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关于永磁、常导和超导型MRI,看这篇就够了!

2019-10-22

  

MRI

  

来源:器械之家

来源:器械之家

2019-10-22

  

MRI

  

关于永磁、常导和超导型MRI,看这篇就够了!

  


由于无辐射、分辨率高等优点,磁共振成像系统(MRI)被广泛应用于临床医学与医学研究。

 

目前应用于临床的MRI设备主磁场强度大多为0.15~3.0T(科研型MRI高达10T甚至以上),磁场强度越高,组织的磁化强度越高,产生的磁共振信号强度越强。影响MRI的主要因素包括磁场技术、射频技术、匀场技术、梯度技术和成像技术等,其中,产生磁场的磁体是整个MRI系统的核心,其对于MRI设备的重要性不亚于鱼对水的依赖性,由磁体系统产生、均匀稳定的静磁场是磁共振成像的“基石”,“基石”的性能决定着MRI设备“大厦”的品质。

 

根据所采用磁体性质的不同,MRI通常分为永磁型MRI、常导型MRI 和超导型MRI 三种类型。

 


永磁型磁体是最早应用于MRI全身成像系统的磁体,由具有铁磁性的永磁材料构成。

 

永磁型磁体磁场强度衰减极慢,几乎永久不变,且运行维护简单,无水电消耗,磁力线闭合,磁体漏磁少,磁力线方向与人体长轴垂直。射频线圈制作简便,线圈效率高。但是,磁场强度较低,目前永磁型磁体最大场强已能达到0.5T,但是磁体庞大、笨重,同时其磁场均匀度受环境温度影响大,磁场稳定性较差。其周围环境发生变化(例如地铁线路、变电设施、供电电缆、过往机动车辆等)就会导致磁场均匀度被破坏,使图像质量下降,甚至造成图像伪影。


 

永磁型MRI设备虽然有上述缺点,但是其优异的开放性能、低造价、低运行成本、整机故障率低、磁场发散少、对周围环境影响小、检查舒适等特点,使得永磁MRI设备不仅在中国,在全世界也得到认可和广泛应用。此外,日益兴起的磁共振介入诊断和治疗,以及磁共振导引的介入手术,正在为永磁开放型MRI设备开拓新的用武之地。目前,安科、万东、鑫高益、贝斯达等医疗设备厂家均有生产永磁型MRI。

 


常导型磁体是根据丹麦物理学家奥斯特于1820年发现的电流磁效应原理,由电流通过导线产生磁场,即用线圈导线中的恒定电流来产生MRI设备中的静磁场B0,其磁力线与受检人体长轴平行。此型磁体大致可分为三种:空心磁体、铁心磁体和电磁永磁混合型磁体。

 

常导型磁体相比于永磁型磁体,重量和体积大大减少,易于安装,且磁场可以关闭。此类磁体无需特殊的制冷剂,但为了保持磁场均匀和稳定,通常使用冷却水将电流通过导线由于阻抗所产生的热量带走。

 

常导型磁体优点是结构简单、重量较轻、制造安装容易,造价低廉,可随时建立或卸掉静磁场。但其磁场均匀性和稳定性较差,受室温影响大,开机后耗电量大(典型值80kW)并使磁体产生较多热量,必须使用大量的循环水冷却维持其运行,故运行费用较高,且其磁场强度亦较低(典型值0.23T),另外,线圈供电电源的波动将会直接影响磁场的稳定,因而高质量的大功率恒流电源是常导型MRI设备整机系统的关键部件,目前仅有河北的惠仁医疗等极少数厂家还在生产常导型MRI设备。

 


超导磁体是利用了超导材料在某一温度下电阻降低为零的现象制作而成的磁体,通常采用铌钛合金材料,通过液氦进行冷却(4.2K),当电流通过磁体线圈产生规定的磁场之后,断开电源即可形成稳定均匀的磁场。磁体通过致冷剂保持线圈在临界温度以下,无需附加电源供电。

 

超导型磁体与常导型磁体的主要差别在于其导线由超导材料制成并将其置于液氦之中。超导体线圈的工作温度在绝对温标4.2K的液氦中获得的超低温环境,达到绝对零度(–273°C),此时线圈处于超导状态,没有电阻。当超导线圈在8K温度下其电阻即等于零,液氦的沸点为77K。超导磁体配有一个励磁电源,励磁电流从励磁电源发出通过超导磁体线圈循环流动,当电流上升到使磁场建立起预定的场强时,超导磁体开关闭合,励磁电源断开,电流在闭合的超导线圈内几乎无衰减地循环流动,产生稳定、均匀、高场强的磁场。

 

超导型MRI是目前磁共振成像技术的主流,厂家也比较多,国际有“GPSC”,国内包括东软、安科、联影、万东、奥泰、贝斯达、康达、开普、朗润、TCL、鑫高益等企业均有生产和销售超导型磁共振。

 

永磁、常导和超导型谁更优?

 

无论哪一类型磁体,其共同点都是要产生尽可能强的、均匀的静磁场。而它们的区别主要体现在各自的场强大小、磁场方向、磁场均匀性、整机功率和生产造价等方面。

 

永磁的难点在于磁场强度有限制,目前能做到1.0T就是个极限了,磁场强度低会导致扫描效果比不上高场MRI;而且永磁体的磁场容易漂移,需要定期保养校正以保证扫描质量。还有一个就是磁体洞质量相当重。但永磁有一个好处就是开放性,病人不会感觉压抑,技师操作也方便。

 

超导的问题在于大孔径和短磁体。理论上来说磁体洞内的磁场是均匀的,但孔径越大,要达到匀场标准就越难。短磁体则是涉及到主线圈的绕线之类的问题。另外,高温超导材料、线圈,扫描序列也都是超导MRI的研究方向。

 

对于全身MRI设备,磁体的有效孔径以足够容纳受检者人体为宜。一般来说其有效孔径尺寸必须至少达到60cm。有效孔径过小容易使受检者产生压抑感,诱发受检者潜在的“幽闭恐惧症”。有效孔径大些可使受检者感到舒适、轻松,同时也能满足肥胖者的检查需要。然而,增加磁体的孔径在一定程度上比提高磁场强度更难,因为孔径的增大势必导致磁场均匀性的破坏和失衡,而校正这种失衡的技术难度很大,因此大孔径(一般指内径净空尺寸大于70cm)MRI设备是当前研发的热点之一。

 

目前国内大部分医院都会选择采购超导高场MRI,但在海外市场,像万东、鑫高益每年还在不断出口永磁MRI到国外,但基本上也是一些相对落后的地区。

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