作者：李真林,倪红艳
出版社：人民卫生出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
中华医学影像技术学·MR成像技术卷试读：
版权页
图书在版编目（CIP）数据
中华医学影像技术学．MR成像技术卷/李真林，倪红艳主编．—北京：人民卫生出版社，2017
ISBN 978-7-117-25067-2
Ⅰ．①中… Ⅱ．①李… ②倪… Ⅲ．①磁共振成像 Ⅳ．①R445
中国版本图书馆CIP数据核字（2017）第217421号人卫智网 www.ipmph.com 医学教育、学术、考试、健康，购书智慧智能综合服务平台人卫官网 www.pmph.com 人卫官方资讯发布平台
版权所有，侵权必究！中华医学影像技术学MR成像技术卷
主 编：李真林 倪红艳
出版发行：人民卫生出版社有限公司 人民卫生电子音像出版社有限公司
地 址：北京市朝阳区潘家园南里19号
邮 编：100021
E - mail：ipmph@pmph.com
制作单位：人民卫生电子音像出版社有限公司
排 版：人民卫生电子音像出版社有限公司
制作时间：2018年9月
版 本 号：V1.0
格 式：mobi
标准书号：ISBN 978-7-117-25067-2
策划编辑：郑帅
责任编辑：郑帅打击盗版举报电话：010-59787491 E-mail：WQ @ pmph.com注：本电子书不包含增值服务内容，如需阅览，可购买正版纸质图书。
编者（以姓氏笔画为序）
丁莹莹 昆明医科大学第三附属医院
于 群 华中科技大学同济医学院附属协和医院
王世威 浙江中医药大学附属第一医院
王秋霞 华中科技大学同济医学院附属同济医院
毛德旺 浙江省人民医院
邓 刚 北京煤炭总医院
古芝燕 四川大学华西医院
冯德朝 山东大学齐鲁医院
吕忠文 吉林大学中日联谊医院
孙文阁 中国医科大学附属第一医院
李文美 广西医科大学第一附属医院
李真林 四川大学华西医院
李晓会 西安交通大学第二附属医院
汪启东 浙江大学医学院附属第一医院
宋清伟 大连医科大学附属第一医院
张 荃 甘肃省第二人民医院
张爱莲 北京解放军总医院
张新廷 山东大学附属济南市中心医院
欧阳雪晖 内蒙古自治区人民医院
周高峰 中南大学湘雅医院
赵应满 海南省人民医院
钟镜联 中山大学孙逸仙纪念医院
倪红艳 天津市第一中心医院
徐绍忠 江西中医药大学附属医院
唐鹤菡 四川大学华西医院
窦社伟 河南省人民医院
丛书目录
1.中华医学影像技术学·影像设备结构与原理卷
主 编 石明国
副主编 冯 骥 赵海涛 王红光 陈 勇
2.中华医学影像技术学·数字X线成像技术卷
主 编 余建明
副主编 刘广月 罗来树 李 萌 朱 凯
3.中华医学影像技术学·CT成像技术卷
主 编 高剑波
副主编 郑君惠 赵雁鸣 陈 晶 雷子乔
4.中华医学影像技术学·MR成像技术卷
主 编 李真林 倪红艳
副主编 李文美 丁莹莹 宋清伟 王世威
5.中华医学影像技术学·影像信息技术卷
主 编 付海鸿
副主编 胡军武 李小宝 孙晓伟 马新武
中华医学影像技术学丛书编写委员会
主 任 委 员 余建明 石明国 付海鸿
副主任委员 高剑波 李真林 倪红艳
委 员（以姓氏笔画为序）
丁莹莹 马新武 王世威 王红光 冯 骥 朱 凯
刘广月 孙晓伟 李 萌 李小宝 李文美 宋清伟
陈 勇 陈 晶 罗来树 郑君惠 赵海涛 赵雁鸣
胡军武 雷子乔
主任委员简介
余建明
三级教授，主任技师，硕士生导师。现任中华医学会影像技术分会主任委员，伦琴学者，全国医学影像技术学科建设终身成就奖和首席专家，全国医学影像技术临床技能培训基地主任暨特聘教授。全国高等学校医学影像技术专业国家十三五规划教材评审委员会主任委员，全国高职高专医学影像技术专业教育教材建设评审委员会副主任委员，全国行业教育教学指导委员会委员，华中科技大学《医学影像技术学》精品课程负责人。中国医学装备协会普通放射装备专业委员会副主任委员。全国卫生人才评价培训研究和管理专家，全国大型医疗设备上岗考试命审题专家。湖北省医学会放射技术学会主任委员，湖北省放射医学质控中心副主任兼办公室主任，湖北省职业卫生技术评审专家，湖北省辐射类建设项目环境影响评价审查专家。《中华放射学杂志》等6本杂志编委。主持省部级课题8项，获得省科学进步二等奖，正副主编教材15本，正副主编专著10部，以第一作者或通讯作者在权威和核心期刊发表专著80余篇。
石明国
第四军医大学西京医院医学影像学教研室主任、教授；山东泰山医学院兼职教授、硕士生导师。荣立三等功2次、荣获国防服役金质奖章；全国、全军医学影像技术学科建设终身成就奖、“伦琴学者”。中华医学会影像技术学会第六届委员会主任委员、中国医学装备协会常务理事、中国医学装备协会CT工程技术专业委员会主任委员、全军医学影像技术专业委员会主任委员、陕西省医学会医学影像技术学会名誉主任委员。中华医学科技奖评审委员会委员，第一届全国高等学校医学影像技术专业教材评审委员会副主任委员。承担国家九五攻关课题一项、获陕西省科学技术二等奖2项、全军科技进步三等奖5项、承担国家自然科学基金项目2项、获国家发明专利3项。主编专著及教材16部，副主编4部，参编多部，在各类专业杂志发表论文160余篇。
付海鸿
男，1969年生于云南省昆明市，高级工程师。泰山医学院兼职教授，硕导。现任中华医学会影像技术分会候任主任委员，北京医学会放射技术分会主任委员，北京医师协会医疗信息化专业委员会副主任委员。中华医学会医学工程学分会委员，北京医学会医学工程学分会委员，北京医学会理事。中国医学装备协会磁共振应用专业委员会副主任委员。国家卫生计生委人才交流服务中心全国卫生人才评价专家，全国卫生专业技术资格考试专家委员会委员，全国医用设备使用人员业务能力考评命审题专家。主编、副主编影像技术专业教材和专著9部。负责中国卫生经济学会课题1项，并获得中国卫生经济学会优秀课题奖。参加卫计委重大项目1项、国家自然科学基金2项、北京市自然科学基金1项。担任《中华放射学杂志》审定稿专家、《中国医疗设备》杂志编委。
副主任委员简介
高剑波
