東芝3T“四源發(fā)射”介紹-課件

ToshibaMedicalSystemsCorporation東芝3TRF“四源”發(fā)射技術(shù)專題講座：

B1場特性RF信號(hào)的發(fā)射與接收綜述ToshibaMedicalSystemsCorporation一）在高場強(qiáng)MRI中，

射頻B1場遇到了什么問題？二）RF波（Radiowaveform)的電磁特性？三）什么是“1、電介質(zhì)效應(yīng)DielectricEffect？2、駐波效應(yīng)standingwave？”四）多源發(fā)射的原理。五）

多相位發(fā)射解決了什么問題？六）RF信號(hào)的發(fā)射接收及各競爭對(duì)手技術(shù)對(duì)比。ToshibaMedicalSystemsCorporation一）高場強(qiáng)MRI遇到了什么問題？ToshibaMedicalSystemsCorporation高場磁共振成像系統(tǒng)(3T)優(yōu)點(diǎn)具有了更高的信噪比、更快的成像速度和更好的分辨率。高場磁共振成像系統(tǒng)（3T)技術(shù)術(shù)難題

主要技術(shù)問題是由于人體和射頻場之間的相互作用,使B1場的分布呈現(xiàn)出不均勻的特點(diǎn),具體表現(xiàn)在成像中產(chǎn)生駐波效應(yīng)、電介質(zhì)偽影（抗電偽影）和局部SAR升高,限制成像質(zhì)量和速度。為了解決射頻場不均勻的問題,研發(fā)人員研制了專門和高磁場強(qiáng)度匹配的射頻系統(tǒng),目前射頻場多源發(fā)射技術(shù)的提出為解決高場磁共振成像問題提供了新的方法,得到了十分滿意的效果。ToshibaMedicalSystemsCorporation電介質(zhì)、駐波效應(yīng)局部SAR過高3T問題的示意圖ToshibaMedicalSystemsCorporation三）RF（Radiowaveform)RF波的電磁特性？無線電波特性ToshibaMedicalSystemsCorporation在微波通信中，電磁波的單位是赫茲（Hz）---以德國物理學(xué)家赫茲名字命名！赫茲以前，由法拉第發(fā)現(xiàn)、麥克斯韋完成的電磁理論，因?yàn)槲唇?jīng)一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，始終處于“預(yù)想”階段。赫茲悉心研究了電磁波的折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象，并且證明了它們的傳播速度等于光速。電磁波有能量、衰減和距離及導(dǎo)體（介質(zhì)）有關(guān)！ToshibaMedicalSystemsCorporation◆質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相互垂直,這種波稱為橫波.◆質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相互平行,這種波稱為縱波.●在波動(dòng)過程中,振動(dòng)相位相同的點(diǎn)連成的面稱為波陣面（wavesurface）●波面中最前面的那個(gè)波面稱為波前（wavefront）●波的傳播方向稱為波線（waveline）或波射線

平面波球面波無線電波特性ToshibaMedicalSystemsCorporation電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強(qiáng)度與距離的平方成反比，振幅(Amplitude):振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離叫振動(dòng)的振幅。相位(Phase):相位是對(duì)于一個(gè)波，特定的時(shí)刻在它循環(huán)中的位置：一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點(diǎn)的標(biāo)度。是描述訊號(hào)波形變化的度量，通常以度（角度）作為單位，也稱作相角。周期(Period):物體完成一次全振動(dòng)經(jīng)過的時(shí)間為一個(gè)周期T。頻率(Frequency):一秒鐘內(nèi)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)完成的全振動(dòng)的次數(shù)叫振動(dòng)的頻率，其單位為赫(HZ)。波長(λ)：橫波中波長等于相鄰兩個(gè)波峰或波谷之間的距離。電磁波及其幾個(gè)重要參數(shù)ToshibaMedicalSystemsCorporation波段波長頻率傳播方式主要用途長波30000~3000m10kHz~100kHz地波超遠(yuǎn)程無線電通信和導(dǎo)航中波3000~200m100kHz~1500kHz地波和天波調(diào)幅（ＡＭ）無線電廣播電報(bào)通信中短波200~50m1500kHz~6000kHz短波50~10m6MHz~30MHz天波微波米波ＶＨＦ10~1m30MHz~300MHz近似直線傳播調(diào)頻（ＦＭ）無線電廣播電視導(dǎo)航分米波ＵＨＦ1m~0.1m300MHz~3000MHz直線傳播電視雷達(dá)導(dǎo)航厘米波10cm~1cm3000MHz~30000MHz毫米波10mm~1mm30000MHz~300000MHzRadioWaveform(無線電波）概念----RFPULSEToshibaMedicalSystemsCorporation射頻發(fā)射電磁波基礎(chǔ)

