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谈谈磁共振射频信号的大小

磁共振成像,就是把人体放到均匀的强磁场中,施加一个射频信号进行激发,使人体内的氢质子产生核磁共振现象,核磁共振现象会释放出微弱电磁波,通过线圈接收这个信号,再经过计算机进行复杂的计算,得到人体断面图像的。

 前面我们讲了磁场的均匀性,今天我们一起来看看射频信号的发射和接收。

 首先,大家一定会问,对人体进行激发的射频信号,长什么样子呢?为什么要使用这样的波形才能激发特定形状的人体呢?这个信号的到底有多大呢?

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上图是GE磁共振维修手册上给出的波形。从图中我们可以看到,进入射频放大器的信号,呈现sinc函数形状,大小在1V左右,这个是测试用的标准波形。采用sinc函数形状的波形激发,是因为射频脉冲仅针对特定的层面进行激发,需要在频域上表现为矩形的信号。有图有真相,下图是我们在现场,用示波器实际记录下来的波形。

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   再看看1.5T射频放大器AN8103的技术资料:

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放大器的最大功率为18KW,增益为72.5dB。粗略估算一下,功率放大73dB,就是20000000倍,换算成电压放大倍数,也有4000倍左右。实际工作的时候,机器会根据病人的体重和射频信号接收情况,通过调整输入射频信号幅度的大小,调整输出功率。根据经验,扫描普通序列的时候,射频功率大概在最大值的三分之一左右,也就是6~7kW。这也是GE的HDe,和光纤355、360机器,可以使用10kW射频放大器AN8113的原因。射频线圈发射出来的信号是很大的,那人体释放出来的磁共振信号,又有多大呢?

我们从设备的发射接收系统框图去找答案。

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上图是我从资料手册上截取并重新绘制的射频发射接收示意图,重点在于突出信号的放大作用

体线圈接收到的信号,通过Hybrid,Pre-AMP,进入MUX板,UTNS板,再到Receiver板上进行模数转换。

模数转换时候的信号,一般会在5V以内。我们可以反推计算出线圈接收到的信号大概在什么范围。

Receiver板上面,有个数字衰减,我们假设不衰减;UTNS固定增益16dB,还有一个R1增益调节,正常扫描时候R1=9,这样又加上15dB可变增益,MUX板没有增益,Pre-AMP上面有36dB增益。加起来就是66dB左右。

信号从体线圈被检测到,经过大约66dB,(约为400万倍)的接收回路增益,会达到合适的模数转换电平。所以,线圈上接收的信号,是在uV微伏级别的。


 大体线圈,发射的时候要处理千伏级别的大信号,接收的时候,要处理微伏左右小信号,可见设计和制造的要求是很高的。

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