關(guān)于磁共振設(shè)備性能的若干參數(shù)

[摘 要]本文復(fù)習(xí)文獻(xiàn)并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用體會(huì)對(duì)磁共振若干主要參數(shù)進(jìn)行討論，以期對(duì)磁共振設(shè)備的選購(gòu)和使用提供參考。

[關(guān)鍵詞]主磁場(chǎng)強(qiáng)度；梯度場(chǎng)強(qiáng)；切換率；射頻功率

磁共振成像設(shè)備是大型貴重醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備，引進(jìn)設(shè)備時(shí)都要進(jìn)行多方考察、論證。但磁共振設(shè)備近年來(lái)發(fā)展迅速，系統(tǒng)設(shè)備、技術(shù)方法、臨床應(yīng)用日新月異，機(jī)器品牌、種類逐漸豐富，這種情況一方面為設(shè)備的選購(gòu)提供了更寬的選擇空間，同進(jìn)也增加了選擇的難度。面對(duì)種類繁雜的各種設(shè)備，如何根據(jù)具體條件合理恰當(dāng)?shù)倪x擇，往往使用戶感到困惑。

1 主磁場(chǎng)強(qiáng)度

主磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是特斯拉(T)。它是衡量磁體性能的主要指標(biāo)。由于場(chǎng)強(qiáng)的提高要以更高的技術(shù)支持為前提，高場(chǎng)強(qiáng)系統(tǒng)往往其整體性能普遍提高，所以習(xí)慣上常以主磁場(chǎng)強(qiáng)度作為整個(gè)磁共振系統(tǒng)具代表性的性能參數(shù)。在一定范圍內(nèi)主磁場(chǎng)強(qiáng)度增加可以提高圖像的信噪比(SNR)。一般情況下，主磁場(chǎng)強(qiáng)度的高低可以反映圖像信噪比情況。因此一般磁共振設(shè)備的場(chǎng)強(qiáng)越高越好。當(dāng)然也不能無(wú)限增加，因?yàn)槌叩拇艌?chǎng)強(qiáng)度對(duì)人體的生物作用尚不能肯定，而且3T設(shè)備產(chǎn)生的腹部器官影像缺乏對(duì)比，且有較多的化學(xué)位移偽影[1]。目前進(jìn)入臨床應(yīng)用的場(chǎng)強(qiáng)高的設(shè)備為4T[2]，國(guó)內(nèi)已有少數(shù)單位裝備3T系統(tǒng)。

低場(chǎng)強(qiáng)的磁體多為永磁型磁體，場(chǎng)強(qiáng)一般為0.1T-0.3T.它的缺點(diǎn)是場(chǎng)強(qiáng)較低，均勻性差，對(duì)溫度變化非常敏感。因此使用中對(duì)磁體室的環(huán)境溫度要求較苛刻，而且重量較大。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，不消耗能量。較低的維護(hù)費(fèi)用是其突出的優(yōu)點(diǎn)。

通常為了得到更好的圖像信躁比，就需要更高的場(chǎng)強(qiáng)。而目前提高場(chǎng)強(qiáng)的辦法就是采用超導(dǎo)磁體。場(chǎng)強(qiáng)0.5T以上的系統(tǒng)多為超導(dǎo)磁體。這種磁體的優(yōu)點(diǎn)除了上述的信噪比較高以外，還表現(xiàn)在磁場(chǎng)的均勻性、穩(wěn)定性，因此可以獲得高精度的圖像。它的缺點(diǎn)是磁體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需定期補(bǔ)充液氦。另外，超導(dǎo)磁體需要額外的制冷設(shè)備為液氦容器降溫，因此運(yùn)行成本較高，而且也增加了系統(tǒng)故障機(jī)率。

