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MRI基础知识 --- 梯度放大器

复习一下梯度系统的原理
    在梯度场作用里面,老王给大家画了空间选层梯度的原理,实际上梯度场就是一条带斜率的梯度磁场强度线,按照一个方向由高到低分布:

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为什么要叫做梯度场呢?

    从梯度场产生的原理来看,梯度场的产生是给梯度线圈施加相应的电流实现的,而电流的形状就是Slice selection gradient所示的那样,从0上升到一定的高度产生梯度场,然后回到0的过程,因此可以看成是一个梯度的形状。

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为了进一步描述梯度场的作用

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结合一个简单的SE序列的产生过程进行说明

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RF:射频场发射一个90°和一个180°脉冲

G-selection:在发射脉冲的同时施加选层梯度场

G-phase:相位编码梯度场

G-frequency:频率编码梯度场

    可以看到,MRI系统中的Gradient(梯度)实际上就是为了给MR接收信号叠加编码,用于解码后区分位置信息,从而进行成像的。而梯度场是依靠梯度放大器输出特定电流给梯度线圈从而生成带梯度的磁场实现的。同时,空间中有3个方向,分别是X,Y,Z,因此为了进行空间编码,梯度系统设计的时候也是按照这三个方向进行设计,X,Y,Z方向独立控制,所以传统的梯度线圈共有3组,分别由3个梯度放大器提供电流。

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以一个经典的梯度场控制传输回路进行说明

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控制过程如下所示:

1.主控计算机发出数字信号确定梯度场产生的大小给数据采集系统(CDAS)中的接收系统SBC。

2. SBC将数字信号传递给梯度控制板Grad-M。

3. Grad-M经过计算得出对X,Y,Z三个方向梯度线圈应该施加的电流强度,将数字信号传递给梯度放大器上面的IGCI板。

4. IGCI通过DA(数模转换)将数字信号转换成X-axis,Y-axis, Z-axis 3路模拟信号。

5. 3路模拟信号通过功率放大器将电流放大到要求的大小。

6. 放大器输出的电流通过滤波器输入到X-coil, Y-coil,

Z-coil 三个梯度线圈内,从而产生特定的梯度场。

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   既然梯度场实际上描述的物理过程是一定的电流施加给梯度线圈的过程,那么把产生电流的梯度放大器看做一个功率器件,理想状态肯定是希望在需要的时候瞬间产生一个大电流,而停止施加梯度场的时候又让他瞬间将到0。

但是现实中这样的功率器件是几乎不可能实现的,每一个电源放大器都有自己的功率限制

因此实际上的电流会已下图描述的方式产生:

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从图中可以清晰地看到3个基本的参数,这也是衡量梯度系统的3个重要指标:

1.Slew rate,电流切换率,衡量梯度系统切换的速率。

2. Rise time,电流上升时间,衡量梯度系统用多长时间能够达到要求的梯度场。

3.Amplitude,最大输出电流,其数值与放大器最大输出电流和梯度线圈札数共同决定了能够产生的最大梯度场强度。

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文章名称:《MRI基础知识 --- 梯度放大器》
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