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MRI基础知识 -- 主动匀场(三)

 前面老王给大家介绍了一阶主动匀场的概念,知道了一阶主动匀场是由梯度系统实现的,同时梯度强度中的一部分其实是用来完成一阶主动匀场的。

一阶曲线拟合的三维展开式为:

4ffce04d92a4d6c-277

那么高阶主动匀场就是2阶以及2阶以上的主动匀场。目前比较常见的是使用2阶主动匀场技术。

很显然,开始分析前还是先按照之前的思路,二阶曲线的公式为:

4ffce04d92a4d6c-278

通过进行函数展开得到 4ffce04d92a4d6c-279

很显然,如果能够对以上函数进行控制也就能够实现二阶匀场。

经过一系列试验总结,将以上公式进行组合,最终分解为5个变量:

4ffce04d92a4d6c-280

也就是说二阶主动匀场其实就是对以上5个高阶匀场线圈进行控制。那么接下来就是两个问题,第一是线圈的设计,第二是线圈的控制。

先回答第一个问题,实际上高阶匀场线圈也是叠加在梯度线圈里面的,回顾梯度线圈的相关知识,每一组梯度线圈需要接上放大器端±2组梯度线,那么高阶匀场线圈也一样,对5组线圈进行控制也就需要10根电源线。

同时对于高阶匀场的控制实际上也属于电流控制的范畴,也就是功率放大器分别产生要求的电流值,输入到对应的5组梯度线圈内,产生5组电磁场从而完成高阶匀场。当然这5组高阶匀场线同样需要在滤波板处进行低通滤波。电路结构如图所示:

4ffce04d92a4d6c-281
      介绍完高阶匀场线圈和回路,那么接下来分析具体的高阶匀场放大器。

在前面章节介绍梯度系统的时候老王介绍过,为了产生符合要求的梯度场强,梯度放大器需要给每一路梯度线圈提供上百安培的电流,这也是MR梯度系统的一个重要指标。

梯度系统只需要控制X,Y,Z 3路梯度线圈,但是高阶匀场里面需要对5组匀场线圈进行控制,难道需要更复杂的放大器么?答案当然是否定的。

整个超导MR磁体在经过铁片被动匀场,梯度一阶主动匀场之后,实际上磁场已经相对比较均匀了,那么为了进一步达到磁场均匀,实际上只需要再叠加比较小的磁场强度就可以完成高阶匀场,也就是说高阶匀场放大器的功率不需要很大。

以下是一次高阶匀场(HOS)校准的测试结果,从中我们可以大概看出些端倪。

4ffce04d92a4d6c-282
       可以看到,每一路HOS放大器产生1A的电流时,电压大约3V,也就是说每一路HOS放大器大约提供3W左右的功率就可以了,所以HOS的放大器和电源线尺寸都比较小。

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      上图中每一个模块就是一路HOS的放大器,同时用一个HOS的专用控制器进行控制总体,外加电源及散热模块就组成了整个HOS放大控制模块。

HOS校准的方式也类似一阶主动匀场,也需要通过使用MR系统实际扫描水膜,通过对FID信号进行分析求解最优解,从而完成二阶主动匀场,进一步提高磁场的均匀度。

高阶匀场在MRI系统里面也属于一个比较高阶的技术,目前老王手头上的资料也非常有限,因此欢迎大家对这一技术进行补充说明和批评指正,共同提高。

        MR技术博大精深,本期我们简单介绍了高阶主动匀场(HOS)的一些基础知识,到此为止老王通过3节的时间给大家介绍完了MR主动匀场的知识,希望大家对主动匀场技术能够有一个大体上的概念。

其实老王只是简单的对主动匀场技术进行了科普性的介绍,实际上这里面深含着更加复杂的理论知识以及工程实践。我们知道无论被动匀场还是主动匀场其目的都是为了使MR系统的磁场更均匀,从而得到更高的信噪比和更好的压脂效果。而为了实现这一看似简单的目标,背后需要从软件,硬件方面付出大量的努力和深入的研究,因此还是那句话:MR技术博大精深,值得有兴趣的人好好学习钻研。

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文章名称:《MRI基础知识 -- 主动匀场(三)》
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