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《核磁共振成像仪——构造原理和物理设计》系统、全面地介绍核磁共振成像仪总体结构原理和分解部件的工作原理及设计方法，包括主磁体(超导柱形和永磁C形)设计和匀场原理，梯度线圈设计和目标场方法，鸟笼式RF线圈分析方法、设计调试方法，相位阵列线圈退耦方法，成像仪控制系统(MRI谱仪)结构、原理和设计方法，梯度电流放大器设计方法，RF并行发射原理和用于并行发射的RF功率放大器设计方法。另外还详尽地介绍许多特殊MRI设备，包括超高场MRI系统面临的挑战，行波MRI原理，外源性氙129、氦3肺MRI系统，手术导航介入MRI系统，可移动全开放单边非均匀场NMR系统以及魔环磁体匀场目标场方法。

目录

前言

第1章 核磁共振成像仪概论 1

1.1 MR成像仪总体结构简介 2

1.1.1 磁体部分 2

1.1.2 谱仪电子学部分 4

1.1.3 计算机部分 5

1.2 MRI主磁体系统简介 6

1.2.1 超导磁体系统 6

1.2.2 永磁磁体系统 9

1.2.3 电磁体 11

1.3 MRI梯度系统 12

1.3.1 度量梯度线圈优劣的指标 13

1.3.2 超导MRI梯度线圈传统结构 13

1.3.3 永磁或电磁MRI系统的梯度线圈结构 16

1.3.4 梯度线圈的新发展 17

1.3.5 梯度放大器和开关时间 18

1.3.6 振动伪影的校正 19

1.4 MRI的RF线圈系列 19

1.4.1 RF线圈的功能和本征物理特性 19

1.4.2 LC谐振槽路 20

1.4.3 RF线圈设计考虑要点 22

1.4.4 螺线管及变型螺线管线圈 23

1.4.5 蝶形线圈 23

1.4.6 开放腔式线圈 24

1.4.7 在圆柱内产生横向磁场的线圈 24

1.4.8 鸟笼线圈 26

1.4.9 RF线圈系列 27

1.4.10 TEM线圈 27

1.4.11 表面线圈和相位阵列线圈 28

1.5 射频发射/接收系统 29

1.5.1 概述 29

1.5.2 发射/接收(T/R)开关 30

1.5.3 RF线圈的调谐和匹配 32

1.5.4 RF线圈和接收机前置放大器的连接 34

1.5.5 正交混合器和正交调制器 35

1.5.6 发射通道 35

1.5.7 RF功率放大器 36

参考文献 36

第2章 MRI主磁体设计 39

2.1 轴对称磁场均匀性分析方法 39

2.2 超导MRI主磁体设计思想及方法 42

2.2.1 厚壁螺管亥姆霍兹对 42

2.2.2 高均匀度MRI主磁体设计的数学模型 43

2.2.3 电磁场计算软件和优化算法 46

2.3 六线圈MRI主磁体系统设计 47

2.3.1 相同半径六线圈结构 47

2.3.2 不同内径的六线圈结构 48

2.3.3 铁屏蔽1.5T六线圈MRI磁体设计实例 49

2.4 多层端校正单螺线管MRI磁体设计 52

2.4.1 磁矢势的格林函数展开 52

2.4.2 载流螺线管中心球(r

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　　《核磁共振成像仪：构造物理和物理设计》：

　　第1章 核磁共振成像仪概论

　　核磁共振用稳定核样品，没有任何放射性。核磁共振成（NuclearMag-neticResonanceImaging），为了避讳“核”字，免除人们的核恐惧心理，在英文文献中，通常去掉“N”，而称为MRI。而MR成像仪，也叫MRI扫描仪或MRI系统。用MRI检查患者通常叫扫描。MRI系统可分为两大类：一类是扫描人体的系统，可简称为人系统；另一类是扫描动物的系统，简称为动物系统。人系统又可分为两类：一类是临床MRI系统；另一类是基础研究用的MRI系统。临床系统又可分为两个子类：其一是扫描人体全身的MRI系统，简称全身系统；其二是扫描局部人体的MRI系统，简称专用系统。