医学博士，教授，博士生导师。郑州大学第一附属医院副院长，兼任放射科主任，影像学科学术带头人、医学影像专业负责人。担任中华医学会影像技术分会副主任委员、中华医学会放射学分会腹部专业委员会副主任委员、中国医学装备协会普通放射装备协会专业委员会主任委员、河南省医学会医学影像技术专科分会主任委员等学术职务。曾在美国霍普金斯大学短期访问学习。《中华放射学杂志》等国内外10余种学术期刊的常务编委、编委或审稿人。发表学术论文300余篇，其中SCI收录40余篇。主编及参编医学影像学专著和高校教材10余部。承担和完成国家自然科学基金等科研项目20余项。获省部级科技进步二、三等奖9项。获得河南省优秀专家、河南省优秀青年科技专家、河南省优秀中青年骨干教师、河南省卫生系统先进工作者、河南省师德标兵、河南省自主创新十大杰出青年、河南省“五一”劳动奖章等荣誉。
李真林
主任技师，硕士，硕士生导师。四川大学华西医院放射科副主任。中华医学会影像技术分会副主任委员，四川省医学会影像技术专业委员会主任委员；四川省医师协会放射影像技师分会会长；国际放射技师协会会员；四川省放射医学质控中心副主任，四川省有突出贡献的优秀专家，四川省卫计委学术技术带头人。获四川省科技进步一等奖，四川省卫生计生系统先进个人。担任国家卫生和计划生育委员会“十三五”规划教材（供医学影像技术专业用）《医学影像成像理论》主编，国家卫生和计划生育委员会“十三五”研究生规划教材《医学影像设备学》主编。主编教材3部、专著2部，副主编3部，参编6部。任The British Journal of Radiology审稿人，《实用放射学杂志》《临床放射学杂志》《中华放射医学与防护杂志》等编委。近5年，以第一作者、共同第一作者、通讯作者发表SCI论文6篇；中文核心期刊和Medline第一作者5篇，通讯作者20余篇。获国家自然科学基金1项，省级科研课题5项，四川大学教改课题1项。
倪红艳
博士，研究员，硕士生导师，天津市第一中心医院放射科磁共振部门负责人。2003年7月至2006年1月美国Rochester大学医学中心放射科访问学者。现任中华医学会影像技术学分会副主任委员，天津医学会影像技术学分会副主任委员，中国医学装备协会普通放射装备专业委员会常务委员，天津市放射诊断质控中心委员，天津医学高等专科学校影像技术专业学科带头人，中华医学会医学科学研究管理分会临床研究管理学组委员，天津医学会临床科研管理分会常务委员，天津市生物医学工程学会理事，天津市物理学会常务理事，《中华放射学杂志》通讯编委，《国际医学放射学杂志》编委，《天津医药》编委，《临床放射学杂志》和《磁共振成像》审稿专家。序
为了顺应医学影像技术学科的快速发展，在影像设备及其新技术周期不断变短的今天，经中华医学会影像技术分会主任委员会研究决定，组织全国影像技术知名专家编写中华医学影像技术学丛书，丛书的编写是推动医学影像技术学科建设向前健康发展的一个重大举措。对此，中华影像技术分会组织相应专家积极申报，人民卫生出版社通过评审立项，将丛书作为重点建设项目。
该丛书包括《中华医学影像技术学·影像设备结构与原理卷》《中华医学影像技术学·数字X线成像技术卷》《中华医学影像技术学·CT成像技术卷》《中华医学影像技术学·MR成像技术卷》《中华医学影像技术学·影像信息技术卷》5个分册，内容涵盖了医学技术一级学科下影像技术二级学科中各个亚学科的内容。
中华医学影像技术学丛书是影像技术学科的一个整体，分门别类的叙述了各种影像设备及其附属设备的构造、性能特点、成像技术参数及其临床意义和成像原理，以及各种影像设备的安装要求；各种影像设备检查技术的临床适用范围、检查技术要点、图像质量控制措施等；医学影像信息技术是一个新的影像技术分支学科，与影像技术密不可分。
中华医学影像技术学丛书是医学影像技术学科及其亚学科内涵的大全，具有医学影像技术学科内涵的完整性、系统性、理论性、科学性和实用性。丛书的每个分册又自成一体，分别叙述了医学影像技术各个亚学科的发展历程，各种影像设备的检查技术，以及各个影像技术亚学科的发展趋势。
中华医学影像技术学丛书是影像技术人员的工具书，也是医学影像专业学生的辅导书，同时也是临床医师的参考书。本丛书在临床应用中不断地锤炼和完善，将对医学影像技术学科的发展具有极大的促进作用，必将造福影像技术学科和广大影像技术工作者。中华医学会影像技术分会主任委员 余建明2017年3月前 言《中华医学影像技术学·MR成像技术卷》是中华医学影像技术学丛书之一。按照丛书编写要求，本书以全面、系统介绍磁共振成像理论与检查技术为指导思想，以构建磁共振成像理论与临床技能相融合的完整体系为目标，力求代表学会水平，引领学科发展。
全书共八章，以磁共振成像理论和检查技术的发展为线索，详细介绍了磁共振的发展史、成像理论、临床应用以及新技术与新应用。为了避免理论知识的枯燥，本书对磁共振成像理论采用循序渐进，深入浅出的方法进行介绍；为了实用和具有指导性，成像技术部分按照规范普通检查、灵活应对特殊检查的原则进行介绍。通过回顾历史、分析现状、展望未来，期望建立完整的磁共振应用规范和设备管理体系。
本书知识全面，理论与实践相融合。编者全部来自中华医学会影像技术分会，以医学院校附属三甲医院一线专家为主。他们不仅具备丰富的MRI临床实践经验，而且具有多年影像技术本科教学的经验。该书经过主编充分讨论后确定编写思路，各编委字斟句酌成稿，全体编委交叉互审和集中审阅成文。本书适用于医学影像学、医学影像技术学以及生物工程等专业学生使用。推荐作为医学影像学规范化培训学生的参考书，是从事医学影像技术工作的必备书。
鉴于编者水平有限，书中不足之处或缺点错误在所难免，恳请广大读者批评指正，以便改正。李真林2017年6月第一章 总 论第一节 磁共振成像简史
磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用原子核在磁场中发生共振所产生的信号，经过计算机处理而获得重建图像的一种成像技术。磁共振成像是在发现磁共振现象基础上，借助电子计算机技术和图像重建技术的进展和成果而发展起来的一种新型医学影像技术。
早在二十世纪初，分子束及质子磁矩等一系列物理基础理论的研究为磁共振研究奠定了主要基础。直到1946年，美国哈佛大学的爱德华•珀赛尔（Edward Purcell）和斯坦福大学的费力克斯•布洛赫（Felix Block）领导的两个研究小组精确测定了物质的核磁属性，并于1952年被授予诺贝尔物理奖。自此以后，磁共振开始真正进入实用技术研究领域。
1962年，世界上第一台超导磁体的磁共振波谱测定仪在瓦里安公司诞生。
1971年，美国科学家雷蒙德·达马迪安（Raymond Damadian）在实验鼠体内发现了肿瘤和正常组织之间磁共振信号T值存在明显的1差别，从而揭示了磁共振技术在医学领域应用的可能性。