3.0T:λH20=26cm7.0T:λH20=11cm128MHz298MHz為什么越高的場強(qiáng)射頻穿透能力越差？1.0T:λH20

=79cm1.5T:λH20=52cm64MHz42MHzToshibaMedicalSystemsCorporation二）Dielectriceffect電介質(zhì)效應(yīng)

Standingwaveeffect

駐波效應(yīng)

WhatisDielectricEffect（什么是電介質(zhì)效應(yīng)）?

ToshibaMedicalSystemsCorporation所謂電介質(zhì)，是指不導(dǎo)電的物質(zhì)，即絕緣體，內(nèi)部沒有可以移動(dòng)的電荷。若把電介質(zhì)放入靜電場場中。電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場力的作用下在原子范圍內(nèi)作微觀的相對(duì)位移，而不能象導(dǎo)體中的自由電子那樣脫離所屬的原子作宏觀的移動(dòng)。達(dá)到靜電平衡時(shí)，電介質(zhì)內(nèi)部的場強(qiáng)也不為零。這是電介質(zhì)與導(dǎo)體電性能的主要差別。凡在外電場作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱為電極化，能產(chǎn)生電極化現(xiàn)象的物質(zhì)統(tǒng)稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電阻率一般都很高，被稱為絕緣體。氣體電介質(zhì)有空氣、氫、六氟化硫

(SF6)

液體電介質(zhì)有變壓器油、石油、純水

固體電介質(zhì)有云母、瓷、橡膠、紙、聚苯乙烯ToshibaMedicalSystemsCorporation人體不同組織的導(dǎo)電性不同，RF發(fā)射后，不同組織對(duì)射頻的吸收能力也會(huì)不同，這樣就會(huì)導(dǎo)致射頻電場的不均勻性，從而產(chǎn)生偽影。

主磁場強(qiáng)度越大，RF頻率越高，RF不均一性也增大，因此電解質(zhì)偽影在高場條件下比低場明顯，在圖像上表現(xiàn)為信號(hào)不均勻。

此外，高頻RF在被照體中因透過、吸收、反射、共振引起的縱向磁化恢復(fù)差異也可造成RF不均勻，其結(jié)果是引起某些檢查部位信號(hào)不均勻。ToshibaMedicalSystemsCorporation用“Wholebodycoil”掃描的圖像用“8-channeltorso”線圈掃描的圖像ShadingIsMoreApparentBecauseofHigherSNR陰影由于高信噪比更加明顯ToshibaMedicalSystemsCorporation駐波效應(yīng)：

當(dāng)受檢物的直徑d=nλ時(shí)，受檢物內(nèi)部產(chǎn)生的強(qiáng)烈回波

(λ為B1-field波長).由于此回波產(chǎn)生駐波現(xiàn)象。導(dǎo)致FOV中央處信號(hào)強(qiáng)度增加，邊緣減弱，場強(qiáng)越高，波的疊加越厲害

。At1.5T(63.86MHz):λ≈52cmAt3.0T(127MHz):λ≈26cm波的干涉是這樣一種現(xiàn)象：兩列相干波（即頻率相同、振動(dòng)方向相同、周相差恒定的兩列波）相遇時(shí)，空間某些點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)或減弱.上述現(xiàn)象簡稱干涉.駐波是波的干涉的特例.它是兩列以相反方向傳播的相干波迭加而成的.如果波在一個(gè)有限大小的物體內(nèi)傳播.遇到界面就會(huì)反射，入射波和反射波迭加的結(jié)果，就會(huì)產(chǎn)生駐波，因此駐波是常見的現(xiàn)象.WhatisStandingwaveEffect（什么是駐波效應(yīng)）?