磁場(chǎng)的均勻性也很重要，它是以主磁場(chǎng)的百萬(wàn)分之一(ppm)為偏差單位表示的。均勻性好意味著可得到較高質(zhì)量的圖像。采用超導(dǎo)高場(chǎng)磁體產(chǎn)生一定強(qiáng)度的化學(xué)位移效應(yīng)且達(dá)到較好的磁場(chǎng)均勻性，保證不同質(zhì)子間的磁場(chǎng)均勻性頻率偏差小于化學(xué)位移產(chǎn)生的頻率差異，是進(jìn)行MRS必須具備的前提條件。

開(kāi)放式磁體以往只在低場(chǎng)系統(tǒng)采用，近年中場(chǎng)超導(dǎo)開(kāi)放式MR設(shè)備進(jìn)一步普及。此型設(shè)備即使開(kāi)放型設(shè)備具有了高中場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，又同時(shí)具有了開(kāi)放型設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，為介入操作、兒童醫(yī)院等應(yīng)用領(lǐng)域提供了理想選擇。

主磁場(chǎng)強(qiáng)度的選擇應(yīng)視具體情況而定。當(dāng)優(yōu)先考慮購(gòu)買和維持費(fèi)用時(shí)，低磁場(chǎng)強(qiáng)系統(tǒng)無(wú)疑有更大的優(yōu)越性。然而，如果說(shuō)速度和高分辨率是應(yīng)用中通常要考慮的問(wèn)題的話，1.0T或1.5T設(shè)備可能更具優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一般的臨床應(yīng)用，高質(zhì)量的1.0T設(shè)備與1.5T設(shè)備之間的區(qū)別難以區(qū)分。選用1.5T設(shè)備的主要原因是有特殊的研究目的，或者是由于競(jìng)爭(zhēng)壓力和升級(jí)考慮。如若比較成像時(shí)間，1.0T與0.5T設(shè)備之間有明顯區(qū)別，1.0T機(jī)器信噪比有明顯優(yōu)勢(shì)。

2 梯度場(chǎng)強(qiáng)和切換率

梯度磁場(chǎng)的主要作用是完成MR信號(hào)的空間定位，此外一些快速掃描序列及梯度回波也有賴于梯度場(chǎng)的作用。它的性能決定了掃描速度、空間分辨率以及圖像幾何失真度，良好的梯度性能也是一些特殊序列得以實(shí)現(xiàn)的前提。梯度系統(tǒng)包括梯度功率放大器和梯度線圈。目前市場(chǎng)上的梯度功率放大器，均采用傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)式梯度功率放大器技術(shù)。

描述梯度磁場(chǎng)的主要參數(shù)有：

梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度：指梯度場(chǎng)能夠達(dá)到的大值，單位為mT／m。在射頻帶寬一定的前提下，梯度場(chǎng)越強(qiáng)，就可以采用越薄的掃描層厚，即影響著系統(tǒng)的空間分辨率和小FOV。高場(chǎng)機(jī)器場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)40mT／m。

梯度場(chǎng)切換率：反映梯度場(chǎng)到達(dá)某一預(yù)定值的速度，單位是mT／m／ms。上升快就可以提高掃描速度。高場(chǎng)機(jī)器的切換率一般為50mT/m/ms-120mT／m／ms。

有效容積：指主磁體中心區(qū)域其梯度場(chǎng)能夠滿足一定線性要求的空間區(qū)域。這個(gè)區(qū)域越大，成像區(qū)域的限制就越小。

梯度磁場(chǎng)的線性：是衡量梯度磁場(chǎng)平衡性的指標(biāo)。即在有效容積內(nèi)，梯度場(chǎng)強(qiáng)隨空間位置的變化的線性程度。線性好，表明梯度場(chǎng)精確，圖像質(zhì)量就好。