1973年，保罗·劳特布尔（Paul C Lauterbur）和彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）分别发表文章，来阐述磁共振成像的原理。他们都认为用线性梯度场来获取磁共振的空间分辨率是一种有效的解决方案，这为磁共振成像奠定了坚实的理论基础。就在同一年，世界上第一幅二维MRI模型（两个并排在一起的充水试管）磁共振图像产生。1974年，劳特布尔获得活鼠的磁共振图像。1976年，曼斯菲尔德获得世界上第一幅人体断层图像。
1982年，美国正式把磁共振成像技术用于临床医学，并逐渐成为无损的先进快速的医学诊断手段。
2003年，诺贝尔生理学/医学奖授予美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德，以奖励他们发明了磁共振（magnetic resonance，MR）成像技术并应用于人体结构的立体图像显示。
至今MRI设备被商品化并进入临床还不足40年。磁共振成像走过了从理论到实践、从形态到功能、从宏观到微观的发展历史。今天，MRI已经确立了其在影像诊断中的重要地位，并取代了许多传统影像诊断技术。它在中枢神经系统中的应用已成为部分疾病诊断的金标准；在骨关节、软组织病变诊断中的作用举足轻重。特别是近几年来，超高场磁共振在脑功能成像、频谱成像、白质纤维束成像、心脏检查、冠心病诊断、腹部盆腔等脏器的检查技术中得到了飞速发展。一、磁共振成像基础
磁共振成像是利用处在静磁场中被磁化后的人体原子核，在外加射频磁场作用下发生共振现象而产生影像的一种成像技术。它既能显示形态学组织结构信息，又能显示人体代谢的生化信息，被广泛用于人体各系统的疾病诊断。磁共振成像基础与以下重要的基本知识点密切相关。（一）自旋与核磁
原子是由原子核及其周围轨道中的电子构成，而原子核中又有两种粒子，即中子和质子。其中电子负电荷，中子无电荷，质子正电荷。不同的元素质子数不同，但同种元素可以有不同的原子核，这些原子核中的质子数相同，只是中子数有所差异。
原子核按照一定频率绕着自身的轴高速旋转，称为自旋。原子核的质子带正电荷，其自旋产生电流回路，并形成具有大小和方向的磁化矢量，产生磁场，该磁场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为核磁共振成像。
当然不是所有的原子核都可以产生核磁。只有当质子为奇数，中子为奇数；或者质子为奇数，中子为偶数；或者质子为偶数，中子为奇数。这三种结构组合才能够形成自旋，产生核磁。
人体所含磁性原子核种类繁多。理论上人体中所有的磁性原子核13233139都可用于磁共振成像，C、Na、P、K等磁性原子核已逐渐用1于磁共振波谱研究中。但目前常用于人体MRI成像的是氢质子（H），氢质子只有一个质子没有中子，常直接称为氢质子或者质子。氢质子是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核数的2/3以上，可以产生较强的磁共振信号；氢质子的磁化率很高，也可以产生较强的磁共振信号；而且氢质子存在于人体的各个组织中，便于采集各个组织的信号。在没有特殊说明的情况下，一般所指的磁共振图像即为氢质子的磁共振图像。（二）进入主磁场前后人体的不同核磁状态
人体在自然状态下没有明显的磁性。每个质子的小磁场都是随机杂乱无章的排列，此时宏观磁化矢量为零。而磁共振机器只能探测到宏观的磁化矢量改变，那就只有将人体置于大磁场中，使质子自旋产生的小磁场与主磁场平行排列，导致平行同向的质子多于反向的质子，产生一个与主磁场方向一致的宏观磁化矢量。
进入主磁场人体中的低能级和高能级氢质子，它的磁化矢量并不完全与主磁场方向平行，而是与主磁场成一定的角度。在主磁场的作用下，原子核磁矩绕自身轴旋转的同时又以主磁场的轴旋转摆动。这种旋转运动方式称为拉莫尔进动，进动的速度用进动频率来衡量。平行主磁场的分量以拉莫尔频率自旋运动，垂直于主磁场的分量以拉莫尔频率进动。处于低能状态的质子略多于高能状态的质子，因而产生纵向宏观磁化矢量。尽管每个质子的进动产生了纵向和横向磁化矢量，但是由于相位不同，只有宏观纵向磁化矢量产生，并无宏观横向磁化矢量产生。磁共振不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量。
体内进动的氢质子要发生共振，首先需要外力的频率与共振系统的固有频率相同；外力对系统做功，系统内能增加；外力停止后，系统释放能量。通过射频线圈给处于主磁场中的人体施加一个频率与质子进动频率相同的射频脉冲，使低能级的质子获得能量后跃迁到高能级状态，产生磁共振现象。磁共振现象使宏观的纵向磁化矢量发生偏转，能量越大，纵向磁化矢量偏转角度越大。（三）横向弛豫和纵向弛豫
当射频脉冲停止发射后，被激发到高能级的氢质子将会把吸收的能量释放出来，使它的相位和能级都恢复到激发前的状态，这个恢复的过程称为弛豫过程。
弛豫过程包含横向弛豫和纵向弛豫。横向弛豫指横向磁化矢量逐渐减小甚至消失的过程。纵向弛豫指纵向磁化矢量恢复的过程。这两个过程都对外释放能量。释放能量所需要的时间称为弛豫时间。人体不同器官的正常组织与病理组织的T、T时间有一定差别，这种组织12间的弛豫时间差别，是磁共振图像的基础。
纵向弛豫中，定义T是纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的163%所经历的时间。T主要反映不同组织的纵向弛豫快慢的差别。横1向弛豫中，定义T是射频脉冲停止后，质子的横向磁化矢量衰减至其2最大值的37%时所经历的时间。T主要反映不同组织的横向弛豫快慢2的差别。
T弛豫需要把质子群内部的能量传递到质子外的其他分子，因此1需要的时间较长；而T弛豫的能量传递发生于质子群内部，即质子与2质子之间，需要的时间较短。所以组织的T值都比其T值长。12（四）加权成像
磁共振中的加权成像主要用来反映不同组织间的T、T差别。加12权是突出组织某方面特性的意思，使磁共振图像主要反映组织的某方面的特性，而尽量抑制显示组织的其他特性对磁共振信号强度的影*响。加权成像中主要包含T加权成像、T加权成像、T加权成像等122基本加权成像技术。
1.T加权成像1
T加权成像是指图像中组织信号强度的高低主要反映组织的纵向1弛豫差别。