Standingwave(駐波）ToshibaMedicalSystemsCorporationImageofthestandingwave

（駐波效應(yīng)示意圖）

Incidentwave入射波

Reflectedwave反射波

Singesourcetransmissioncreatesanonuniformimageduetoastandingwave單源發(fā)射由于駐波效應(yīng)產(chǎn)生不均勻的圖像Multi-phaseTransmissionusemultipleRFsourcestocounterthisstandingwave

多相位發(fā)射用多源RF輸出來解決駐波效應(yīng)ToshibaMedicalSystemsCorporation3.0TRFPulse射頻脈沖波長(26cm)是1.5T(52cm)的

?這種正玄波的射頻脈沖和人體的直徑是很接近的。很容易在體內(nèi)產(chǎn)生駐波效應(yīng)，在體表產(chǎn)生反射波，然后和入射波相疊加，產(chǎn)生疊加效應(yīng)（信號(hào)增強(qiáng)或減弱）這可以簡單的解釋為：Flip（激發(fā)角度：射頻脈沖能量）不同。圖像中亮的地方Flip角度是正確的！圖像中暗的地方Flip激發(fā)角度不夠！ToshibaMedicalSystemsCorporation22-24cm22-24cm以頭顱為例,無駐波問題ToshibaMedicalSystemsCorporation26cm40-50cm22-30cmAnincidentwaveAreflectedwave體部應(yīng)用情況下,波長小于人體左右徑，產(chǎn)生駐波ToshibaMedicalSystemsCorporation電介質(zhì)效應(yīng)存在任何場強(qiáng)的MRI中！由于受檢體自身的物理特性使射頻分布不均勻，積液、重度肥胖特性圖像各方向信號(hào)強(qiáng)弱不均勻。場強(qiáng)越高，電介質(zhì)效應(yīng)會(huì)越明顯處理方法：“掃描時(shí)加用襯墊、平行發(fā)射、平行接收。場強(qiáng)越高，電介質(zhì)效應(yīng)越厲害?。ā?.0TMRI”8源發(fā)射）多通道線圈（multi-channelcoils）增強(qiáng)了電介質(zhì)效應(yīng)可用不同的方法來減少或消除電介質(zhì)效應(yīng)。肌肉比脂肪電介質(zhì)效應(yīng)更厲害。（肌肉是脂肪波長的四分之一）所有廠家都在研究如何用不同的方法減少或消除電介質(zhì)效應(yīng)！TheTruthAboutDielectricEffect告訴您一個(gè)真實(shí)的：“電介質(zhì)效應(yīng)”

SAR是由國際電子協(xié)會(huì)規(guī)定的任意五分鐘內(nèi)不超過8W/Kg

或者全身掃描15分鐘內(nèi)不超過4W/kg射頻能量在體內(nèi)的耗散將導(dǎo)致組織產(chǎn)熱3.0T比1.5T的SAR值高四倍SAR值的限制影響了掃描

（掃描速度、圖像質(zhì)量）3.0T比1.5T的SAR值高四倍！SAR(SpecificAbsorptionRate定義(特殊吸收率）)FlipAngle(ex90degee)FlopAngle(ex180degree)TRTENumberofSlicesEchoTrainLengthInterEchoSpacingSpeederPre-pulses(FatSaturation,MTC,Presaturation,etc)OtherConsiderations:PulseSequenceDesignReshapingRFandgradientwaveformsreducesRFpowerVERSE(VariableRateSelectiveExcitation)VFA(VariableFlipAngle)Transmit/ReceiveCoils(3TTXcoilsare:QDheadcoil,Largekneecoil,WBcoil)PatientOrientationinthemagnetPatientWeight哪些參數(shù)影響SAR?ToshibaMedicalSystemsCorporationHighconductivitypadgoesbetweenthecoilandthepatient病人和線圈之間放置高傳導(dǎo)性的墊子

—減少反射。DiluteManganeseChloridesolution稀釋的氯化錳溶液傳統(tǒng)的解決辦法（電介質(zhì)墊）

NoPadWithPadToshibaMedicalSystemsCorporationHowtouseDielectricPads(如何使用電介質(zhì)墊）ToshibaMedicalSystemsCorporationMulti-TransmissionConcept多源發(fā)射概念射頻技術(shù)發(fā)展ToshibaMedicalSystemsCorporationSingle(QD)Transmission

