医学影像设备学第五章磁共振成像设备 第四节扫射频系统 上海理工大学 姚旭峰 目录一、射频线圈的种类二、发射线圈与发射通道三、接收线圈与接收通道 第四节射频系统MRI设备的RF系统包括发射RF磁场部分和接收RF信号部分两部分发射RF磁场部分由发射线圈和发射通道组成发射通道由发射控制器、混频器、衰减器、功率放大器、发射／接收转换开关等组成接收RF信号部分由接收线圈和接收通道组成接收通道由低噪声放大器、衰减器、滤波器、相位检测器、低通滤波器、A／D转换器等构成 第四节射频系统一、射频线圈的种类一、射频线圈的种类用于建立RF场的RF线圈叫发射线圈，用于检测MR信号的RF线圈叫接收线圈MR成像用的发射／接收线圈相当于广播、电视用的发射／接收天线MR信号的接收和RF激励不采用电耦合的线状天线，而必须采用磁耦合的环状天线，也就是RF线圈 第四节射频系统1. 按功能分类 按功能射频线圈可分为发射线圈/接收两用线圈和接收线圈两用线圈将发射线圈和接收线圈制作合成一体2. 按主磁场方向分类 射频场的方向应该与主磁场相垂直。
体现在设计上就需要不同的绕组结构螺线管线圈和鞍形线圈是体线圈的主要形式 第四节射频系统3. 按适用范围分类 根据作用范围的大小可将其分为全容积线圈、部分容积线圈、表面线圈、体腔内线圈和相控阵线圈5类4．按极化方式分类 常用的线圈按其极化方式的不同可分为线性极化和圆形极化两种方式线极化的线圈只有一对绕组，相应射频磁场也只有一个方向而圆形极化的线圈一般被称为正交线圈 5. 按使用部位分类 射频线圈按照MR检查的部位来分，主要可分为头部、颈部、头颈部、包绕线圈（用于胸腹盆腔检查）、乳腺、肩关节、膝关节、四肢小关节、体线圈、全脊柱线圈、腔内线圈（直肠）等第四节射频系统 二、发射线圈与发射通道二、发射线圈与发射通道 （一） 发射线圈 线圈L与电容C2并联，电路将谐振于RF频率： 此时线圈中的电流将是总电流的Q倍，Q为回路的品质因数： 第四节射频系统 式中R为发射线圈的电阻，这个电阻一般很小Q值为几十~几百发射线圈电路第四节射频系统 发射线圈的基本要求是：①适当的Q值②均匀的RF场③线圈装置不能太大，避免自激振荡第四节射频系统 第四节射频系统最简单的发射线圈由单个圆形线圈组成。
其分布： 式中y为场强所在点到线圈平面的距离场强B1沿轴方向随与线圈平面的距离y的增加而降低 第四节射频系统线圈应尽可能产生均匀的RF磁场，与躯干同轴安放的螺线管线圈仅限于轭形永磁体直径与人体大小一致的螺线管线圈的MR频率相对偏低<10MHz对于高频轴向磁场超导磁体，有必要找到一种能产生均匀磁场的柱形结构线圈 第四节射频系统鞍形线圈的导线，其工作频率一般不太高（大约25MHz），且直径不大（最大30cm） 第四节射频系统当频率高于25MHz时，鸟笼式线圈是一种RF场高度均匀的发射线圈，它的形状像鸟笼 第四节射频系统高频的鸟笼式线圈，其电容平均分布于两端的圆环，直导体只有电感，如图所示 第四节射频系统（二）发射通道发射通道具有形成RF脉冲形状、对脉冲进行衰减控制、脉冲功率放大和监视等几个功能1. 频率合成器 发射部分需要一路中频信号和一路同中频进行混频的信号；接收部分需要用到两路具有90度相位差的中频信号和用以混频的一路RF信号；同时整个RF部分的控制还要一个共用的时钟信号 第四节射频系统（二）发射通道频率合成器 第四节射频系统（二）发射通道 2．发射混频器 通过两种信号混频，产生RF信号，同时通过门控电路形成RF脉冲波形。
