匀场电源质量的影响。（二） 无源匀场（被动调整）无源匀场在匀场过程中不使用有源元件，不消耗能量，因而称为无源匀场。是通过在主磁体孔洞内壁上贴补专用的小铁片（匀场片），提高磁场均匀性的方法，目前安装的医用MRI大多用小铁片做匀场，在超导磁铁安装完毕后一次性调整，以后不再进行。无源匀场调整过程一般是：磁体的励磁（充磁）-测量场强数据-计算匀场参数-去磁-在相关位置贴补不同尺寸的小铁片。四、小结1、主磁体的作用2、评价组此题性能的指标有哪些？3、匀场的方法有哪些？第三节 梯度磁场系统梯度磁场系统由梯度控制器、AD转换器（DAC）、梯度放大器、梯度线圈和梯度冷却系统等部分组成一、 梯度磁场的作用与性能指标（一） 梯度磁场的作用磁共振成像区域内的静磁场上，动态叠加三个线性的梯度磁场，一个作为层面选择梯度，另两个作为频率编码与相位编码，从而实现成像体素的选层和空间三维编码的功能。（二） 梯度磁场的主要性能指标梯度磁场系统是磁共振的核心部件，产生的梯度磁场性能优劣直接影响到扫描速度和成像质量。主要指标有：有效容积、线性、梯度场强度、梯度场变化率、梯度场启动时间等。1、 有效容积：又称均匀容积，是指线圈所包容的、其梯度场能够满足一定线性要求的空间区域。这个区域位于磁体中心，与主磁场的有效容积同心。梯度线圈的均匀容积越大，可呈现区的范围就越大。2、 梯度场线性：是衡量梯度场平稳度的指标。线性越好，表明梯度场越精确，图像质量越好，梯度场非线性不能超过2%。3、 梯度场强度：指梯度场能够达到的最大值（mt/m）。其越大，磁场梯度越大，扫描层面越薄，像素体积越小，图像分辨力越高。4、 梯度场变化率：指单位时间内梯度场变化快慢的程度。其提高除依赖于高性能的梯度线圈和梯度功率放大器外，还与梯度脉冲的复杂波形有关。5、梯度场工作周期（工作率）：即在一个成像周期的时间（重复时间Tr）内梯度场工作时间所占的百分数。所谓成像周期是指MRI采集一次数据所需要的时间，也即一个脉冲序列执行一遍所需的时间。二、 梯度磁场的产生（一） 梯度线圈MRI是采用X、Y、Z三个方向相互正交的梯度磁场作为图像重建的空间定位依据。这三个梯度线圈由三个梯度直流线圈来产生，每一组线圈要求有一个单独的电源发生器供电，每组梯度线圈由两个电流方向相反的同轴线圈组成，以产生其轴线方向的最大线性梯度磁场。1、 GZ梯度线圈：有多种形式，最简单的是马克斯威尔对。当两线圈的距离为线圈半径的倍时，能得到最均匀、线性最好的梯度磁场。2、 GX梯度线圈和GY梯度线圈：广泛采用鞍形梯度线圈，由两对（或四队）鞍形线圈组成。增加鞍形线圈的对数可提高梯度场线性度。（二） 梯度磁场的产生流程梯度磁场是脉冲电流通过梯度线圈产生的，需较大的电源容量。1、 梯度控制器（GCU）：GCU的任务是按系统主控单元的指令，发出所选梯度的标准数字信号给数模转换器（DAC），梯度磁场系统中，对梯度放大器的各种精确控制正是由梯度控制器和数模转换器共同完成的。2、 数模转换器：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，痢疾转换成相应的模拟电压控制信号，并通过线性模拟运算放大器进行预放大。3、 梯度放大器：由于梯度线圈形状特殊，匝数少，需输入数百安培的电流才能达到规定的梯度值。梯度放大器的输入信号就是来自DAC的模拟电压信号，输出的是供梯度线圈产生梯度场的梯度电流。梯度电流多采用霍尔元件进行探测，负反馈设计进行精确的梯段电流值调控。（三） 涡流的影响和补偿当梯度磁场切换时，变化的磁场在周围导体中感应出圆形电流，称为涡流。涡流自身又产生变化的磁场，其方向与梯度线圈所产生的磁场相反，涡流会削弱磁场梯度，使梯度场波形畸变，使图像产生伪影。克服涡流的干扰，最常采取的措施有：1、 在梯度电流输出单元中加入RC网络，预先对梯度电流进行补偿2、 在梯度线圈与磁体间增加一个与梯度线圈同轴的辅助梯度线圈，但电流方向相反且同时通断使用高电阻材料制造特殊的磁体，以阻断涡流通路，使涡流减少。