当人体进入主磁场，第一个90°射频脉冲使人体内各组织产生宏观的横向磁化矢量，此时产生的各磁化矢量大小不同。射频脉冲关闭后，各种组织将发生纵向弛豫。第二个90°射频脉冲激发后，不同组织的宏观纵向磁化矢量将发生偏转，产生横向磁化矢量。这时马上检测MR信号，T值小的组织信号高于T值大的组织。这种组织间的差11别均取决于不同组织的纵向弛豫不同，故称为T加权成像。1*
2.T加权成像和T加权成像22
T加权成像是指图像中组织信号强度的高低反映的是组织的横向2弛豫差别。
磁共振系统检测到的信号是整个组织自旋磁矩的矢量和，在90°脉冲后立即采集信号，将观察到迅速衰减的振荡信号。这个信号是在没有任何外界干扰的情况下感应出的自由衰减信号，称为自由感应衰**减信号（FID）。FID信号按照T的指数曲线衰减，T值远小于组织22的T值。只有使用聚焦脉冲采集的自旋回波才能获得真正的组织T弛22豫信息。
3.其他加权成像技术
T加权成像、T加权成像都是磁共振成像中最基本的加权成像技12术，主要体现组织的常规特性。在后续章节中还会详细提到其他用于反映组织的一些特殊性质的加权技术，如扩散加权成像（反映活体组织中水分子布朗运动）、灌注加权成像（反映组织的微循环状态）、磁敏感加权成像（反映组织的磁敏感性）。（五）空间定位
在磁共振中主要利用三个梯度场x轴、y轴、z轴三维空间来定位。梯度线圈产生梯度磁场让不同位置的磁共振信号带有其不同空间位置的信息。磁共振信号包含层面层厚选择、频率编码、相位编码。
1.层面、层厚选择
由于主磁场具有不均匀性，所有射频脉冲都是包含了一定范围的频率，可以通过控制射频脉冲的中心频率和频率范围来完成二维MR图像的层面和层厚选择。标准横断面成像利用z轴方向施加梯度场，标准冠状面成像利用y轴方向施加梯度场，标准矢状面成像利用x轴方向施加梯度场。
当进行横断面层面选择时，z轴层面选择梯度在射频脉冲激发的同时进行，使横断面组织质子的共振频率与z轴的位置成线性相关。不同的共振频率对应于不同横断面的质子，这些平面垂直于z轴。在使用平面选择梯度的同时发射特定频率的射频脉冲，则只有对应于该频率的横断面内的质子发生共振。从而通过这样的差别来进行横断面的层面和层厚的选择。施加梯度场强越大，单位长度内的氢质子进动频率差别越大。对射频脉冲的频率及带宽和Z轴梯度场做不同的调整，层面和层厚将发生相应不同的变化。
在磁共振成像中，实际上是利用x、y、z三组梯度场的各种组合来进行层面和层厚的选择，从而进行任意断面的成像。
2.频率编码
层面和层厚选择只是确定了被激发层面的中心位置和厚度。此时采集的磁共振信号包含了该层的所有信息，要对层面内的空间结构进行空间定位编码。层面内的空间定位编码包括频率编码和相位编码。
其中频率编码，主要是通过傅里叶变换解码不同频率的磁共振信号，不同频率代表不同的位置信息。以x轴方向为例，在检测信号期间接通频率编码梯度磁场，使沿x轴的质子具有不同共振频率，产生与x轴位置相关的不同频率的信号，这个编码梯度发生在MR信号的检测过程中，所以频率编码梯度也叫做读出梯度。需要注意的是频率编码梯度场必须在磁共振信号采集过程中同时施加，这样采集的磁共振信号才能够包含频率编码信息。
3.相位编码
当频率编码识别了二维层面中左右或者前后方向的位置信息后。另一个方位的位置信息还需要编码。由于傅里叶变换只能识别一个方位的频率差别。因此在一个方向上进行了频率编码，则必须在该方向的垂直方向上使用相位编码。此时就需要第三个梯度，即相位编码梯度。
在临床磁共振成像中，相位编码方向和频率编码方向是可以相互切换的。相位编码梯度需在信号采集之前施加。在信号采集过程中，相位编码梯度又必须关闭。而频率编码必须在MR信号采集过程的同时施加。值得注意的是，每个MR信号的频率编码梯度场方向和大小是一样的，而相位编码梯度场强度方向是不同的。
4.K空间及其特性
MR信号代表一个层面内的无数个原子核发出的信号的总和。 傅里叶变换应用于每个频率编码行的数据，提取出信号的频率成分，包含不同的频率、相位和幅度的MR信号，不同频率和相位代表不同的空间位置，而幅度则表示MR信号的强度。K空间也称为傅里叶空间，而傅里叶变换就是把K空间的原始数据点阵转变成磁共振图像点阵的过程。
K空间为MR图像原始数据的填充存储空间格式，填充后的资料经傅里叶转换，重建出MR图像。K空间包含着图像所有空间频率的信息，低频成分集中在K空间中心，高频成分在K空间外围。低频成分决定了图像的对比度和大致结构，高频成分决定了图像的解剖细节。常规K空间的填充形式有对称、循序填充、螺旋式填充、放射状填充等方式。
其特性：矩阵为256×256的图像需要采集256条相位编码线来完成K空间的填充。K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应的，K空间中每一个点具有全层信息。二、磁共振成像基本构造与功能（一）硬件
磁共振硬件系统主要由四大部分组成，即磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机系统。各系统相互融合、相互推动、相互依存，缺一不可。
1.磁体系统
磁体系统是磁共振系统中重要的组成部分，提供磁共振成像所必须的高强度均匀磁场B。主磁体分为永磁和电磁，电磁又分常导和0超导。按磁体的外形可分为开放式磁体，封闭式磁体，特殊外形磁体。（1）永磁体：
现有的永磁体多使用永久磁铁如铁氧体或钕铁的磁砖拼砌而成。分为闭合式和开放式。一般分为环形和轭形。环形主要是在内腔形成水平方向的磁场，磁力线从一个极面发出穿过空气到另一个极面，经磁体内部形成闭合回路，环形磁铁周围的杂散磁场很小。轭形主要是磁砖装在钢制框架上下梁的内侧，磁力线从一个极面出发垂直穿过内腔到另一个极面，沿着钢梁返回到原极面，轭形磁体周围的杂散磁场很小。
永磁体造价及维护费用相对较低，不消耗电能，不需要补充冷却剂；由于磁力线闭和，磁体周围的杂散磁场很少；磁力线垂直，可使用螺线管射频线圈，线圈效率高，有利于提高图像的信噪比；永磁型磁体容易制成开放式磁体，减少了病人幽闭恐惧症的发生，并且有利于关节动态检查和MR导引下的介入治疗。目前，永磁体的制造趋势是开放式磁体。
但其磁场场强较低，目前最大场强仅能达到0.35T，增大场强会使已经庞大笨重的磁体重量进一步增加；磁场的均匀度较差；磁场稳定性低。（2）常导磁体：