　　目前市场流行的全身MRI系统按磁场强度的高低又可分为如下三种。

　　（1）低场系统：场强为0.2T、0.3T、0.35T、0.4T和0.5T的永磁系统和极少量电磁系统。

　　（2）高场系统：场强为1.5T和3.OT的超导系统。

　　（3）超高场系统：场强为4T、5T、7T、8T、9.4T和11.75T的超导系统。图1.0.1显示了几个有代表性的MRI系统。其他都是超导MRI系统，上排是进口的MRI系统，下排是国产MRI系统。MRI技术的发展趋势之一是不断提高场强。早年还曾有超导0.5T、1．OT、2．OT系统。目前在低场永磁系统中，0.3T、0.35T、0.4T、0.5T是主流机。

　　专用系统按用途可分为如下两种。

　　（l）专科诊断系统，如***机、四肢机、头部机等。***机的磁体和1.ST超导全身系统几乎相同，只是磁体比较短；四肢机的磁体比较小，着重扫描四肢关节；头部机磁体的孑L径略小，长度偏小，场强从0.15T到1.5T都有。

　　（2）手术介入系统，主要用于监视开颅手术，识别和区分肿瘤和正常组织，场强从0.15T到1.5T不等。

　　基础研究系统都是高场和超高场MRI系统，3T全身系统既可用于临床诊断也可用于基础研究。由于似稳条件不太满足，3T以上系统没有通用RF体线圈，所以4T以上系统大多只用于扫描人脑，主要服务于认知科学。

　　动物系统按场强可分为几挡，如4.7T（200MHz）系统、7T（300MHz）系统、9.4T（400MHz）系统、11.7T（500MHz）系统等，净磁直径为16～40cm，主要用于药物实验相其他安全性实验。

　　1.1MR成像仪总体结构简介

　　MRI系统按功能可粗略分为三大部分：磁体部分、谱仪电子学部分和计算机部分。图1.1.1是MRI系统原理框图。磁体部分提供极化磁场B。、空间编码梯度磁场G和产生Bi场的RF线圈。谱仪控制台、RF发射机和接收机电子学系统执行脉冲序列，产生MRI***并采集图像数据。计算机部分一方面提供控制参数和命令通过谱仪产生所需要的RF脉冲包络***、梯度波形***和各种控制***以控制成像仪的运行；另一方面对采得的数字***进行处理，重建mMRI图像并对图像进行显示和输出等处理。下面粗略介绍各部分结构和功能。

　　1.1.1磁体部分

　　超导MRI磁体是一个圆柱形结构，1.5T和3T磁体的长度为1.4～1.8m，超导MRI磁体的中垂横截面结构如图1.1.2所示。其主要部件是产生主磁场Bo的超导主线圈，其次是保证Bo均匀度的超导匀场线圈组和白屏蔽线圈。这些超导线圈都装在液氦（I。He）杜瓦瓶内，浸泡在4.2K液氦中以保持其超导性。I_He杜瓦瓶是一个有网柱形室温孑L，且其内直径约lOOcm的结构。在室温孔中有一个柱形匀场骨架（无源匀场）；如果需要二阶匀场就得有5个很薄的柱形骨架；右三维梯度线圈分别绕在三个柱形骨架上，再加上梯度屏蔽线圈骨架，骨架材料是抗磁性的。在梯度线圈里面，有一个带RF屏蔽的通用RF体线圈（鸟笼线圈）。上述这些部件都封在塑料壳内，*后留直径为60～70cm的净孔为患者和床的进出口。一般在中心0.5m直径的球体积（DSV）是成像区域，其内磁场均匀度达1～2ppm*。磁孑L内材料尽可能用抗磁性材料，如钢化玻璃、碳素纤维、陶瓷、塑料等，以保证.T作磁场B。的高度均匀性不被破坏。为了避免涡流，磁孔内尽可能少用金属材料，因此患者床体通常不用钢***，螺钉也是无磁的。

　　超导MRI磁体时间稳定性很好，场强衰减很慢，这取决于超导线接头电阻（

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