三、小结1、简述梯度线圈的类型与结构。2、梯度系统的作用是什么？第四节 射频发射与接收系统该系统包括射频脉冲发射系统和射频信号接收系统两部分。一、 射频脉冲和射频线圈（一） 射频脉冲射频场是在射频控制系统的作用下由射频线圈以射频脉冲波的形式发出的。脉宽决定着RF脉冲的选择性，因而只能用B1的大小来控制翻转角的大小。（二） 射频线圈1. 功能：有发射和接收两个功能。在脉冲发射时，通过射频线圈将射频功率转换为射频磁场B1；在信号的接收时，通过射频线圈又磁化向量M的变化转变为电信号。2. 射频线圈的总类按功能：发射线圈、接收线圈和两用线圈使用范围：全容积线圈：指能够整个地包容或包裹一定成像部位的柱状线圈，用于大体积或器官的大范围成像。表面线圈与体腔内线圈：是一种可紧贴成像部位放置的接收线圈，用于表浅组织和器官成像。相控阵线圈：由两个以上的小线圈或线圈单元组成的线圈阵列。二、射频的产生与接收（一）射频脉冲的产生射频脉冲发射系统的功能是在射频控制器的作用下，产生扫描序列所需的各种任意角度射频脉冲。在射频发射电路中，是通过连续调整B1的幅度来改变RF脉冲翻转角度的。射频脉冲是由振荡器、频率合成器、放大器、波形调制器、终端发射匹配电路及RF发射线圈主持的电路产生的。（三） 射频信号的接收当射频脉冲关断后，强化强度矢量将回到其初始的平衡位置时，射频接收线圈就会感应出一个FID信号，这个信号由耦合电路进入前置放大器、接收门、中频放大器、检波器得到磁共振信号，再进行低放和滤波，检波器得到，最后再进行低放和滤波。三、小结1、射频线圈的类型及特点2、射频发射和接收的流程各是怎么样的？第五节 计算机系统在MRI设备中，计算机系统包括各种规模的计算机、单片机、微处理器等，构成了MRI设备的控制网络。高档次微型机负责信号预处理、快速傅立叶变换和卷积反投影运算。单片机、微机处理器负责信息调度（如人机交互等）与系统控制（如控制梯度磁场、射频脉冲）。（1）主计算机系统及其功能 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。 组成：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（辅诊断台或工作站）、图像硬拷贝输出设备（多幅相机、激光相机）、网络适配器、测量系统的接口部件等。主图像显示器又是控制台的一部分，用于监视扫描和机器的运行状况（2）主计算机系统中运行的软件 整个MRI系统从物理的观点来看可分为用户层、计算机层、接口层和测量系统等四层。从控制的观点来看，又可分为软件和硬件两层。应用软件通过操作系统等系统软件与主计算机发生联系，从而控制整个MRI设备的运行。1）系统软件 系统软件用于计算机自身的管理、维护、控制和运行，以及计算机程序的翻译、装载和维护的程序组。系统软件分为操作系统（系统软件的核心）、语言处理系统和常用例行服务程序等三个模块。2）应用软件 应用软件是指为某一应用目的而特殊设计的程序组。在MRI系统中，运行的应用软件就是磁共振成像的软件包。软件包中的模块通常有病人信息管理、图像管理、扫描及扫描控制(应用软件的核心)、系统维护、网络管理、主控程序等。3）应用软件的信息交换 应用软件从用户那里直接得到需求信息，将用户的请求转变为控制数据发往测量、控制设备，获得测量数据，根据用户的需求输出图像（3）图像重建 图像的重建是一个极其复杂的信号处理过程，必须在复杂且严格的程序软件控制下进行。图像重建的本质是对原始数据的高速数学运算（包括累加平均去噪声、相位校正、傅立叶变换等）。图像重建既可用软件完成也可用硬件完成，软件重建的速度要慢于硬件。（4）图像显示 图像重建结束后，得到的是表示图像各点不同亮度的一组数据，这些图像数据立即被送入主计算机系统的海量存储器或硬盘中，并以图像的形式输出才能让人眼看到。最成熟、最受欢迎的显示方法是电子视频显示系统，目前比较流行的是液晶显示器。