單源發(fā)射射頻（RF)放大器個(gè)數(shù)：1射頻（RF）

發(fā)射點(diǎn)：2

無RF參數(shù)控制

導(dǎo)致：不均勻的RF分布,產(chǎn)生陰影！1stGenerationTransmissionTechnique第一代發(fā)射技術(shù)ToshibaMedicalSystemsCorporationConventionalRFTransmission傳統(tǒng)的RF發(fā)射SingleAmplifier

單個(gè)放大器2

RFTransmissionPoints兩個(gè)RF發(fā)射點(diǎn)LimitedorNoRFParameterControl有限的或沒有RF參數(shù)控制ToshibaMedicalSystemsCorporationSingleTransmission射頻（RF）放大器個(gè)數(shù):1射頻（RF）發(fā)射點(diǎn):2

RF參數(shù)控制RF

相位可調(diào)

導(dǎo)致：不均勻的RF分布

少量的陰影2ndGenerationTransmissionTechnique第二代發(fā)射技術(shù)以飛利浦Achiva3.0TTX/Ingenia和西門子Verio/Skyra為代表ToshibaMedicalSystemsCorporation多源發(fā)射射頻（RF)放大器個(gè)數(shù)：2射頻（RF）發(fā)射點(diǎn):2

RF參數(shù)控制：RF

相位RF

幅度

導(dǎo)致改進(jìn)，更少量陰影需要pre-scan預(yù)掃描時(shí)

來調(diào)整相位和幅度3rdGenerationTransmissionTechnique第三代射頻技術(shù)東芝：業(yè)內(nèi)唯一四源（點(diǎn)）發(fā)射

徹底消除電介質(zhì)偽影，提高圖像質(zhì)量，減少掃描時(shí)間ToshibaMedicalSystemsCorporation多相位發(fā)射技術(shù)射頻（RF)放大器個(gè)數(shù)：2射頻（RF)發(fā)射點(diǎn)（源）:4RF參數(shù)控制（4點(diǎn)單獨(dú)可調(diào)）RF

相位RF

幅度Result均勻的RF分布，無陰影無需Pre-scan

（預(yù)掃描）：相位和幅度無需調(diào)整4thGenerationTransmissionTechnique第四代發(fā)射技術(shù)ToshibaMedicalSystemsCorporationMulti-phaseTransmissionDual

Amplifiers

雙發(fā)射機(jī)4

RFTransmissionPoints

4個(gè)射頻發(fā)射點(diǎn)（源）PhaseandAmplitudeControl相位和幅度可調(diào)NoPrescan沒有預(yù)掃描(指相位和幅度調(diào)整)Number

of

RFAmplifiersRFTXPointsRFControl12None各代及各家“RFTransmission（射頻發(fā)射）”技術(shù)對(duì)比RFAmplifierRFTXPointQDRFTransmissionSingleTransmissionMultiTransmission2(2ch)2Phase/AmplitudePre-scanrequiredPhilipsTX/IngeinaS:Verio/SkyraGE:750W

