核磁共振的磁場(chǎng)以及磁性

如今，市面上出售的核磁共振含油量測(cè)定儀來(lái)測(cè)量相關(guān)含油糧食的含油率的越來(lái)越多，儀器內(nèi)部的磁共振成像系統(tǒng)，盡管在技術(shù)上已發(fā)生了很大變化，但其基本構(gòu)成如下所示：

●磁體；

●梯度系統(tǒng)；

●射頻系統(tǒng)；

●計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

●檢查床；

●操作控制臺(tái)。

 

本文就HCY-20核磁共振含油率測(cè)定儀磁共振成像系統(tǒng)的主磁場(chǎng)及磁體來(lái)介紹，讓大家初步了解下。

 

磁共振成像需要一個(gè)強(qiáng)大均勻性的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)由磁體產(chǎn)生。磁體是MR設(shè)備zui重要也是zui昂貴的部分，目前常用有二種磁體：超導(dǎo)磁體、永磁體。磁體性能的主要參考指標(biāo)有磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻性、磁場(chǎng)穩(wěn)定性等。磁場(chǎng)強(qiáng)度決定于磁體本身的結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)磁體可以產(chǎn)生20T以上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而永磁體只能產(chǎn)生0.3T以下的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的均勻性是磁共振成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它是指成像磁場(chǎng)空間內(nèi)一定范圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差與主磁場(chǎng)強(qiáng)度的比，以ppm為單位。通常理想的磁體及磁場(chǎng)均勻性在50cm的球徑范圍內(nèi)可達(dá)幾個(gè)ppm。范圍越小則均勻度越高。磁場(chǎng)的穩(wěn)定是指磁場(chǎng)強(qiáng)度在單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)變化率，超導(dǎo)磁體可達(dá)0.1ppm／小時(shí)。

 

1.超導(dǎo)磁體：是一種電磁體，這種磁體的強(qiáng)大磁場(chǎng)來(lái)自流經(jīng)一個(gè)巨大線圈內(nèi)的電流，這個(gè)線圈即超導(dǎo)線圈。超導(dǎo)線圈由鋁鈦合金制成，以液氦作為制冷劑冷凍線圈，液氦也可作為預(yù)冷劑。

 

超導(dǎo)磁體的優(yōu)點(diǎn)在于，一旦其能量達(dá)到所需場(chǎng)強(qiáng)，磁場(chǎng)持續(xù)存在，無(wú)需提供電能，磁場(chǎng)均勻性、穩(wěn)定性好，場(chǎng)強(qiáng)較高。

 

目前，應(yīng)用于臨床成像的磁共振儀，其場(chǎng)強(qiáng)以1.0~ 1.5T為*，若場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)1.5T，高磁場(chǎng)強(qiáng)度引起射頻屏蔽效應(yīng)，使單位時(shí)間的射頻脈沖數(shù)減少，zui多采集層面減少。而且，隨場(chǎng)強(qiáng)增加，組織的T₁常數(shù)增加，獲得*對(duì)比的T_R時(shí)間延長(zhǎng)，磁場(chǎng)超過(guò)2.0T時(shí)，由于RF輸出高，很快達(dá)到“特定吸收率”限制。

 

超導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高，但相對(duì)其快速的病人處理量而言，費(fèi)用還是比較經(jīng)濟(jì)的。

 

常溫下每種導(dǎo)體都有電阻，進(jìn)入回路的電流因在電阻上損失能量使電流逐漸衰減，無(wú)法提供穩(wěn)定電能。超導(dǎo)體是指在超低溫狀態(tài)下無(wú)電阻的導(dǎo)電材料。電流在超導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)，無(wú)能量損失，這種導(dǎo)電特性稱超導(dǎo)電性。超導(dǎo)線圈內(nèi)可承受巨大直接電流數(shù)年而無(wú)需電壓存在。為了使超導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電狀態(tài)，必須使超導(dǎo)材料的溫度達(dá)到一定的低溫點(diǎn)，溫度低于該點(diǎn)時(shí)即實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的zui高溫度稱為該材料的”臨界溫度”。

 

2.永磁體：就是鐵磁性物質(zhì)經(jīng)磁化后制成的大鐵磁塊。其磁體的形態(tài)呈馬蹄形，其磁場(chǎng)是由磁性物質(zhì)磁化后產(chǎn)生，無(wú)需電流及線圈，運(yùn)行、操作費(fèi)用低。

 

其磁場(chǎng)極性呈垂直方向分布，兩極間距離較近，以保證磁場(chǎng)均勻性，過(guò)去為了達(dá)到磁場(chǎng)的均勻度，永磁體必須做得又大又重又昂貴，現(xiàn)今，永磁體重量已減至10×10³kg以下。

 

3.邊緣磁場(chǎng)的屏蔽：邊緣磁場(chǎng)是主磁場(chǎng)的一部分，它們處于磁體以外，無(wú)益于成像過(guò)程。永磁體的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是其邊緣磁場(chǎng)小，團(tuán)為其磁體本身就是一個(gè)大屏蔽。而超導(dǎo)磁體的邊緣磁場(chǎng)均需要加以屏蔽，以確保其安全范圍。

 

對(duì)于邊緣磁場(chǎng)的屏蔽方法有兩種：一是被動(dòng)屏蔽，這種方法過(guò)去常用，屏蔽由軟鋼鐵制成，包圍整個(gè)磁體，使散磁減小，同時(shí)也增加了主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，磁體系統(tǒng)的總重量可達(dá)20~30×10³kg。如今，制造商采用了更好的屏蔽方法，稱為自屏蔽，其方法是在磁體外緣連接超導(dǎo)線圈，其新產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)抗主磁場(chǎng)所產(chǎn)生的邊緣磁場(chǎng)，以減少邊緣磁場(chǎng)強(qiáng)度。

 

4.主磁場(chǎng)均勻性補(bǔ)償：磁體zui主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是其所產(chǎn)生的主磁場(chǎng)的均勻性，非均勻磁場(chǎng)使空間編碼變形，影響層面的幾何形態(tài)，圖像層面內(nèi)產(chǎn)生畸變。為了避免此類錯(cuò)誤，在磁體安裝期間必須對(duì)局部磁場(chǎng)的變異度進(jìn)行調(diào)整。使其達(dá)到一定的指標(biāo)范圍，這個(gè)過(guò)程稱為磁場(chǎng)均勻性補(bǔ)償。

 

其方法有兩種：一是被動(dòng)補(bǔ)償，這種方法是將小鐵片固定在磁體的內(nèi)面，以消除滋體的變形和不均勻性，這是一種重要方法；二是主動(dòng)補(bǔ)償，其方法是，若干補(bǔ)償線圈與—個(gè)補(bǔ)償管相連，調(diào)整不同幅度，不同極性的低幅穩(wěn)定電流經(jīng)補(bǔ)償線圈，所產(chǎn)生的小磁場(chǎng)為主磁場(chǎng)強(qiáng)度不均勻提供補(bǔ)償，這種方法又稱為動(dòng)態(tài)勻場(chǎng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后，超導(dǎo)磁體內(nèi)的磁場(chǎng)均勻性在測(cè)量區(qū)域內(nèi)可達(dá)幾個(gè)ppm。