梯度線圈

  上篇我們簡單聊了聊“大哥”磁體的兩個(gè)重要“器官”主磁體，勻場線圈。今天我們聊聊磁體的另外兩個(gè)重要組件：梯度線圈和射頻線圈。

Gradient coil

  聊梯度線圈之前，我們首先要對“梯度”進(jìn)行名詞解釋，它有什么功能呢？梯度的功能簡單來講就是空間定位實(shí)現(xiàn)這三個(gè)功能：（ps：它在勻場中也起到作用）

  1.層面選擇

  2.頻率編碼

  3.相位編碼

具體原理請參考原理篇文章

MR基礎(chǔ)-空間信息-層面選擇 （1）

MR基礎(chǔ)-空間信息-層面選擇 （2）

磁共振中的頻率編碼你懂嗎？（基礎(chǔ)篇）

磁共振中的相位編碼你懂嗎？（基礎(chǔ)篇）

（PS：也可以參考其他老師的文章內(nèi)容，學(xué)習(xí)成像原理有助于更好的理解硬件功能）

  所以梯度是一個(gè)完整的系統(tǒng)，分別由：X、Y、Z梯度放大器，梯度電源、梯度控制器和梯度線圈組成，不單單是只有梯度線圈，它就可以工作了。

  它們是前后級關(guān)系，梯度線圈更像是一個(gè)前線的執(zhí)行者，它僅僅是個(gè)線圈并不負(fù)責(zé)思考，后級的梯度控制器發(fā)號施令，通過梯度放大器輸出電流來控制梯度線圈，實(shí)現(xiàn)梯度場大小的變化。

  而且因?yàn)樘荻染€圈中的電流約在100A左右，線圈中的大電流會產(chǎn)生大量熱量，因此為了防止梯度線圈的損壞，相應(yīng)的就需要水冷設(shè)計(jì)進(jìn)行散熱。

外觀、位置

  下面我們來看看它的所處位置，外觀。

  支架螺絲固定的位置

  從外觀上僅僅是一個(gè)線圈繞組。（小任并沒有接觸過，也僅是資料上看到）

梯度線圈原理簡介

  為了實(shí)現(xiàn)定位空間信息我們需要X、Y、Z 三個(gè)方向的梯度場，相應(yīng)的也具備一一對應(yīng)的梯度線圈；（如下圖）

簡單說說三組線圈為啥能產(chǎn)生不同的磁場呢？

首先Z方向的梯度線圈，如何產(chǎn)生梯度磁場呢，Z-gradient coil是兩個(gè)像戒指一樣的環(huán)形線圈，相互對立，但是它們的電流方向是相反的。

  那么根據(jù)基本安培定律（右手定則）我們可以知道，四指彎曲的方向與電流方向一致，則大拇指方向就是磁場方向。

  那么我們?nèi)绾涡纬商荻却艌瞿兀窟@就是我們上文所說的兩個(gè)對立的、電流相反的線圈有關(guān)了。因?yàn)閮蓚€(gè)線圈的電流方向?qū)α?，故這兩個(gè)線圈的磁場也是相互對立，一正一負(fù)。然后在它們中間的這個(gè)區(qū)域就會形成一個(gè)線性的梯度場

（此圖出自“老王講技術(shù)”）

  接下來我們聊一聊X.Y磁場的線圈。這個(gè)就相對復(fù)雜一些，XY方向的梯度場實(shí)際上是垂直與Z磁場的。

  而如何產(chǎn)生這一磁場呢？科研人員利用了“畢奧-薩伐爾”定律，設(shè)計(jì)了X方向和Y方向的線圈，下面我們具體看看這個(gè)定律。（內(nèi)容相對復(fù)雜可以略過）

  畢奧-薩伐爾通過實(shí)現(xiàn)總結(jié)，提出了一個(gè)公式，有了電流元磁場公式，我們就可以求出任意電流的磁場分布，從而通過設(shè)計(jì)線圈形狀以及電流強(qiáng)度，得到我們想要的磁場分布。

   而任意磁場中通過任意封閉曲面的磁通量總等于零。也說明了在幾何形狀確定的情況下，只有線圈中的電流有關(guān)。（感興趣的朋友可以百度詞條，獲得詳細(xì)信息）

  所以設(shè)計(jì)者根據(jù)這一定理設(shè)計(jì)了上文中，X、Y方向的兩種線圈。四個(gè)呈馬鞍形排列的線圈，這四個(gè)線圈相互對稱就得到了我們需要的梯度場。

  而X、Y兩線圈可以歸結(jié)為同一線圈的兩種設(shè)計(jì)，將X線圈圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°即刻得到Y(jié)線圈。

（圖片出自“老王講技術(shù)”）

這三個(gè)線圈就組成了梯度系統(tǒng)中的“梯度線圈”

  MR在掃描時(shí)總是會產(chǎn)生大量噪聲，實(shí)際上是因?yàn)樘荻葓龅目焖俳蛔?，洛倫茲力拉扯線圈震動，產(chǎn)生的噪聲，并且不同掃描聲音也會有變化。

射頻線圈

RF body coil

  GE家在磁體內(nèi)的線圈叫RF Body coil，同飛家的QBC是一樣的。在垂直于主磁場方向上放置一個(gè)線圈。

  首先它不僅僅接收射頻信號，同時(shí)也發(fā)射射頻信號，其主要功能是將RF（射頻）能量傳遞到受檢者的原子核中，再從受檢者那里接收到信號，傳輸?shù)胶蠹壣漕l系統(tǒng)，進(jìn)行處理。關(guān)于為啥要用RF？具體原理請參考原理篇：

一看就會的磁共振原理（1）

一看就會的磁共振原理（2）

首先我們看看外觀：

位置 ：

body coil 安裝在磁體的內(nèi)側(cè)，盡可能靠近受檢者。

  實(shí)際上，Body coil 發(fā)射和接收是不能同時(shí)處理的，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的開關(guān)，通常為二極管，利用電壓來控制body coil 接收射頻信號，或者發(fā)射射頻信號。

為什么要設(shè)計(jì)成圓形桶狀呢？

設(shè)計(jì)成這樣，可以使受檢者接收到的射頻能量分布均勻，信噪比較高。

RF Shield

RF body coil 需要有特殊的屏蔽手段，其位置在射頻線圈的外圈。

總結(jié)

  基礎(chǔ)篇還是針對，外觀，簡單功能進(jìn)行講解，后續(xù)會對梯度系統(tǒng)、射頻發(fā)射、接收系統(tǒng)，進(jìn)行延伸，詳細(xì)介紹。過于深入不便于入門理解，先對整體框架有個(gè)基本認(rèn)識。關(guān)于射頻和梯度線圈，幾個(gè)廠家應(yīng)該都是采用相似的設(shè)計(jì)原理，所以也可以參閱其他平臺的文章。

  上周鴿了一周，復(fù)工工作多，做了一個(gè)星期保養(yǎng)，也是腰酸背痛，晚上同事在吃點(diǎn)，聊聊天，實(shí)在騰不出空更新文章，抱歉，隨著對核磁的不斷深入，文章內(nèi)容也會難懂一些，實(shí)際上，想要在工程師領(lǐng)域有長久的進(jìn)步，原理為基石，實(shí)踐為框，經(jīng)驗(yàn)為磚瓦。所以如果有機(jī)會，還是要多摸機(jī)器的好。

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