MRI設(shè)備：磁體系統(tǒng)構(gòu)造及其特性（磁體的分類）

       “MRI設(shè)備：磁體系統(tǒng)構(gòu)造及其特性（磁體的分類）”為了幫助大家了解，小編整理如下：

       1.永磁體 

       永磁型磁體的磁性材料主要有鋁鎳鈷、鐵氧體和稀土鈷三種類型。磁體一般由多塊永磁材料堆積或拼接而成，磁鐵塊的排布既要滿足構(gòu)成一定成像空間的要求，又要使磁場(chǎng)均勻性盡可能高。永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度一般不超過(guò)0.45T。

       永磁型磁體的缺點(diǎn)是場(chǎng)強(qiáng)較低，使成像的信噪比較低，由于用于拼接磁體的每塊材料的性能不可能完全一致，且受磁極平面加工精度及磁極本身的邊緣效應(yīng)（磁極軸線與邊緣磁場(chǎng)的不均勻性）的影響，磁場(chǎng)的均勻性較差；永磁型磁體的熱穩(wěn)定性差，通常永磁性材料隨溫度的變化值大約為1100ppm/℃，永磁體的磁場(chǎng)穩(wěn)定性是所有磁體中最差的，永磁體通過(guò)磁體的自恒溫系統(tǒng)來(lái)測(cè)量磁體溫度并及時(shí)對(duì)磁體加熱，確保磁場(chǎng)強(qiáng)度及均勻性，使磁體性能更加穩(wěn)定；此外，重達(dá)數(shù)十噸以上的磁體重量對(duì)安裝地面的承重也提出了較高的要求。 

       永磁型磁體的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并以開(kāi)放式為主（便于進(jìn)行MR介入治療）、設(shè)備造價(jià)低、運(yùn)行成本低、邊緣場(chǎng)小、對(duì)環(huán)境影響小且安裝費(fèi)用少等，對(duì)運(yùn)動(dòng)、金屬偽影相對(duì)不敏感，磁敏感效應(yīng)及化學(xué)位移偽影少。目前高場(chǎng)系統(tǒng)的軟件功能向低場(chǎng)機(jī)移植，使其性能不斷提高。

       2.常導(dǎo)磁體 

       常導(dǎo)型磁體是用線圈中的恒定電流產(chǎn)生MRI設(shè)備中的靜磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度與線圈中的電流強(qiáng)度、線圈導(dǎo)線形狀和磁介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。常導(dǎo)型磁體實(shí)際上是某種類型的空芯電磁鐵，其線圈通常用銅線繞成，由于銅有一定的電阻率，故又將這種磁體稱為阻抗型磁體。常導(dǎo)型磁體的功耗較大，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，必須配備磁體水冷裝置。另外，線圈供電電源的波動(dòng)將會(huì)直接影響磁場(chǎng)的穩(wěn)定性，因而高質(zhì)量的大功率恒流電源是常導(dǎo)型MRI設(shè)備整機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

       常導(dǎo)磁體的優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)0.4T左右，維修相對(duì)簡(jiǎn)便，適用于一些較偏遠(yuǎn)電力供應(yīng)充足的地區(qū)。其缺點(diǎn)是工作磁場(chǎng)偏低，磁場(chǎng)均勻性及穩(wěn)定性較差，且勵(lì)磁后要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間等待磁場(chǎng)穩(wěn)定，需要專用電源及冷卻系統(tǒng)，使其運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用增高，限制了常導(dǎo)磁體的推廣應(yīng)用，該類磁體目前在市場(chǎng)上逐漸消退，被永磁體替代。

       3.超導(dǎo)磁體 

       超導(dǎo)磁體線圈的設(shè)計(jì)原理與常導(dǎo)磁體基本相同，但超導(dǎo)磁體的線圈是采用超導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成，且工作在超導(dǎo)環(huán)境下，故稱為超導(dǎo)磁體，這種磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度高，磁場(chǎng)穩(wěn)定性及均勻性較高，MRI設(shè)備中0.5T以上的磁體都采用超導(dǎo)磁體。

       (1)超導(dǎo)磁體的構(gòu)成

       超導(dǎo)磁體主要由超導(dǎo)線圈，高真空超低溫杜瓦容器及其附屬部件構(gòu)成。

       超導(dǎo)線圈采用材料是鈮鈦合金，鈮占44～50%，其臨界溫度為9.2K，臨界場(chǎng)強(qiáng)為10T，臨界電流密度為3×103A/mm2，機(jī)械強(qiáng)度高，做成多芯復(fù)合超導(dǎo)線埋在銅基內(nèi)。超導(dǎo)線圈整個(gè)浸沒(méi)在液氦（4.2K）中，銅基一方面起支撐作用，另一方面一旦發(fā)生失超，電流從銅基上流過(guò)，使電能迅速釋放，保護(hù)超導(dǎo)線圈，并使磁場(chǎng)變化率減小到安全范圍以內(nèi)。為了固定超導(dǎo)線圍繞組的線匝，防止其滑動(dòng)，通常用低溫特性良好的環(huán)氧樹(shù)脂澆灌、固定、封裝繞制好的超導(dǎo)線圈繞組，環(huán)氧樹(shù)脂封裝超導(dǎo)線圈繞組的強(qiáng)度要確保其能夠抵抗并承受勵(lì)磁過(guò)程中線圈整體受到的徑向和軸向的擠壓力，而不發(fā)生位移。

