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第 03 章

03-01
前言

场强
03-02
磁体类型

永磁型磁体
阻抗型磁体
混合型磁体
超导型磁体
03-03
>匀场

03-04
磁屏蔽

03-05
梯度线圈

涡流
03-06
发射器和接收器

发射线圈和接收线圈
表面线圈
03-07
Faraday屏蔽系统

03-08
计算机数据采集系统

03-09
如何选购仪器


03-06  发射器和接收器

正如之前提到的,用一个频率与原子核Larmor频率相等或相近的瞬间射频脉冲就能实现对原子核的高功率激发。辐射波和射频脉冲都是由磁共振仪的发射器产生的。

所需频率由频率合成器产生。合成器输出的是一个经过调制的、波形符合射频脉冲所需的频率。接收器是一个高度敏感的、低噪音的信号检测器,所检测信号处于高频(HF)和超高频(VHF)范围。磁共振信号一般处于微伏特级别。在接收器中,信号被放大500到1000倍。

经过处理,信号由高频共振信号(MHz)转化成低频的音频信号(kHz)。


03-06-01  发射线圈和接收线圈

待测样品,无论是化学分析中的1立方厘米样品还是成像实验中的整个人体,都被放进一个探头或者线圈里。样品应尽可能地充分填充在探头里,以使探头的填充因子大于70%。

如果要激发自旋,射频线圈的震荡磁场B1必须垂直于由磁体产生的主磁场B0。如图03-09所示,对于超导型或阻抗型成像仪:主磁场方向通常是平行于磁体孔方向的、射频线圈产生的磁场是垂直于磁体孔方向的。

图03-09
主磁场的方向取决于磁体线圈的方向。主磁场有如图(a)所示垂直于患者托架和如图(b)所示平行于患者托架的两种取向。超导型或阻抗型磁共振成像仪的主磁场方向通常是平行于患者托架的。


因为激发脉冲强度要比检测到的人体的磁共振信号高几个数量级,如果部分或全部射频脉冲直接作用于接收器,就会毁坏接收器。为了克服这个问题,必须给线圈配备一个发射-接收开关,用来快速改变信号传输路径。

线圈是由一条或者多条低电阻的导线(通常用铜质导线)盘绕而成的。导线盘绕方式或空间布局会影响射频激发和信号检测。

不同类型的磁体所配置的线圈是不同的。最普遍的线圈有螺线管式、马鞍式(Helmholtz)、鸟笼式、开槽谐振器式。这些线圈都被称之为容积线圈。

图03-10展示了磁共振成像常用线圈的形状。检测头部和全身的线圈、或者是检测膝部或颈部的线圈就是这类线圈的典型实例。

由于螺线管式线圈会产生一个平行于线圈轴的振动磁场,所以螺线管式线圈必须穿过磁体磁孔,因此不适合那种患者托架与静磁场垂直的仪器。



图03-10

T不同构型的线圈:(a) 螺线管式;(b)马鞍式(Helmholtz);(c)鸟笼式。这些线圈产生的震荡磁场B1必须与主磁场B0垂直。在线圈内,磁场B1是均一的。


03-06-02  表面线圈

除了表面线圈之外,其他线圈都可以产生一个非常均匀的射频脉冲场,使整个样品感受到同等程度的激发。与容积线圈相比,表面线圈拥有更高的灵敏性。表面线圈只检测靠近线圈的一小部分组织的核磁共振信号,可用于脊柱、眼眶、或颞颌下关节的局部成像。

因为表面线圈只检测靠近线圈的很小的一部分组织,所以,与标准的容积线圈相比,表面线圈具有更好的信噪比。如图03-11所示,表面线圈检测的信号只来自于其覆盖下的、深度为其直径一半的半球形区域。

因此,表面线圈的射频脉冲场和检测灵敏性都非常不均匀,不同位置的样品感受到的激发强度不同。当用表面线圈作为发射器时,射频强度随深度的变化会导致偏转角也随深度变化。有两种方法可以使表面线圈中偏转角不随深度变化而变化:一种是用一个特殊的射频脉冲;另一种是用一个标准的容积线圈作为射频发射器而表面线圈只用来检测信号。

图03-11
表面线圈。

(上图:简易表面线圈的示意图。由于射频辐射场强随深度变化而变化,脉冲角度也会随深度变化而变化,除非用特殊的(绝热)脉冲。同理,检测灵敏度也会随深度的增加而降低。

中图:用表面线圈采集的腰椎的T1和T2加权图像。脊髓和脊柱都清晰可见,但无法看到任何来自前面骨盆的信号。

下图:环绕式或者半马鞍形表面线圈的示意图。

标准线圈常常被改造成正交线圈或者圆形极化线圈。这种线圈中至少有两个射频场是相互正交的,能将线圈效率和信噪比提高√2倍。

相控阵列线圈是一系列线圈组合而成。利用不同线圈对信号的相位反馈不同来设计成阵列,使辐射效果在理想方向上得到加强而在非理想方向上得到抑制。如图03-12所示,在磁共振成像中,相控阵列线圈或者协同线圈是由很多个小的表面线圈组成[⇒ Roemer]。这些线圈接受的信号可以同时被收集并合并,从而构造出一张所测躯体的图像。

图03-12
上图: 相阵列线圈草图。四个表面线圈左右相连构造成一个阵列,敏感容积相互重合。
下图: 用于乳房成像的相阵列线圈。

与一个大的表面线圈相比,相控阵列线圈有更好的信噪比。但是,相控阵列线圈中的每个线圈都需要自己的信号接受通道,使得图像重构更加困难、线圈价格更加昂贵。

不过,相控阵列线圈对磁共振成像技术带来了重大的影响,为发展并行采集技术提供了技术支持。并行成像技术是把几个线圈采集的信号组合成一个相阵列来重构图像。


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