近兩年MR系統(tǒng)的梯度場(chǎng)強(qiáng)和切換率明顯提高，梯度性能明顯提高。但過(guò)高的梯度性能參數(shù)將對(duì)病人產(chǎn)生有害刺激。有些廠家推出雙梯度系統(tǒng)，即在常規(guī)梯度基礎(chǔ)上附加梯度線圈，通過(guò)兩個(gè)梯度系統(tǒng)的疊加，在局部范圍內(nèi)達(dá)到較高的梯度場(chǎng)強(qiáng)[1]。梯度系統(tǒng)的冷卻方式一般采用風(fēng)冷散熱，近年由于梯度功率的增大，需要更加有效的散熱措施，高場(chǎng)系統(tǒng)逐步采用水冷散熱形式，前者方式簡(jiǎn)單，但噪音較大且容易使梯度設(shè)備吸附灰塵。后者冷卻效率更高、噪音降低，但需要額外附加制冷系統(tǒng)。

3 射頻功率

射頻系統(tǒng)的主要功能是實(shí)施射頻激勵(lì)并收集MR信號(hào)。射頻系統(tǒng)主要由射頻功率放大器和射頻線圈組成。功率放大是射頻發(fā)射單元的主要功能。一般要求它不僅能夠輸出足夠的功率，還要有一定寬度的頻帶和非常好的線性。一般來(lái)說(shuō)，共振頻率和射頻吸收隨著場(chǎng)強(qiáng)增加而升高，因此隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加磁共振成像需要更高射頻能量配合。高場(chǎng)機(jī)器應(yīng)用中要測(cè)量患者體重，以保證患者的射頻吸收總量在安全限度之內(nèi)。在場(chǎng)強(qiáng)一樣的前提下，較大的射頻功率可以保證體重較重的患者也能獲得清晰圖像。目前絕大多數(shù)公司在低場(chǎng)MR／系統(tǒng)上使用的射頻功率為5kW-10kW。中場(chǎng)系統(tǒng)為10kW-15kW，高場(chǎng)系統(tǒng)一般為15kW-25kW。

射頻線圈：MRI圖像質(zhì)量的好環(huán)與射頻線圈的性能有著極為密切的關(guān)系，因而該領(lǐng)域的發(fā)展也十分迅速。諸如多通道相控接收線圈技術(shù)，發(fā)射／接收線圈的適時(shí)動(dòng)態(tài)去耦合技術(shù)，低噪音系數(shù)的前置放大器技術(shù)。此外，線圈的種類繁多，應(yīng)詳細(xì)了解各種線圈的功能用途。選擇時(shí)應(yīng)視本單位臨床實(shí)際情況而定，以免造成資源浪費(fèi)。

4 計(jì)算機(jī)性能

計(jì)算機(jī)的發(fā)展非常迅速，各廠家采用的硬件系統(tǒng)不盡相同，很難準(zhǔn)確比較他們的好壞。一般通過(guò)重建速度、圖像矩陣及硬盤容量等參數(shù)評(píng)價(jià)其性能。

5 功能軟件

包括基本軟件和選購(gòu)軟件。前者主要包括各種常規(guī)掃描序列及一般后處理，是系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置軟件。后者主要是一些特殊掃描序列和后處理，如彌散、灌注、心臟與血管分析、波譜、各種三維重建、自動(dòng)移床等。需要指出的是，不同品牌或相同晶牌不同系列型號(hào)的機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)配置軟件是不同的，很多選購(gòu)軟件的應(yīng)用要依賴于相應(yīng)的硬件平臺(tái)，某些硬件的性能優(yōu)勢(shì)必須通過(guò)相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如敏感性編碼技術(shù)(SENSE)只能應(yīng)用于相控陣線圈；高速的掃描速度和五通道全脊柱相控陣線圈，如果沒(méi)有自動(dòng)移床軟件(moving bed infusion tracking-MobiTrak)相配合，大范圍的三維增強(qiáng)血管成像和全脊柱成像也只能望機(jī)興嘆。這也說(shuō)明磁振的選購(gòu)要以應(yīng)用目的為指導(dǎo)，首先明確臨床應(yīng)用項(xiàng)目，根據(jù)這個(gè)軟件選擇相應(yīng)的軟、硬件，使系統(tǒng)真正滿足應(yīng)用需要并得到充分的資源利用。