常导磁体是根据电流产生磁场的原理设计的，当电流通过圆形的线圈时，导线的周围会产生磁场。由导线缠绕成圆柱状线圈，通电后产生磁场，磁场磁力线方向与磁体圆桶的轴平行，一般与病人的长轴平行，也有与之垂直的情况。其场强与导线的电流、导线的形状有关。常导型磁体的导线具有明显的电阻，这种磁体也称阻抗型磁体。常导型磁体导线是高导率的金属，如铜或铝。为了提高磁场均匀度及磁场强度，可使用平行并在同一轴线上的2个、4个或6个线圈。
常导磁体造价较低，制造安装容易，不需要补充冷却剂，而且可随时切断电源，关闭磁场。但需要消耗大量的电能，一般消耗功率高达80kW，线圈电流约为200A。产生的热量需要用水循环进行冷却；同时其场强较低，目前临床使用的多为0.2～0.5T，这是因为线圈电流每增加1倍，其功耗将增加3倍；磁场的均匀度较低：常导磁体的磁场均匀度受到线圈大小和定位精度的影响。线圈越大，成像区磁场的均匀度越好，但线圈长度增加电能损耗；另外，每组线圈之间的位置、平行度、同轴度也会影响磁场的均匀性。磁场稳定性低，线圈电源的波动以及室温将影响磁场的稳定性。（3）超导磁体：
超导磁体主要采用铌-钛二元合金的多芯复合超导线。其线圈的绕制一般有两种形式：一种是以4个或6个线圈为基础，由于线圈之间存在相互作用力，要求线圈装在牢固的支架上；另一种是以螺线管为基础，为了得到截面上均匀的磁场，就需要增加补偿线圈，以弥补螺线线圈有限长度的不足。
超导磁体的结构最为复杂。为了保障低温环境，减少液氦的挥发量，在磁体内除浸泡磁体主线圈的液氦容器外，还要在液氦容器内外安装高度真空的真空绝热层，并设置低温气冷屏、磁体侧壁内外的高效绝热箔及其他一系列超绝热材料。另外，磁体顶上一般还安装有一个二级膨胀的制冷机，即冷头，它也是磁体的重要组成部分；与其配套的还有氦气压机和冷水机组，它们组成了超导磁体的磁体冷却系统。
超导磁体采用的屏蔽方式有无源屏蔽和有源屏蔽。无源屏蔽使用大量的铁板作为屏蔽材料，缺点是会影响磁场的均匀度；而有源屏蔽是在磁体外部用载有反向电流的线圈降低杂散磁场，可以使磁体外的偶极磁场按照距离的五次方衰减，也可以减小磁体的体积和重量。
超导型磁体的磁场强度较高，用于人体成像的设备最高可达8.0T、12T的超高场磁体，基本技术问题已有解决。目前临床一般使用0.35～3.0T；具有高度的磁场均匀度；具有良好的磁场稳定性。但设备工艺复杂，造价昂贵；不断地消耗液氦等冷却剂、日常维护价格高；有可能发生“失超”的危险（即超导体变为导体，温度急剧上升，维护液氦大量挥发，磁场强度迅速下降）。
2.梯度系统
梯度系统主要由一组线圈和梯度功率放大器组成，作用是空间定位，产生信号。线圈通电后，在空间上产生梯度磁场，这个磁场叠加在主磁场上，为磁共振三维成像提供位置识别的编码信息。梯度线圈性能提高，使磁共振成像速度加快。梯度系统包含3套线圈，分别产生3个方向的梯度磁场，即x、y、z三个方向的磁场梯度Gx、Gy、Gz。Gx使X方向各点信号的频率与x有关，Gx即频率编码梯度磁场；Gy使y方向信号的相位与y有关，Gy即相位编码梯度磁场；Gz使z方向信号的频率与z有关。在Gz和一定带宽的RF磁场共同作用下，样品中只有与z轴垂直的一定厚度截层上的磁化强度才能产生MR信号，因此Gz即选层梯度磁场。
梯度功率放大器为梯度线圈提供电源，其功能为接受控制系统发出的梯度信号，放大后驱动梯度线圈工作。衡量梯度系统性能的指标有两个：梯度强度（mT/m）、最大爬升率［T/（m·s）］。梯度强度指梯度磁场系统产生的磁场随空间的变化率。最大爬升率是指梯度场强固定时，最大梯度场强与梯度场从零上升到最大梯度场强的时间的比值，即单位时间内梯度场变化程度。
梯度强度越高，可以扫描的层面就越薄，像素越小，图像的空间分辨率就越高。梯度强度越高，最大爬升率越快，成像的最快速度越大。但是并不是越快越好，需要综合考虑其对人体的影响，梯度爬升和下降对人体的刺激。快速切换梯度会产生很大的噪声并且人体感应电流对神经末梢的电刺激，限制了梯度线圈梯度强度和爬升率的提高。考虑到对人体的电刺激，对于肥胖患者或者大范围的扫描，需要选用性能较低的梯度线圈。对于小范围部位的扫描，如头部、关节等则考虑使用高性能的梯度线圈提高图像质量。
3.射频系统
射频系统分为两大部分：发射部分，主要产生人体内氢质子的射频场B；接收部分，主要接收人体经过激发和编码后发射的信号。1RF线圈的种类很多，包括全容积线圈、表面线圈、部分容积线圈、腔内线圈、相控阵线圈。全容积线圈是能够整个地包容或包裹一定成像部位的柱状线圈。该线圈在一定的容积内有比较均匀的发射及接收RF场，主要用于大体积组织或器官的大范围成像，也用于躯干某些中央部位的成像，如体线圈和头线圈两种。表面线圈是一种可紧贴成像部位放置的RF线圈，其常见结构为扁平型或微曲型。该线圈形成的RF发射场和接收场极不均匀，表现为越靠近线圈轴线RF场越强、偏离其轴线后RF场急剧下降。部分容积线圈是由全容积线圈和表面线圈两种技术相结合而构成的线圈。这类线圈通常有两个以上的成像平面（或线圈），其RF线圈的均匀性介于全容积线圈和表面线圈之间。腔内线圈使用时须置于人体有关体腔内，以便对体内的某些结构实施高分辨成像，直肠内线圈是最常见的腔内线圈。相控阵线圈是由两个以上的小线圈或线圈单元组成的线圈阵列。这些线圈可以彼此邻接，组成一个大的成像区间，使其有效空间增大。各线圈单元也可相互分离。但无论哪一种连接方法，其中的每个小线圈均可同时接收对应小区域的MR信号，使小区域的信号有机地联系在一起。
射频发射通道用来产生扫描序列所需的各种射频脉冲，提供给射频线圈。包括射频振荡器、频率合成器、发射调制器、功率放大器等。射频振荡器是一种能够产生稳定频率的频率信号源，通常利用石英晶体振荡器作为频率信号源。
4.计算机系统
计算机系统主要承担数据的运算，控制扫描，显示图像。主控台计算机是磁共振系统的接口，提供用户交互界面。通过主控台选择扫描序列、扫描位置、扫描参数，并与其他计算机通信，控制其他计算机工作等。其中包含对梯度场的控制、射频脉冲的控制以及图像重建的控制。（1）梯度场的控制：
在大多数成像方法中，每个梯度磁场都有一定的形状；三个梯度之间有很严格的时序关系。梯度场的控制主要有直接控制法和间接控制法。直接控制法主要是由计算机直接控制，控制能力强，但扫描过程中占用CPU时间。而间接控制法，则是先采样梯度电流波形，得到梯度数据，将数据用存储器保存起来，扫描开始时，由存储器顺序输出梯度数据，供D/A转换器转换，从而得到所需的各种梯度信号。（2）射频脉冲的控制：