图像的显示不仅限于当前的病人，在会诊或进行回顾性研究时还需要调出以往病人的图像。第六节 磁场的屏蔽一、磁场与环境的相互影响（一）等高斯线图杂散磁场：MRI磁体所产生的磁场，向各个方向散布。1.以磁体原点为中心向周围空间发散，有一定的对称性2.用等高斯线图来形象地表示杂散磁场的分布（二）磁场对环境的影响当杂散磁场的场强达到一定程度时，可能干扰周围环境中磁敏感性强的设备，影响正常工作。这种影响通常在5高斯线内区域非常明显。杂散磁场对部分医疗设备的影响设备总类最大磁场强度（mT）距磁体中心的一般最小距离0.15T0.5T1.0T1.5T2.0T信用卡、磁盘、照相机34566.59X-TV、显示器等15791013心脏起搏器0.568111215影像增强器、照相机、X-CT0.11216202325（三）环境对磁场的影响磁体周围环境的变化会影响磁场的均匀程度，磁场干扰(源)分为静干扰和动干扰两大类。静干扰：建筑物中的钢梁、钢筋等铁磁性加固物属于静干扰。这类干扰对磁场的影响一般可通过有源或无源匀场的办法加以克服。动干扰：移动或变化的磁场干扰源。其特点是在MRI安装前无法估计。动干扰有两类：（1）移动的铁磁性物体，如轮椅、小汽车等（2）可产生交变磁场的装置，如变压器等 对磁场的影响程度取决于各自的重量、距磁体的远近以及交变磁场的强弱。计算结果证明可允许最大交变磁场干扰为0.001高斯。MRI设备常见磁场干扰源干扰源至磁体中心的最小距离(m)地板内的钢筋网(15kg/m2)>1钢梁、支持物、混凝支柱>5轮椅、担架>8大功率电缆、变压器>10活动床、电瓶车、小汽车>12起重机、卡车>15铁路、地铁、电车>30二、主磁体屏蔽与射频屏蔽 为了尽量将5高斯线所围区域限于磁体室内，可增加磁体室的面积和高度，但一般并不可行。目前广泛采用磁屏蔽来达目的。 磁屏蔽的概念：用高饱和度的铁磁性材料来包容特定容积内的磁力线。（1）防止外部铁磁性物质对磁体内部磁场均匀性的影响（2）削减磁屏蔽外部杂散磁场的分布（一）主磁体屏蔽用并联磁路法。将磁导率大的软磁材料罩壳放在外磁场中，则罩壳壁与空腔中的空气就可以看作并联磁路。由于空气的磁导率接近于1，而罩壳的磁导率在几千以上，使得空腔的磁阻比罩壳壁的磁阻大得多。外磁场的绝大部分磁感应通量将从空腔两侧的罩壳壁内“通过”，“进入”空腔内部的磁通量是很少的。这就达到了磁屏蔽的目的。磁屏蔽的分类，可分为有源和无源两种：有源屏蔽是由一个线圈或线圈系统组成的磁屏蔽。与工作线圈(内线圈)相比，屏蔽线圈可称为外线圈。这种磁体的内线圈中通以正向电流，以产生所需的工作磁场；外线圈中通以反向电流，以产生反向的磁场来抵消工作磁场的杂散磁场，达到屏蔽的目的。磁屏蔽的分类无源屏蔽：使用的是铁磁性（镍合金和铁合金）屏蔽体，不使用电流。无源磁屏蔽可分为下述3种： (1) 房屋屏蔽：在磁体室上下及四周墙体镶入4-8mm厚的钢板，构成封闭的磁屏蔽间。用材多(十吨左右)，价格昂贵。 (2) 定向屏蔽：若杂散磁场的分布仅在某个方向超出了规定的限度(如5高斯)，可在该方向的墙壁中安装屏蔽物，形成定向屏蔽。此法适用于MRI室和CT室共用一建筑物的情形。 (3) 自屏蔽：是指仅在磁体周围安装铁磁材料屏蔽体的屏蔽方法。效果较好，体积大而重。磁屏蔽的分类全身MRI系统磁体的自屏蔽可以有板式、圆柱式、立柱式及圆顶罩式等多种结构形式。使主磁场的均匀性少受影响。（二）射频屏蔽发射器的功率高达数千瓦，产生RF脉冲处于电磁波谱的米波段，极易干扰邻近的无线电设备(如调频无线电广播)；线圈接收到的共振信号功率为纳瓦级，易受干扰。 常见的RF屏蔽用铜板或不锈钢板制做，镶嵌于磁体室的四周，构成密封的射屏蔽体。所有屏蔽件均不能采用铁磁材料制做。第七节 超导及低温系统一、超导性与超导体（一）超导（电）性：有些特殊金属或合金，在极低的温度下，电阻突然消失的现象。超导体：具有超导性的物质。临界温度（TC）：超导体从呈现一定电阻的正常态转变为电阻为零的超导态时所处的温度。