科普一下MR双射频技术的相关知识

RF/无线

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描述

在谈论双射频技术之前,我们先来学习一个简单的物理知识:电磁波在介质中的传播。

首先明确一个概念,电磁波具有波粒二象性,因而电磁波在空间中是以波的形式传播的。

电磁波在真空中速度根据麦克斯韦方程组可以得到等于光速:3.0*10^8m/s,但一定记住这是在真空中的速度

由于波的性质,电磁波在各种介质中的传播速度是不一样的,传播速度公式:

V=C/n=λ*f

C-真空中的光速3.0*10^8m/s

n-介质的介电常数

回顾前面章节的学习我们可以知道,MR发射的RF射频信号是有固定频率的,而这个频率与MR系统的磁场强度直接相关。我们可以把人体看成是水组成的,那么有了频率,有了速度很简单我们就能够计算出来MR发射的射频信号进入人体后电磁波的波长。不同磁场强度的系统电磁波在人体中的波长如下:

RF射频

第二个概念:驻波

驻波 (standing wave) 频率相同、传输方向相反的两种波(不一定是电磁波),沿传输线形成的一种分布状态。其中的一个波一般是另一个波的反射波。

在两者电压(或电流)相加的点出现波腹,在两者电压(或电流)相减的点形成波节。

在波形上,波节和波腹的位置始终是不变的,给人驻立不动的印象,所以称作驻波。

当驻波形成时,无论怎么看叠加波形的波腹和波节始终都在同一个位置,好像矗立不动了,说起来比较抽象,大家参考下面的动态图自行理解。

RF射频

对于MR信号来说首先RF射频进入人体后,由于人体阻抗的不匹配形成反射,反射会以相同的频率反向传输。

而对于一般低频信号来说,由于波长很长,人体的截面与它相比所占比例很小,所以在人体范围内波动的起伏并不大。

但是当频率提高,波长减小,波长正好与人体宽度接近时,人体宽度范围内波形呈现波节与波腹的巨大差距。而且由于驻波,波腹与波节始终在同一位置。

参考各种磁场强度下射频传播波长,可以发现3.0T的系统波长是26cm,基本等于人体横截面的宽度,因此在这种条件下,RF射频信号很容易在人体中产生驻波。

而驻波导致的结果就是射频在人体内发生了不均匀,这种不均匀反映到最终的图像上就会出现黑影区域,也就是介电伪影。

RF射频

目前介电伪影一般出现在3T设备等高场系统上。明确了介电伪影产生的原理,那么我们就需要对其进行消除。

由于人体的截面肯定无法改变,射频的波长也无法改变,射频的速度也无法改变,所以单一射频场无法解决介电伪影问题。那么用两路射频呢?因此双射频发射技术(MultiTransmit)应运而生。

假设一路射频1入射到人体中会产生相应的驻波,既然驻波1的波节位置是固定的,那么我们使用另一路射频2入射到人体,通过控制正好让驻波2的波节位置发生在驻波1的波腹处,这样射频能量就会重新均匀。

RF射频

双射频发射技术不是单纯的发射2路信号,而需要针对每个被扫描人进行RF信号校准,这个校准也叫作

B1 shimming或者RF shimming。

RF射频

从技术角度上来讲,为了实现双射频技术,需要使用2套独立的射频发射链路,通过专用射频输入输出控制模块传入体线圈QBC中进行2路可控射频发射。

原本简单的单路射频机柜中增加一组射频放大器,同时原来讲过的将射频能量分成0°90°相位差的Hybrid box变成了直接控制射频的QIB模块。原本使用一个Load就可以消耗掉的多余RF能量需要使用专用混合器(Circulator)进行消耗。

RF射频

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