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低场强开放式MRI技术进展

相关分类(TAGS):核磁共振 MRI

国产第一台磁共振系统(ASP-015)于1989年正式通过国家鉴定并投产,至今记忆犹新。短短14年的时间,全球MRI的生产规模、技术和应用都发生了巨大的变化,与14年前的情况相比,用“翻天覆地”形容可能并不过分。正因为如此,与其他医学影像系统相比较,由于它在成像速度、空间和密度分辨率、扫描层薄度等主要参数已与原属CT才特有的技术指标和功能相媲美,尤其是它对软组织检查的特殊优越性、选择参数类型的多样性(质子密度、T1、T2、T1加权、T2加权、T2*加权、或多项加权等)、获取信息方法的多重性和可比性,以及磁体的开放模式等,使MRI的临床应用越来越广泛,成为当今最受重视的影像设备之一。


目前,世界范围内,磁共振技术主要向两个方向发展:
一是高场强的超导磁共振,主要向1.5T以上发展,据有关文章介绍,美国FDA已批准全身3T系统用于临床,4T系统已得到无明显危险的许可,7T系统已完成无事故和无明显危险记录的测试,甚至9.4T也已进入动物的生物效应实验期; 截止2002年4月已安装3T系统90台、4T系统15台、4.7T系统3台、7T系统3台、8T系统1台、9.4T系统1台。这些高场强的超导磁共振系统主要服务于临床科研的需要,用于解决特殊的临床病症,探索和揭示人体更深层次的奥秘,它们多集中在大型医疗和研究单位使用。

二是向永磁低场强(集中在0.2T~ 0.35T)开放式机型方向发展。这是当前世界范围内MRI发展的主流,已成为各级医疗单位、尤其是广大的中小医院购置的热门机种。即使是购置高场强超导磁共振的大型医疗单位,也积极争取再购置永磁低场强开放式MRI系统,以弥补高场强超导磁共振系统用于临床时在功能上的不足(例如日益盛行的介入治疗)、并同时满足科研和临床两方面的需要。而0.5T、1.0T等中或高中场强市场正在萎缩。


一 硬件技术
1. 主磁体
众所周知,所谓磁共振(确切应称为核磁共振)是指所加射频磁场的频率与人体待测元素(例如氢元素)原子核的进动频率相同而发生的共振现象。其角频率描述式为:
ω=γB0
其中ω为某原子核的进动角频率,进动频率为ω/2p,它就是常说的核磁共振频率,又称谓兰冒(Larmor)频率; γ为该原子核的磁旋律,它是每一种元素所特有的基本物理常数; B0是所加磁场的磁场强度。
由上式可以看出磁场强度B0是决定核磁共振频率的直接因素,因此磁场强度的均衡和稳定是MRI系统技术指标的第一要素。
经过多年的努力,永磁低场强MRI的磁体设计、制作工艺获得突破性进展。如采用计算机精确模拟、调整和运算,提高精度; 利用高灵敏度的空调装置,控制温度; 有的也采用在高场强MRI匀场技术中使用的主动式补偿技术,通过多种技术的应用,克服因环境温度变化对磁场的影响; 使永久磁体常有的影响成像质量的涡流降到最低。我国是制造永久磁体稀土材料钕铁硼的主要生产国,对开发、研究、制作高质量的磁体带来裨益。目前永磁0.35T的MRI磁体的磁场均匀度(DSV)已达到在36cm的范围内低于4.0ppm的水平和24cm的范围内低于0.4ppm的水平,几乎超过初期1.5T超导MRI磁场均匀度的指标。这对大幅度提高永磁低场强MRI的成像质量提供了前提条件。


2. 梯度磁场
MRI除上面提到的主磁场外,另一个最重要的技术进展是梯度磁场,衡量梯度系统的最重要的指标是梯度强度和梯度切换率,前者表征磁场随空间的变化,后者反映磁场随时间的变化率,MRI中凡是与空间和时间分辨能力相关的参数,如: 扫描速度、扫描片层厚度、空间分辨率、密度分辨率、最小视野等皆与它密切相联,因此梯度磁场性能的好坏、技术指标的高低,直接反映MRI的成像质量和速度。梯度线圈对快速和超快速成像至关重要,没有梯度线圈的技术进步就不可能出现今天的超快速序列成像方法。梯度磁场的高梯度强度和高切换率,缩短了回波间隙、加快了信号的采集速度,同时也有利于提高信噪比。从而可完成原来只有高场强MRI才能完成的超高速成像、扩散加权成像和灌注加权成像等。
一般说来,MRI中梯度磁场的配置及性能与主磁场的场强无关,因此,在梯度系统设计中所获得的精湛技术与工艺,只要配置得当,完全可以直接转换到低场强MRI中,多年来对梯度系统硬件主要做两方面工作,一方面,对产生梯度磁场的梯度线圈进行优化设计,使它的技术参数能实现高速通断、而且幅度更高,上升时间缩短,采用平面指纹式设计、保证线圈的精度,使梯度线性度达到更高; 另一方面,在有源器件上下工夫,采用级联脉宽调制功率级构成的增强梯度放大器,不但能输出更大的电压和电流,并能支持任意形状的梯度脉冲波形。据资料载,这种放大器已可提供2000V的输出电压和500A输出电流的能力。另外局部体位的专用梯度线圈、双梯度线圈已开始用于临床。

时间:2007-12-07 00:00:00  来源:互联网  作者:网络收集
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