根据成像方法的需要，MRI设备以一定的时间间隔，产生一定形状的RF脉冲波，其中包括RF脉冲波成形、相位控制、脉冲开关等电路，此外还包括RF接收的衰减及滤波控制。根据用户所选择的成像方法和成像参数，将RF波形数字化，再以空间顺序存储在RF存储器中，RF地址计数器在时钟脉冲的控制下顺序存储单元地址选中个存储单元，取出存储在存储器中的波形数据送D/A转换器。（3）图像重建：
是由射频线圈接收MR信号，经过放大、A/D转换后变为数字信号，作为原始数据存储在海量存储器中，再经过一系列的数据处理，如：去噪声、相位校正、傅里叶变换等处理方法，得到重建图像。图像重建对硬件的要求是需要海量存储器，用来存储大量原始数据；其次阵列处理机，加快数据处理速度，采用并行处理方法。
各大厂商拥有自己的设计理念。这些控制功能可以通过一台计算机完成，也可以通过多台计算机共同完成。第二节 磁共振成像评价一、磁共振成像特点
磁共振成像是继超声、X线、CT之后进入临床的又一现代医学成像技术。由于MRI能提供其他影像设备无法比拟的高质量软组织断层像，它使传统放射学、影像诊断学发生了革命性变化。
首先，磁共振成像对比CT和X线，其没有电离辐射危害，最大程度减少了对患者的伤害。磁共振成像因为具有无创、高清和功能成像的特点，是目前全身各部位（除了肺、心脏冠脉、胃肠道外）检查首选的方法。
其次，磁共振是多参数成像、任意方向成像。目前一般的医学成像技术都使用较为单一的成像参数，如CT用X线的吸收系数成像，超声使用组织界面的反射回波成像等。而磁共振设备主要利用质子密度、纵向弛豫时间T、横向弛豫时间T以及体内液体流速等参数来观测活12体组织中氢质子密度的空间分布及其弛豫时间。这些参数既可以分别成像，也可以相互结合获取对比图像。磁共振成像可以通过调节三个梯度磁场来确定不同扫描层面的空间位置信息，从而获得横断面、冠状面、矢状面或不同角度斜状面的成像，检查过程中无需移动患者，可为临床提供丰富的图像信息，提高诊断的准确性。
另外，磁共振对于软组织的显示明显优于其他影像学检查。人体体重的70%是水，这些水中的氢核是磁共振信号的主要来源，其余信号来自脂肪、蛋白质和其他化合物中的氢质子。由于两者间磁共振信号强度不同，所以磁共振的图像具有高对比度的特点。磁共振成像的软组织对比分辨率最高，也没有骨伪影的干扰，对于软组织病变的检查有特别优势。
最后，磁共振成像还可以进行功能、组织化学和生物化学等方面的研究。其中影像显示技术主要由脉冲序列、流动现象的补偿技术、伪影补偿技术和一系列特殊成像技术所组成。主要的特殊成像技术包括磁共振血管成像、磁共振水成像、灌注成像、弥散成像、功能性磁共振成像和化学位移成像等。在检查方法上还分为普通扫描和静脉注射对比剂后的增强扫描。此外，磁共振成像还涉及心电门控、呼吸门控以及各种线圈的应用。二、磁共振成像局限性
随着磁共振设备硬件、软件的迅速发展，磁共振检查技术日趋完善。在该项检查技术发展初期存在的一些限制，有的已开始被克服，如成像时间长和少数病人产生幽闭恐惧感的问题，随着快速扫描序列、开放式磁体和短磁体设备的出现开始逐步解决。心脏起搏器植入患者进行磁共振检查的禁忌问题，随着磁共振兼容心脏起搏器的问世和应用，磁共振已成为该类患者检查的相对禁忌。
但目前仍然存在一定的限制。主要表现在：MRI与CT等成像手段相比，空间分辨力较低；对带有非磁共振兼容心脏起搏器或体内带有铁磁性物质的病人的检查受到限制；危重症病人因监护仪器、抢救器材不能带入MR检查室，不宜进行检查；对于不含或含少量氢质子的组织结构显示不佳，如骨骼、钙化灶在MR影像上呈低或无信号，不利于这些结构与相应病变的显示；图像易受多种伪影影响，MRI的伪影主要来自设备、运动和金属异物3个方面；设备昂贵，检查费用高等。第三节 磁共振成像展望
磁共振技术的应用与发展，印证了MRI设备进入临床40年来医学、生物、物理、电子工程、计算机和网络通信技术的诞生与沿革。目前现代医学技术的提升与磁共振技术的发展相互融合、相互推动、相互依存、相互交叉的趋势已经成为共识。随着科学技术的进步，磁共振技术将取得广泛、深入的发展。一、磁共振成像新进展（一）体素内非相干运动
体素内非相干运动（intra-voxel incoherent motion，IVIM）可以敏感检测到弥散成像中的信号衰减。与传统表观弥散系数ADC成像不同，IVIM可以区分造成信号衰减的微血管灌注和分子弥散。从而使得IVIM具备一次扫描同时获得灌注信息与弥散信息的能力，并且无造影剂的使用。IVIM在肿瘤方面体现出重大的价值，如早期检测、诊断，肿瘤分级，检测肿瘤预后以及对治疗的早期反应等方面。（二）扩散加权峰度成像
扩散加权峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是新近出现的用来探查非高斯分布的水分子扩散特性的方法。在所定b值下，其描述扩散信号的衰减以表观扩散（the apparent diffusivity，Dapp）和表观峰态（apparent kurtosis，Kapp）的双指数方式进行。用来量化真实水分子扩散位移与理想的非受限高斯分布扩散位移的偏离大小，用来表征水分子扩散受限程度以及扩散的不均质性。对观察水分子在脑灰质内相对各项同性的扩散、脑白质内交叉和发散神经纤维的扩散优于当前的DTI技术；有利于描述在Kärger模型下的水分子交换过程；尤其对脑灰质不均质性的显示明显优于DTI。对梯度硬件没有过高的要求，扫描时间不长，通过对目前临床DTI序列进行多b值多方向设定（≥3个b值，≥15个方向）即可实施扫描。可同时获得DTI的参量和DKI的参量。与DTI相比，对图像处理过程中混杂效应的干扰不敏感。目前，该技术在神经系统结构性病变及功能性研究中都表现出了重要价值。（三）3D高清血管编码
磁共振动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）是近年来检测脑组织血流灌注情况的一项新技术，与传统注射对比剂的磁共振灌注成像方法相比，ASL以动脉血内自由弥散的水质子为内源性示踪剂，不需注射外源性对比剂，可降低成本，并具有无创、简便、易重复等优点，是临床科研的热点和利器。高清的区域动脉自旋标记（territory arterial spin labeling，tASL）技术对标记层面内的目标动脉相位进行梯度编码，与选择性射频脉冲配合，标记各个供血动脉（左侧颈内动脉、右侧颈内动脉、椎动脉、基底动脉等），既能定量测量脑血流量，又能同时获得局部脑血流灌注的来源信息。在评价脑部侧支循环状况，动静脉畸形供血血管判断，局部血流灌注定量分析等研究方面具有重要的意义。同时，精准的单根血管标记，为3D tASL技术进入体部研究奠定了基石。（四）神经系统磁敏感定量磁化率成像
