6-3核磁设备梯度磁场.ppt

第三节 梯度磁场系统 作业 主磁体的性能指标有哪些？并简单说明 主磁体的种类有哪些？ 磁共振成像基本原理 （一）核自旋和磁矩 任何原子都有一个特性，就是总以一定的频率绕自己的轴进行高速旋转。 质子-质子之间或中子-中子之间以相反方向成对自旋，并互相抵消，但质子和中子之间不存在成对抵消。 凡是拥有一种奇数核子数的原子核，都拥有一个特征性的自旋量子数。 正常状态下各原子核自旋所产生的磁矩，呈随机排列，方向杂乱。 电子与核子的总角动量为二者旋转角动量之和。在原子内，电子通常成对地反方向平行自旋，自旋的角动量相互抵消为0。 磁共振成像基本原理 （二）核进动与进动频率 1.核进动 在外磁场作用下，原子核在自旋的同时绕磁场以一定的夹角旋转，称为进动。 这与陀螺类似，陀螺在旋转时，其自旋轴倾斜，在重力作用下，以一定的夹角旋转。 根据 ? = ?.B ，讨论： （1）场强相同，不同的原子核， ?不同，则进动频率亦不同。根据不同的进动频率，可以分辨出不同的核； （2）相同的核处在不同场强中，其进动频率也不同。 不同部位的同类核，受梯度磁场的作用，有不同的进动频率。根据进动频率的线性变化，可判断出释放信号核的相应部位。 (三)磁共振现象 磁场中做进动的原子核可以吸收频率与其进动频率相同的电磁波，当原子核恢复原状时，会把吸收的能量释放出来。 磁共振现象是指原子核在进动中吸收外界能量产生能级跃迁的现象。 外界能量是指一个激励电磁场(射频，RF磁场) 。磁共振现象的必要条件其频率等于的进动频率相同。 （四）弛豫过程与自由感应衰减信号接收 1. 弛豫过程 从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为弛豫过程。 这一过程中将发生相对独立的两种弛豫。 一种是纵向弛豫，是自旋核与周围环境(晶格)进行热交换，称“自旋～晶格弛豫过程”； 另一类是横向弛豫，是同类自旋核之间的能量交换，称为“自旋~自旋弛豫过程”。 2.弛豫时间 (1)自旋～晶格弛豫时间(T1) T1弛豫以在z轴上的纵向磁化分量逐渐恢复为标志，所以称纵向弛豫时间。 （2）自旋～自旋弛豫时间(T2) ： 弛豫过程中，自旋原子核系统内部也在不断进行着能量交换，这个弛豫时间称为自旋～自旋弛豫时间(T2) 。 T2弛豫是以XY平面的横向磁化分量由大变小，最终为零为标志的，所以称横向弛豫时间。 2．磁共振信号的分类与采集 (1)T1弛豫信号：T1 弛豫信号的产生是纵向磁矩的弛豫，经90°脉冲后，在横向磁场接受到的信号。 (2) T2弛豫信号： T2 弛豫信号是横向磁矩弛豫产生的信号。即当给予90°脉冲后，磁矩由纵向旋转至XY平面并开始弛豫后所得到的信号。 弛豫时间T1和T2的长短反映了自旋核周围的环境情况。 第三节 梯度磁场系统 梯度磁场系统是指与梯度磁场有关的一切单元电路。 梯度磁场系统的功能： 为系统提供线性度满足要求的、快速开关的梯度磁场，以供MR信号的空间位置信息，实现成像体素的空间定位。 在梯度回波及相关成像时序中，利用梯度翻转来使相位重聚。 一、梯度磁场的产生 （一）梯度磁场 1. 为什么要应用梯度磁场？ 主磁场（ B0 ）是均匀的静磁场。在该磁场中，氢质子群在射电激励下产生共振，其共振频率都相等，即 ω= γ B0 。在影像重建时就无法确定这些质子各自的空间位置。 （二） 梯度磁场空间定位方法 在B0的条件下再叠加一个三维梯度磁场 Gx-频率编码梯度磁场 Gy-相位编码梯度磁场 Gz-选层梯度磁场 当选层梯度确定后，使这一层质子群有了共同的GZ。同时在激励脉冲的作用下，这一层质子群开始共振。 此后通过相位编码梯度线圈产生Gy，自旋的进动频率沿y方向增加。因此沿该方向的相位差越来越大。如果关掉相位编码梯度磁场Gy,则y方向所有的自旋又以相同频率共振，但它们的相位已经不同了。 接着，在x方向上接通GX，则自旋进动频率沿x方向增加，使X轴方向上的质子产生了不同的频率。 这样，在Z层确定后，由于相位编码梯度场和频率编码梯度场的作用，使该层所在二维平面上每一个质子的位置都得到了确定。 二、梯度磁场的产生 （一）梯度磁场系统的组成 1. 包括：梯度线圈、梯度控制器、数模转换器、梯度放大器、梯度线圈冷却系统。 梯度磁场系统是指与梯度磁场有关的一切单元电路。 2. 控制部分：梯度脉冲开关和梯度组合的控制。按系统主控单元发出的梯度标准数字信号给数模转换器。对梯度放大器各种精确控制正是由梯度控制器和数模转换器共同完成的。 数模转换器：16位转换器对梯度控制是非常精确的，其产生的模拟电压信号经集成运算放大器进行预放大处理。 3. 预驱动：前置放大器输入电压同反馈回来的信号进行比较，然后把信号送给功率驱动，同时也送给