核磁共振成像机设计课程:看里面

主磁线圈位于系统的最外层，也是最大的部分。射频天线和梯度线圈在内部，离病人更近。

如果你在电视上看《豪斯医生》或其他医疗节目，你可能会看到核磁共振成像仪在工作。它代表磁共振成像，它们是那些看起来像高科技的巨大甜甜圈，病人躺在洞里。这项技术为医生所用不过30多年，但它极大地提高了诊断水平。由于能够在不伤害患者的情况下对身体内部的情况进行成像，因此对探查手术和其他侵入性过程的需求已经减少。

核磁共振成像仪的主要部件是一个巨大的电磁线圈，填满了大部分的外壳。快速捕获详细图像的能力取决于拥有非常强大的磁场，通常在1到3特斯拉的范围内。(1特斯拉= 1万高斯)一些专门为病人头部内的超详细图像设计的机器可以高达7特斯拉。产生这种磁场需要用液氦冷却的超导线圈。

此外，为了获得准确的图像，必须对场进行高精度对准。这种磁场在活动时非常危险，因为任何带有磁性的金属物体都可能成为抛射物。当病人被置于磁场中时，水分子中氢原子中的质子会与磁场对齐，并以磁场强度决定的频率自旋。西门子医疗解决方案磁共振营销经理John Metellus解释了这一概念:

“当你放置一个含有氢质子在1特斯拉的磁场中，质子开始以42兆赫兹的速度旋转。一旦所有的质子都平行于磁场，我们就会破坏这种排列，这样我们就能确定它们是由什么组成的。破坏过程是通过打开与质子频率相匹配的射频能量脉冲来完成的，这使得质子下降到反平行的动态状态。慢慢地它们回到了42兆赫的稳定状态，但是根据它们的组成，它们会在不同的时间到达那里，我们测量这些松弛时间跨度。根据所使用的具体测量算法(即成像序列)，图像的对比度将由依赖于组织的质子的松弛时间来表征。最快的那些有最多的信号，而最弱的那些信号最少。我们匹配特定的频率，这样我们就知道质子嵌入了什么样的组织。如果有很多水，它会放松得更快。如果是肿瘤，它会放松得更慢。骨头则需要更长的时间。 The time it takes for the signal to come back to its 42 MHz frequency gives us the intensity of the signal and its grayscale color on the image, and that’s how we map our picture. The higher the magnetic field, the more image resolution. Increasing the field strength is like increasing the magnification of a lens.

“在磁铁内部，我们有射频天线(解剖形状的表面线圈)，它接收从组织样本发出的磁共振信号，然后我们有一个梯度线圈，它帮助我们找到信号来自的空间位置。梯度线圈由三组线圈组成，分别面向X、Y和Z轴。用三个轴，你可以构造一个体积。我们有射频信号，同时，我们把这个梯度叠加在它上面。这给了我们三个方向。如果我们想做一个水平的“切割”，我们让水平方向的梯度是一个统一的值。如果我们想看这个体积的厚度，我们改变其他平面，Y和Z，慢慢地移动它们，以360度的梯度强度变化。我们控制这个量，所以我们知道飞机是如何旋转的。唯一在动的是线圈内的电流。

如果什么都没动，为什么会有噪音?
梅特勒斯说，核磁共振成像仪会发出很大的噪音，因为当电流通过位于电磁场内的梯度线圈时，电流会相互对立，从而产生不同强度的声音。根据扫描算法的不同，它有不同的节奏。虽然声音表明有东西在外壳内旋转，但没有运动部件。事实上，保持一切静止，尤其是病人，可以创造出最高质量的图像。

自那以后，这项技术取得了长足的进步早期的机器。在磁场较弱的情况下，图像可能需要数小时才能形成。在质子改变状态的过程中，通过多次破坏磁场和收集数据来形成图像。利用梯度线圈的扫描作用有助于建立病人体内组织体积的图像。这些周期通常需要几毫秒，因此一张简单的图像可能只需要一两分钟，或更长时间，这取决于所需的体积和细节。

Metellus补充说:“我们将通过天线捕获的信号发送到接收器，在那里我们对原始数据进行快速傅立叶变换。它给出了在磁体中找到信息的空间位置。我们把所有的点放在一起，就形成了一幅图像。”

当应用于人力和计算机技能，这些数据将成为解开数百万患者医疗秘密的关键。

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作者信息

Peter Welander是过程工业编辑。打电话给他。PWelander@cfemedia.com．

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