磁化率加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）是一种通过采集组织的相关磁化率信息来获得脑疾病诊断信息的技术，但不足之处是，SWI不能对组织内的磁化率信息进行定量分析，是临床科研工作的一大困扰。作为近年来发展起来的定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）技术，可以给出磁化率定量图像。（五）化学交换饱和转移技术
化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer，CEST）成像是磁共振成像对比度的一种新方法，可通过质子交换间接检测代谢物的变化，可以称之为目前最靠近分子成像的磁共振技术。CEST的观察对象从本质上可以被分为顺磁性介质和逆磁性介质两大类。该技术初期多被应用于高场、动物磁共振研究，鲜少在人体开展临床研究。目前科研团队对现有的CEST APT技术进行改进，创新性地引入EPI数据采集技术，大大缩短了图像的采集时间，可以在临床可接受时间内完成全脑APT数据采集，为该技术在临床科研中的应用奠定了基础。（六）超高清扩散张量研究
传统DTI扫描受限于EPI序列采集的固有缺陷，无法在不增加形变的基础上获得高分辨率的图像。低分辨率的DTI图像并不能很好的刻画实际神经纤维情况，成为了科学研究的一大硬性障碍。高清纳米成像序列可用于全脑神经系统超高分辨率成像，其DTI成像分辨率可到纳米级别，能够获得解剖级水平高清成像。受专利保护的多次激发和运动相位矫正算法能产生纳米级的高清弥散图像，可以揭示微血管和微出血以及皮层纤维的精细结构。（七）磁共振指纹打印技术
磁共振指纹打印技术（MR Fingerprinting）是近几年发展起来的最新磁共振技术，以一种全新的方法对数据进行采集、后处理和实现可视化。MRF使用一种伪随机采集方法，取代了过去为获得个体感兴趣的参数特征而使用重复系列数据的采集方法，并使之具有唯一的信号演变或“指纹”，即同时获得所研究的不同物质特性的功能。数据采集后的处理过程涉及一个模式识别算法，将“指纹”与预测信号演变的预定义资料库匹配。然后这些“指纹”被转换成定量的兴趣区的磁性参数图。MRF提供高准确度的T、T、质子密度及扩散定量12图。这为在影像生物标志物方面应用磁共振成像提供了一种全新方法，可以应用于神经、肿瘤、肌骨、心血管、代谢和胸部。
与传统的定性MR扫描相比，MRF在单次成像时间内可以获得完整的定量结果，且没有在许多其他快速检查方法中存在的对测量误差高度敏感的特点。最重要的是，只要给予足够的扫描时间，MRF有潜力同时定量检测很多MR参数，而当前的MR技术一次只能检测有限的参数。因而，MRF打开了计算机辅助多参数MR分析的大门，类似于基因组或蛋白组分析，可检测从大量MR参数中同时获得的重要且复杂的数据变化。新的研究表明，有可能通过MRF获得扩散数据和灌注信息。MRF可提供高度可重复性的多参数图像，在多中心/多机型研究中有很大的潜能。二、磁共振成像展望
磁共振成像一经问世，就因其出色的软组织成像优势而受到广泛的青睐。而其成像时间长，SAR值高等问题则逐渐成为了影响磁共振在临床广泛应用的制约因素。对于磁共振成像，每次临床检查都能获得最佳的图像质量始终是一个重大的挑战。在过去的几十年里，随着并行采集技术的应用，磁共振设备的接收通道及射频线圈单元数不断增加，磁共振应用的局限性正在改善。磁共振系统必须兼容更高的采集通道数，拥有更长的传输电缆。
近年来，磁共振设备采用全数字架构的全新磁共振系统彻底解决了这些问题，在获得卓越的图像质量的同时，也使得工作流程简化，患者流通量提高多至30%。全数字架构是真正无限通道射频平台，显著降低了升级的经济和时间成本。全数字平台代表着磁共振技术发展的未来。
影像技术日新月异，如今心脏磁共振技术已渐趋成熟。最新的“全数字磁共振”已经实现了“数字线圈+数字线圈接口+全程数字传输”的全数字信号传输模式，能在保证患者舒适度的同时提供更快的成像速度，更高的信噪比和分辨率，以及更为复杂和精细的功能成像。
据悉，全球首台全数字磁共振已经拥有全数字影像链、四维多源发射、全性能大孔径、全新一代全程智能巡航四大革命性创新技术。这将是一款具有无限临床科研潜能与未来拓展能力的全能平台。
未来磁共振临床研究方面则更多关注功能、分子（DWI）、代谢（MRS、CEST），定量等新型技术的临床应用。随着MRI成像技术研究的不断深入和软硬件技术的快速发展，与MRI图像质量、成像速度和临床功能为一体化的影像模式迈上新的台阶，可提供更清晰的图像和先进的功能成像。总之，MRI是医学影像中具有开发价值的领域。第二章 磁共振成像辅助设备与功能第一节 制冷系统
采用超导磁体的高场MRI系统，需要液氦作为制冷剂来维持超导磁体超导状态。磁共振的超导线圈用浸泡在低温液氦中的方法以获得其正常工作的超低温环境，液氦压力设定为4psi（1psi=6.894 76kPa），记录时若压力超出规定范围则表明故障。虽然磁体采用了真空绝热结构，但由于结构支撑等多种因素，不可能完全阻止热传导，所以液氦会以蒸发的形式带出导入的热量以维持4.2K的温度，正常情况4K系统液氦零消耗，10K系统每月消耗2%～3%。液氦是价格昂贵的制冷剂，在超导MRI正常运行的情况下，液氦的消耗主要是到达液氦容器的热量所引起的，通常称之为漏热。一个良好的、稳定的制冷系统，不仅是超导环境存在的重要保证，而且能大大降低液氦的挥发，减轻磁共振运行成本。近年来随着新型磁共振装置的不断改进，梯度系统和射频系统的功率不断提高，散热量也随之增加，制冷系统的工作状况直接决定了MRI设备的运行状况，故而制冷系统也成为决定MRI系统性能及稳定性的重要设备。制冷系统主要由氦压缩机、水冷机、空调系统三部分组成。当遇停电及氦压缩机、水冷机、冷头故障时液氦挥发将加剧，此时要及时维修，否则有失超危险。一、氦压缩机
