核磁共振原理（一）

核磁共振仪的硬件组成

核磁共振仪主要由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统和其他辅助设备。

主磁体

主磁体分为永磁型和电磁型，永磁性产生的磁场强度通常比电磁型小，电磁型可以产生很大的磁场强度。

主要参数

• 磁场强度：磁场强度的单位为T（特斯拉），G（高斯），定义1G为，距离通过5A电流的线圈5cm处的磁场强度。1T=10000G。一般把0.5T以下的MRI仪称为低场机，0.51.0T为中场机，1.02.0T为高场机，大于2.0T的称为超高场机（3.0T）。高磁场强度的优点：1.提高质子的磁化率，增加图像的信噪比；2.缩短MRI成像的时间；3.增加血氧饱和度依赖效应（BOLD），使脑功能成像的信号变化更为明显。

• 主磁场均匀度：磁场均匀性是指在一定的容积范围内磁场强度的均一性，也即单位面积内通过的磁力线数目的一致性。

• 主磁场的稳定性：实际上是指主磁场强度及其均匀性的变化，也成为磁场漂移。

梯度系统

梯度系统是MRI仪最重要的硬件之一，由梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控制器、梯度冷却装置构成，梯度线圈安装于主磁体内。梯度系统的主要作用：1、进行MRI信号的空间定位编码。2、产生梯度回波信号。

磁共振坐标系

坐标系主要由x、y、z构成，Z轴是人体长轴方向正方向为头部，X轴正方向为人体左侧，Y轴正方向是人体解剖位置前侧。

磁共振系统的坐标系

梯度磁场的产生

以Z轴为例，梯度线圈是特殊绕制的线圈，在头部和脚部。线圈通电后，电流流过头部线圈产生与主磁场方向相同的磁场，两个磁场强度叠加，头部磁场强度增高。脚步磁场方向相反，磁场减弱。从而形成沿着Z轴分布，头侧高足侧低的梯度磁场，梯度线圈中心位置的磁场强度保持不变。

梯度磁场

射频系统

射频系统由射频发生器、射频放大器和射频线圈构成。射频线圈有发射线圈和接收线圈。发射线圈发出射频脉冲（无线电波）激发人体内的质子发生共振（后面补充），接收线圈接收人体发出的MR信号。

计算机系统

计算机系统控制着MRI仪的射频脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。

核磁共振控制系统结构

1. SCP(scan control processor) 扫描控制系统：产生序列脉冲的全部硬件开关信号，控制全部硬件（射频，梯度，采样，重构）开始和结束时间点。
2. TRF（trigger and rotational function board）：定位引起的坐标旋转变换，对应梯度的控制，以及对SRF的触发控制。
3. SRF（sequence related function board）:负责序列中梯度系统涡流校正补偿对梯度的触发控制。
4. IRF（interface relate function board）射频控制器：负责主时钟的同步，控制发射射频控制器。
5. DRF（digital receiver filter）数字滤波器：对IRF发送来的采集数据，进行频率解调，去除掉载波频率，同时进行一定的降噪处理。
6. APS（acquisition processing subsystem）:根据主机序列所对应的扫描参数，负责对采集的数据按K空间顺序、层面关系及平均次数排序组合，并把排列好的K空间发送给重建处理器。
7. Reflex AP 重建处理器：专门负责对原始数据进行傅里叶变换。

这一部分简单介绍核磁共振仪器的硬件组成，之后笔记记录学习核磁共振物理学原理。