MR基础知识 --- 超导核磁共振

MR系统的关键因素

磁场，要怎么获得

首先回顾中学物理里面有关磁场的基本知识

自然界中能够简单产生磁场的方式有两种

永磁铁

随便拆开一个老式音响，你都能在喇叭里面找到一个磁铁，物理课上可能大家也都跟着老师做过同性相斥异性相吸的磁铁试验。永磁铁分天然永磁铁和人造永磁铁，永磁MR系统里面一般使用磁性最强的钕铁硼磁铁。

永磁铁的优点：

1. 方便获得，制造门槛较低，便于生产

2. 便于应用在MR系统中，使用两块磁钢间隔一段距离放置，中间就会产生一个相对稳定的强磁场

3. 相对稳定，永磁铁一经磁化即能保持恒定磁性

永磁铁的缺点：

1. 磁场强度低，我们一般应用的永磁MR系统磁场强度一般最高0.7T

2. 重，永磁铁相对就是一块实心的大磁铁，因此设备很重

3. 退磁困难，时间长。恒定磁性这一个优点放到MR系统中反而成了缺点，为了安全考虑，MR系统的磁场最好是可以随时退去的，道理很简单，当磁场威胁到你的生命安全的时候你一定想第一时间退掉磁场，可惜永磁铁做不到。

电磁铁

先回顾第一讲中的一个小知识：

净磁化矢量M与磁场强度直接相关，同时我们得出了一个结论：净磁化矢量高的MR系统信噪比更高，图像更清楚。那么为了追求图像质量，我们必然会追求更高的磁场强度以求获得更好的图像，显然永磁铁目前0.7T的极限是无法满足我们的。

这时候电磁铁进入了我们的眼帘。

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。固定装置外缠绕导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁，电磁铁磁场强度公式为：

H = N × I / Le

H-磁场强度

N-励磁线圈匝数

I-电流

Le-有效磁路长度

通过对公式分析，显然我们可以通过改变线圈匝数或者电流大小很方便的增加磁场强度。

理想很丰满，现实很骨感，真的这么简单么？让我们进一步分析：

1. 最直观的增大电流。我们回顾基本的物理定律：，电流在线圈中流动做功直接产生热量，电流越大热量成几何倍数增加，那么为了解决散热问题，传统电磁铁的配套制冷系统可能比电磁铁本身大数倍，因此不能轻易增大电流。

2. 那么尝试增加线圈匝数呢？我们知道线圈导线再细也有尺寸，增加线圈匝数就是增加了导线的总长度和整体缠绕厚度，也就是增加了重量。为了提高磁场强度，也许做出来的电磁铁会极度巨大，同时别忘了线圈中电流还是在做功，线圈时刻在发热，不断地增加匝数如何解决发热问题呢？

3. 电源的制约。如果小伙伴们有强电的知识会明白，提供一个持续稳定的大电流是一件多么困难的事情。伴随我们发电站来的供电里面包含了各种各样的纹波和干扰，如果把他们直接加到电磁铁上那么做出来的磁场均匀度会不可想象的差，因此我们还需要加上滤波，且不论滤波能否精确地过滤掉全部的干扰，单说这样一套设备的成本就是不可估量的。这里老王给大家一个简单的对比，4 0 千瓦水泵电动机提供的电流大约是8 0安，而MR磁共振电磁线圈中的电流大约为400安。

面对如此困境

感谢物理学家发现了神奇的现象一举解决了难题

超导现象

超导体（英文名：superconductor）

又称为超导材料，指在某一温度下，电阻为0的导体。使用超导材料制作的电磁线圈有以下优点：

1. 没有电阻也就意味着电流流过线圈导线时不会产生热量

2. 如果一个回路没有电阻，那么理论上电流就会在这个回路中永远恒定流动，不会有衰减和损耗，带入磁场强度公式后就会得到磁场恒定不变的结论

3. 不需要持续性补充能量，电流在线圈中自发流动，不需要外界提供能量，也就是一次性给线圈励磁后，后续不需要电源持续供电磁场也会持续存在。