压缩机作为MRI磁体制冷系统的核心，为冷头提供低温高压氦气，应用氦气膨胀进行制冷。氦压缩机中充以高纯度的氦气，并通过密封保温软管与冷头相连。工作时，由冷头返回的高温低压氦气，经过氦压缩机提升压力，在热交换器中与水冷机提供的冷却水、压缩机油进行热交换，使温度迅速下降，成为低温高压氦气，经油水分离器滤油，再经吸附器进一步过滤，通过密封保温软管进入冷头，在这里迅速膨胀产生冷头所需要的冷量。膨胀吸热以后的氦气，又被送回压缩机，进行下一次制冷循环。氦压缩机工作流程如图2-1所示。图2-1 压缩机工作流程图
冷屏和冷头是利用氦压缩机制冷过程中必不可少的部件。液氦冷屏是磁体的组成部分之一，超导磁体的超低温杜瓦真空容器中分别设置了20K、77K两个冷屏，以减少辐射漏热。冷头的材料主要是丝绸胶木，两级缸套分别以铜丸和铅丸为蓄冷填料。冷头（图2-2）作为制冷部件被镶入液氦容器中，冷头体位于磁体外部，下端位于20K冷屏，中部与77K冷屏接触。冷头通过两级缸套端面的铟线圈将低温高压氦气传输到磁共振的两级冷屏上，为低温容器中的液氦降温，保持液氦中超导线圈的环境温度，以隔绝结构导热，降低液氦消耗。同时，经过氦压缩机压缩的低温高压氦气在冷头处膨胀带走周围的热量。
通常来说，冷头的额定工作寿命会在1.5～2年之间，活塞和旋转气阀作为冷头中的运动部件容易随着工作时间的延长而产生磨损，从而产生气密性不严、制冷效率下降等问题。除此之外，如果超期使用会使得填料松漏，情况严重时会导致活塞被卡死在缸套中，造成彻底的报废，由此造成氦压升高、液氦气化泄漏，致使磁体失超。冷头损坏的情况可以分为两种：①渐进式逐步扩大，例如一段时间内液氦的损失速度显著增加；②突然之间彻底不起作用了。压缩需要油润滑因此经过压缩机压缩后，氦气里会带有油雾，油滤过器可以滤掉其中的大部分油雾，剩下的则需要依赖吸附器吸附。因此吸附器是过滤氦气中油雾的重要组成部分，它的好坏直接关系到冷头的工作寿命长短。活性炭作为吸附器的主要作用成分，在一段时间之后就会产生饱和，从而失去吸附作用。通常而言，吸附器工作寿命会在10 000～20 000小时之间。一旦吸附器失去吸附作用，剩余的部分油雾就会随着氦气污染管道，进入冷头并冷凝在其中，从而加快活塞的磨损速度。所以，为保证冷头的工作情况，延长其使用寿命，应该定期更换吸附器。图2-2 冷头二、水 冷 机
水冷机由制冷系统和水循环冷却系统组成，作为MRI系统关键的外围设备之一，有两个作用：一是对梯度线圈进行冷却；二是对液氦压缩机进行冷却。梯度线圈工作时产生的热量，由蒸馏水循环系统带走，在热交换器与水冷机提供的循环水完成热量交换。水冷机相当于氦压缩机的空调系统，经过热交换器给压缩机提供8～15℃的冷水，通过循环水带走氦压缩机产生的热量。其中，对氦压缩机的冷却要求水冷机24小时连续运行，这就对水冷系统的稳定性、可靠性提出了极高的要求。水冷机工作流程（图2-3，图2-4）。图2-3 水冷系统冷却梯度线圈工作流程图图2-4 水冷系统冷却氦压缩机工作流程图（一）制冷系统由以下几部分构成：
1.压缩机
压缩和输送制冷剂蒸汽。
2.冷凝器
输出热量。
3.蒸发器
吸收热量（输出冷量）从而制冷。
4.节流阀
节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。（二）制冷系统工作流程：
压缩机将氟利昂蒸气进行压缩，高压气体经油分离器将所携带的润滑油进行分离，然后进入冷凝器被冷凝成液体。液体氟利昂由冷凝器下部出液管经干燥过滤器，然后流经回热器，被来自蒸发器的低温蒸汽进一步冷却后，进入节流阀节流降压，之后送入蒸发器吸热汽化。此时氟利昂汽化吸热用于给水降温，从而达到制冷目的。汽化后的低温蒸气，经过回热器提高过热度后，被压缩机吸入重新压缩。（三）水循环冷却系统经过热交换器对梯度线圈、氦压缩机进行冷却，其主要由以下几部分构成：
1.水箱
储存冷却用水，为防止结水垢，要定期更换水。
2.水泵
给冷却水加压，以保证水在密闭的管路里正常循环。
3.冷却管
带走梯度线圈及氦压缩机产生的热量。
4.压力表
测定冷却水出水口压力。
5.温度表
显示出水和回水的温度。
6.过滤装置
过滤冷却水中的杂质。
水冷机的循环水管长时间使用后由于腐蚀等原因会产生杂质，使水流不畅，影响热交换的效率；或者由于循环管道的渗漏、冷冻液的蒸发等因素引起冷冻液流失，都会导致水冷机发生故障，此时氦压缩机会因温度报警而立即停机，冷头即不制冷，冷屏温度逐渐上升，辐射漏热增多，液氦蒸发率将成倍提高；同时，梯度系统也因为水冷机故障而无法有效散热及降噪，发生温度报警停止工作。由此可见，水冷机是MRI制冷系统的基础，是MRI正常工作最重要的保障。三、空调系统
MRI空调系统具备制冷、加热、加湿、除湿功能及温、湿度传感器和控制器。空调控制系统采用微电脑智能控制器，显示系统能显示温湿度及机组内各组件运行状态的功能，具有大容量的故障报警记录储存的功能，具有过压、欠压、漏水等报警及故障诊断、报警记录功能，具有自动保护、自动恢复、自动重启动、断电恢复后顺序自动启动等功能。空调外机通常采用风冷型冷凝器，加装低温启动装置，满足足够的散热量需求。空调机组的风冷型室外机组采用风机调速装置，可根据冷凝压力的高低自动调节风机的转速，以保证系统冷凝压力的稳定。
由于MRI设备需要大量计算机分别控制梯度系统、射频系统、图像处理系统等，而计算机及交换机工作时要求MRI空调系统对机房进行精密的环境控制，主要包括以下四个方面：
1.温度控制
计算机运行时会产生大量热量，为保证计算机设备能正常运行并发挥最佳功效，机房温度最佳控制范围为18～22℃，这就要求空调系统有足够的制冷能力和及时反应能力，以应对温度的急剧变化。
2.湿度控制
在机房中，过高或者过低的湿度都会对计算机造成破坏。湿度过高会使空气中的水分在计算机内冷凝，导致主机硬件短路或损坏；湿度过低会使机房内产生静电，造成计算机无法运行。这就要求空调系统对机房内湿度进行有效控制，机房相对湿度应控制在40%～60%。
3.风量和洁净度控制
为迅速排除计算机及交换机工作时产生的大量热量，要求空调系统具有足够大的冷却循环风量和足够远的送风距离。机房要求每33.5kW制冷量配850～1020m/h的风量。同时，空调系统需要提供足够次数的风量，以便于对空气进行过滤，保证机房内的空气洁净度。
4.全年运行和室外环境适应性
机房空调系统需要全年365天、每天24小时持续运转，在室外温度过低、过高的环境下也要能正常制冷运行，通常需要配备两套空调系统轮流运行来保证全年持续运转。
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