采用不同的非线性器件，以及选取不同的工作状态，可以得到多种混频器，其中以环形混频器性能最佳 第四节射频系统（二）发射通道3．发射调制器 MRI 采用脉冲形式的RF磁场，故对RF信号的输出必须采用开关控制为了激发一定频带的原子核或者一个小空间区域的原子核，还需对RF信号进行幅度调制双平衡混合器 第四节射频系统（二）发射通道4．功率放大级 发射调制器输出的RF脉冲信号必须经功率放大，获得足够大的功率以后，才能馈送到发射线圈以产生RF磁场由于RF脉冲的频率高达数十兆Hz，因此采用高频功率放大器RF脉冲频宽较窄，可采用调谐回路放大器 第四节射频系统（二）发射通道5．发射控制器 在RF发射和接收部分里需要用到中频信号，并且接收中使用的中频信号相位又有特别要求 第四节射频系统三、接收线圈与接收通道三、接收线圈与接收通道（一） 接收线圈接收线圈用于接收人体被检部位所产生的MR信号，直接决定着成像质量它与发射线圈的结构非常相似，有些线圈甚至具有发射和接收双重功能但其性能比发射线圈的高如Q值高，电阻小 第四节射频系统三、接收线圈与接收通道三、接收线圈与接收通道如同一个线圈分别用于发射和接收，可用一个“Q开关”，使该线圈在发射脉冲期间为低Q值，而在接收信号时变为高Q值。
接收器保护电路 第四节射频系统三、接收线圈与接收通道三、接收线圈与接收通道为提高接收线圈的SNR，其形状跟被检部位的外形相吻合，正好将其覆盖在被检部位的表面，此类线圈称为表面线圈，如脊柱表面线圈、膝关节表面线圈等脊柱表明线圈 第四节射频系统三、接收线圈与接收通道三、接收线圈与接收通道四单元线性脊柱相控阵线圈，它由四个矩形线圈并排、相邻线圈部分地重叠组成 第四节射频系统三、接收线圈与接收通道三、接收线圈与接收通道 表面线圈只是在一定的视野（field of view，FOV）和体表下一定深度范围内有较高的SNR，如表面线圈排列组合成一个相控阵线圈，则可以在足够大的视野和深度范围内达到高SNR 第四节射频系统目前使用的第四代相控阵线圈，称为一体化全景相控阵线圈它是组合式阵列线圈，可进行线圈与线圈间的任意组合可将多组线圈一起固定于病人身上，利用软件操作，实现线圈的不同组合和拆分，完成不同部位的检查 第四节射频系统（二）（二） 接收通道接收通道接收线圈的MR信号所产生的感生电流微弱，必须经过接收通道放大、混频、滤波、检波、A／D转换等处理后才能送到计算机 第四节射频系统（二）（二） 接收通道接收通道1．前置放大器 它是接收通道中最重要的环节，其质量的好坏将严重影响图像质量。
一般选用低噪声的场效应管；至少须有一对对接二极管，最好用有源门电路对放大器链的其余部分的要求较低，总增益约为104可调 第四节射频系统（二）（二） 接收通道接收通道 2．混频器与滤波器 信号经过低噪声前置放大后进行变频，将信号频谱搬移到中频上产生许多不需要的频率组合，应设法尽量减少其影响，措施有：①选择适当的混频器电路②设计滤波电路，滤除组合频率 第四节射频系统（二）（二） 接收通道接收通道3．相敏检波器 检波器的作用是将来自中频滤波电路的中频信号中检测出低频MRI信号 优点：制作容易、不需要参考信号、能减小高频漏泄影响等；缺点：①通带很宽，SNR小；②检波特性曲线不是线性；，③对高频信号的相位不敏感 MR信号频谱 第四节射频系统（二）（二） 接收通道接收通道 4．低频放大与低通滤波 由于检波器的要求，进入检波器的中频信号及检波输出的低频信号必须由低频放大器将检波后的MRI信号进行放大为保证不失真地进行放大，对低频放大器的要求：①要有良好的线性；②要有较宽的频率响应特性 第四节射频系统5．ADC MR信号是随时间连续变化的模拟信号。
这种信号必须转换为数字信号才便于进一步的处理，例如累加、存储、变换和运算等A／D转换器是用来将所接收的模拟MRI信号变换成数字信号，供图像重建系统重建图像 第四节射频系统如果采样频率f小于被采样信号的频率的两倍，该信号采样后变成低频信号图（1）采样频率为信号频率的四倍；图（2）采样频率等于信号频率的两倍；图（3）采样频率小于信号频率的两倍 采样信号 第四节射频系统MRI信号的频谱取决于梯度磁场和层面的大小若MRI设备使用的梯度磁场在1～10 mT／m之间，相应的信号频率应为12～120kHz因此，采样频率应在24～240kHz以上 FID 。