       低溫杜瓦容器是超真空、超低溫環(huán)境下工作的環(huán)狀容器，內(nèi)部依次為液氦杜瓦、冷屏和真空容器等，其內(nèi)外分別用高效能絕熱材料包裹，為減少漏熱，容器內(nèi)部各部件間的連接和緊固均采用絕熱性能高的玻璃鋼和環(huán)氧樹(shù)脂材料。為了減少液氦的蒸發(fā)，配備了磁體的冷卻系統(tǒng)，它由冷頭、氣管、氦壓縮機(jī)及水冷機(jī)等構(gòu)成，冷頭正常工作時(shí)，液氨揮發(fā)率幾乎為零，如果冷卻系統(tǒng)工作異常，液氦揮發(fā)率會(huì)成倍增長(zhǎng)。低溫杜瓦容器上有液氦的加注口和排放孔，以及供線圈勵(lì)磁退磁、液面顯示和失超開(kāi)關(guān)用的引線。

       (2)超導(dǎo)環(huán)境的建立 

       超導(dǎo)磁體工作溫度為4.2K（－269℃），即一個(gè)大氣壓下液氦的溫度。磁體超導(dǎo)環(huán)境的建立需要經(jīng)歷下述三個(gè)步驟：①抽真空：超導(dǎo)型磁體真空絕熱層是超導(dǎo)磁體的重要保冷屏障，磁體安裝完畢后，用高精度、高效能的真空泵（通常用等離子真實(shí)泵）進(jìn)行抽真空，超導(dǎo)磁體內(nèi)的真空度要求達(dá)到10-7～10-6mbar，才能保證超導(dǎo)磁體的真空絕熱性能。②磁體預(yù)冷：用制冷劑將液氦容器內(nèi)的溫度降至工作溫度的過(guò)程，通常磁體預(yù)冷過(guò)程分為兩步，首先將溫度略高的液氮導(dǎo)入磁體內(nèi)部，使液氮能在磁體內(nèi)存留，此時(shí)磁體內(nèi)溫度達(dá)到了77K（－196℃），再用有一定壓力的高純度氦氣將磁體內(nèi)的液氮頂出；其次再將液氦輸入磁體內(nèi)，直到液氦能在磁體內(nèi)存留，此時(shí)磁體內(nèi)部溫度達(dá)到4.2K（－269℃）。③灌滿液氦：磁體預(yù)冷到4.2K后，還要在液氦容器中灌滿液氦，一般可灌到容量的95%～98%。

       (3)勵(lì)磁 

       勵(lì)磁又叫充磁，是指超導(dǎo)磁體系統(tǒng)在磁體勵(lì)磁電源的控制下逐漸給超導(dǎo)線圈施加電流，建立預(yù)定靜磁場(chǎng)的過(guò)程。勵(lì)磁成功后，超導(dǎo)磁體就將在不消耗能量的情況下，提供強(qiáng)大的、高度穩(wěn)定的均勻磁場(chǎng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)由電流引線、勵(lì)磁電流控制電路、勵(lì)磁電流檢測(cè)器、緊急失超開(kāi)關(guān)和超導(dǎo)開(kāi)關(guān)及高精度的勵(lì)磁專用電源等單元組成。勵(lì)磁電流的導(dǎo)入一般應(yīng)遵循從小到大，分段控制的規(guī)律，因而磁場(chǎng)也是逐步建立的。

       (4)失超 

       超導(dǎo)體因某種原因突然失去超導(dǎo)性而進(jìn)入正常態(tài)的過(guò)程稱為失超。失超是電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能的過(guò)程。引起失超的因素很多：如磁體結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)材料性能不穩(wěn)定、磁體超低溫環(huán)境被破壞以及人為因素等。失超將電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能，引起液氦氣化，噴射而出。為避免失超，通過(guò)傳感器、探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)控磁體的狀態(tài)，建立勵(lì)磁時(shí)的失超保護(hù)電路，超導(dǎo)建立并運(yùn)行后的失超保護(hù)措施，設(shè)置失超管、氧監(jiān)測(cè)器和應(yīng)急排風(fēng)機(jī)、緊急失超開(kāi)關(guān)。

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