高温超导体：临界温度在液氮温区以上的超导体系统（二）超导体的基本性质 完全导电性：物质进入超导状态后电阻为零的性质，相对直流电。温度越接近TC、交流点的频率越高，其损耗越显著 完全抗磁性（迈斯纳效应）：给处于超导态的某物体外加一磁场，磁感线将无法穿透该物体（超导体内的磁通为零）其他性质：比热跃变、放射性核素效应、能隙、非平衡超导电性、磁通量自化、隧道效应和相干长度等（三）超导材料的主要指标1.临界温度（TC）：又称转变温度，超导体电阻发生突变时的温度，物质不同，TC不同2.临界磁场（HC）：当外加磁场达到一定数值时，超导体的超导性被破坏，物质从超导态转变为正常态。超导体只有在临床温度和临界磁场下蔡具有完全抗磁性和完全导电性3.临界电流（IC）：在一定的温度和磁场下，当单位截面的电流达到某一数值后超导性也会遭到破坏（四） 超导材料的应用超导强电应用：超导体的零电阻性及它在强磁场中具有的极高电流密度。应用：超导磁体、磁悬浮、磁分离、高能物理实验、受控热核反应、磁共振成像、超导电子器件。超导低电应用：主要在以约瑟夫逊效应为基础而建立的极灵敏的“超导结电子学”测量装置中二、低温技术（一）致冷与制冷MRI需要的低温环境致冷：用低温制冷剂（液氮和液氦）的自然挥发为代价来吸收漏入磁体的部分热量的方法制冷：通过磁体冷却系统提供的冷量来维持冷屏低温的方法MRI设备的冷却系统是以氦为制冷工质的制冷设备（二）低温低温：指低于环境温度的温度温度范围：普冷（300-120K）； 深冷（120-0.3K以下）； 超低温（0.3K以下）（三）氦及其来源惰性气体：3He,4He1.氦的来源：从富氦天然气中提取2.氦的用途：良好的低温制冷剂，稀少，价格昂贵（四）液氮及其性质氦：不活泼的元素，可作为安全的制冷剂1.液氦来源：空气分离法制氧的副产品获得，价格便宜2.液氦的用途：在MRI中做辅助制冷剂。超导低温容器一般由外层的液氦杜瓦和内层的液氦杜瓦等结构组成，提供初步的低温环境，减少内层液氦挥发（五）氦制冷压缩制冷循环的基本过程压缩机是整个制冷系统的核心压缩制冷四个过程： 蒸发过程 绝热压缩过程 冷凝过程 绝热膨胀过程氦制冷 五种类型：气体膨胀制冷、氦制冷机制冷、液体抽气蒸发制冷、3He压缩制冷和3He- 4He稀释制冷三、超导环境的建立与失超保护超导线圈必须浸泡在液氦里才能正常工作（一）超导环境的建立需要的步骤 真空绝热层：超导体的中药保冷屏障，真空度：99.999999% 磁体预冷：用制冷剂将液氮、液氦容器内的温度分别降至其工作温度的过程，需消耗大量的液氦和液氮 超导环境的建立：通过预冷温度降至4.2K，再往磁体液氦容器中灌注液氦（二）励磁 是指超导磁体系统在磁体电源的控制下逐渐给超导线圈施加电流，从而建立预定磁场的过程。 控制对象：超导体系统 控制器：磁体电源 控制目标：超导线圈 最终目标：预定磁场（三）持续电流开关 又称磁体开关，超导磁体充磁时，电流到了预定的数值就要适时切断供电电源，去磁时又要将磁体储存的能量快速散去失超及其保护 超导体因某种原因突然失去超导特性而进入正常态的过程 线圈失去超导性，将电磁能量转换为热能 保护方法：外电阻保护法和分段保护法 优点：廉价、简单、使用、不依赖任何机械装置 缺点：励磁时可消耗部分能量增加液氦的消耗第八节 MRI的使用与维护一、使用注意事项主要的安全使用问题 制冷剂泄露 铁磁性物质的抛射 金属异物：体内有金属异物者 监护、抢救设备：受主磁场、梯度场及RF的干扰 心脏起搏器：禁止入MR检查室或接受MRI检查 人工植入物：检查前确认植入物的材料 幽闭恐惧症患者 孕妇：妊娠3月以内不宜做MRI、不用MRI对比剂二、日常维护保养 扫描期间保持恒温、恒湿 定期校准射频管工作特性曲线 校准磁体匀场，保证图像质量优质 常导供电电源确保稳压稳流、通风散热 超导磁体应每日记录液氦消耗量 定期检查梯度冷水机和冷头冷水机 避免体内遗留金属物品，清理磁体扫描孔 定期清洁线圈连接插头、插座 制冷剂水平面降至55%-60%前就提前联系安排补充事宜第 27 页 共 27 页