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MRI基础知识 --- 主动匀场(二)

上一节老王已经给大家介绍了,一阶主动匀场实际上就是用梯度线圈实现的:

一阶曲线拟合的三维展开式为:

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函数中包含了:

4个常数:a,b,c,d

3个变量X,Y,Z

这三个变量X,Y,Z就是由梯度场的三个方向的强度

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      回顾老王之前介绍过的梯度线圈,梯度场的3个方向是由梯度柜产生3组不同的直流电驱动3组梯度线圈产生的,系统架构如下图所示:

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      梯度线圈按照高莱线圈的排列方式:对于每个梯度场,需要4个呈马鞍形排列的线圈。在这种情况下,4个直接相对圆弧就产生了梯度场。

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      讲到这里内容基本跟产生梯度场的方法是一致的,接下来的问题就是怎样测定磁场的均匀度从而控制梯度柜产生3个方向对应的直流电压达到主动匀场的作用。

一阶主动匀场采用了FID序列来实现。

回顾序列的知识我们可以知道,当磁场足够均匀的时候,理论上FID(free induction decay)回波信号的幅度是最强的,同时主磁场足够均匀的时候,T2回波的波形应该是平滑的。按照这个结论进行反推可以得知,如果产生的X,Y,Z三个方向的梯度场正好可以补偿主磁场的不均匀,那么得到的FID回波应该符合以下要求:

FID回波信号幅值最大

T2回波信号波形顺滑

因此一阶主动匀场的方法就是利用MR系统的FID扫描序列,对一个标准水膜进行FID序列扫描并得到回波信号,通过对X,Y,Z三个方向的梯度线圈施加不同组合的直流电流进行迭代试验,将试验结果(回波信号波形)进行对比,找出最优的驱动电流组合,将参数存入主计算机中。每次正式扫描前将存储好的参数调出,由梯度柜产生相应的三个方向电流,提前修正主磁场,达到主动匀场的作用。

进行总结,完成一阶主动匀场需要使用以下主要部件:

主磁体,产生主磁场

梯度线圈及梯度柜,产生主动匀场所需要的3个方向梯度场

QBC及射频发射接收系统,用来产生FID信号

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      通过X,Y,Z三个方向各自直流电压组合进行测试,找出能够使得FID信号幅值最大,T2回波最顺滑的电压组合存入主控计算机。

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看到这里大家应该对梯度系统的作用有了更多的认识。梯度场并不只是为了完成扫描序列,他同时还有实现一阶主动匀场的作用。

那么这里老王有一个个人认识跟大家分享:梯度指标里面有2个数值是最重要的:

梯度强度

梯度切换率

单纯分析强度,梯度强度是不是越大越好呢?先来看梯度高强度的实现方法,传统的物理知识告诉我们,为了实现大的梯度强度有2种方法实现:

增加梯度线圈的匝数

增加梯度线圈的电流

匝数的增加涉及到梯度线圈的设计和材料选型以及制作工艺的要求,单纯增加匝数是比较困难的。

增加梯度线圈电流相对比较简单,增加梯度放大器的功率就可以了。但是梯度柜的功率是一定的,同时医院能够给系统提供的主电源功率也是一定的。如果一味地增加梯度线圈的电流,唯一的办法就是给MR系统主电源扩容,这涉及到场地的设计及供电的重新规划,实际上具体实现也是比较麻烦的。

既然增加梯度强度比较困难,那么梯度强度大了有什么好处呢?主要实现以下两个作用:

1可以得到更薄的层厚(回顾老王在序列知识里面的讲解)

2更大的一阶主动匀场的强度

层厚相关的知识老王会在后续介绍,这里只分析主动匀场。回归本源,无论什么方式实现的匀场都是为了补偿主磁场的不均匀,越不均匀的磁体越需要更强大的主动匀场能力去补偿。那么在主磁体做的足够均匀的前提下,不需要非常大的梯度强度去进行主动匀场,那么富裕下来的场强余量可以充分的完成序列扫描。在这种情况下,实际上梯度强度的大小就不是最重要的指标了,因此梯度系统最重要的指标还是梯度切换率。

这里是老王个人对梯度系统的一些理解,供大家参考,欢迎批评指正。

       MR技术博大精深,本期我们介绍了利用梯度线圈实现的一阶主动匀场,大家是不是对梯度系统有了更深入的认识呢?下期老王会进一步介绍主动匀场的相关知识,敬请期待!

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文章名称:《MRI基础知识 --- 主动匀场(二)》
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