PhaseAmplitudePhaseAmplitudePhase4thGenerationAmplitudePhaseAmplitudePhase12PhaseadjOnlyGE750TimTrioConfidentialMulti-phaseTransmission2(2ch)4Phase/AmplitudeadjNoPre-scanToshibaTitan3T1stGeneration2ndGeneration3rdGenerationToshibaMedicalSystemsCorporation業(yè)內(nèi)第一款四源并行發(fā)射系統(tǒng)ToshibaTitan3T“B0+B1場”--業(yè)內(nèi)最優(yōu)ANALOGICAN8135-2TDualChannel3.0TRFAmplifierToshibaMedicalSystemsCorporation高效、高穩(wěn)定度、水冷世界著名公司ANALOGIC發(fā)射機(jī)RFOut1RFOut2Confidential36特點(diǎn)：-Titan3T特有-中心頻率123.1MHz-2輸入2輸出-水冷降溫WaterINWaterOUTRS422fromRFIF3T(Gate,errorinterrupt,RFouttoFilerPanelBNCConnectorstoRFIF3T(FWD,REFL)RFinputfromFSMCH1CH2ANALOGICAN8135-2TDualChannel3.0TRFAmplifierConventionalMRItransmitterOneamplitude/phasecontrolSameamplitude,fixedphase(90degree)Twofeedingports16rungbirdcagecoilConventionalMRItransmitter3Ttorsoimageswithaconventionaltransmitter090WaveformgeneratorRFpoweramplifierHybridsplitterB1shimmingparametersB1fieldcanbemoreuniformbyadjustingRFcurrentoneachrungNumberoffeedingportsNumberofindependentcontrolsPresetorprescantodeterminetheparametersB1IB1fieldiscreatedbycurrentonrungsRFpoweramplifiersHybridsplittermatrixWaveformgenerators::::::“四源”示意圖（18KW+18KW=36KWMAX)ToshibaMedicalSystemsCorporationRFINPUT2RFCoilChannel#1放大器1fRFINPUT1Channel#2Amp2放大器2fAmp1調(diào)相電路調(diào)幅電路調(diào)相電路調(diào)幅電路18KW18KW主機(jī)系統(tǒng)控制1324實(shí)物對(duì)照?qǐng)D及示意圖ToshibaMedicalSystemsCorporationCH1CH2RF

amplifierWBcoil18KW18KWFilterCabinet(濾波柜）Front前HYBRIDSPLITTER相位及幅度調(diào)整電路ToshibaMedicalSystemsCorporation4源發(fā)射（并行發(fā)射）解決了什么？ToshibaMedicalSystemsCorporation東芝4源并行發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1）可分別調(diào)節(jié)每個(gè)射頻源的相位及幅度。2）可根據(jù)人體解剖位置，自動(dòng)優(yōu)化均勻射頻場（B1Auto-Shimmed）。3）和單源、雙源相比：徹底消除電介質(zhì)偽影，大

幅提高腹部圖像的圖像均勻度和質(zhì)量。4）降低20%SAR值，還提高掃描速度40%。東芝4源并行發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)ToshibaMedicalSystemsCorporation并行多射頻源發(fā)射

單個(gè)射頻發(fā)射并行多通道射頻發(fā)射

=均勻分布的RF=有效地控制SAR四源發(fā)射

局部SAR值高并行多射頻源發(fā)射:更快的掃描速度SAR值分布均勻掃描時(shí)間縮短40%BodyregiondependenceRelativeAmplitudeRelativePhaseHeadShoulderPelvisKneeC-SpineAbdomenTheB1shimmingsolutionTwochannelsPresetparametersetsforeachbodyregionAnatomyShimHeadAShoulderBAbdomenBPelvisCHandBC_SpineBTL_SpineBExtremityDAnkleBRFpoweramplifiersFSMC2FSMToshibaMedicalSystemsCorporation實(shí)際臨床圖像對(duì)比沒有B1勻場

T2WIT2WI有B1勻場（東芝四源發(fā)射）

Multi-phaseTransmission–腹部圖像3DFFE3.7/1.33DFatSATConfidentialMulti-phaseTransmission消除了電介質(zhì)效應(yīng)的腹部圖像（肝部同相和反相）

InPhaseFE160/2.3OutofPhaseFE220/3.8ConfidentialMulti-phaseTransmission–前列腺T2W.I.(FSE3000/75)FatSATT2W.I.(FSE4896/75)Confidential飛利浦ACHIVEA3.0TTXToshibaMedicalSystemsCorporation對(duì)比篇之一：飛利浦雙源RF射頻系統(tǒng)RF-SmartRFTXPoints（發(fā)射點(diǎn)）:

2Number

of

RFAmplifiers（射頻放大器個(gè)數(shù)）:2（CH)RFControl:Phase/AmplitudePre-scanrequired(需要預(yù)掃描—延長了掃描時(shí)間）ToshibaMedicalSystemsCorporation飛利浦Achieva3.0TTX（雙源RF）哈醫(yī)大四院圖像仍然存在電介質(zhì)偽影DWI圖像變形ToshibaMedicalSystemsCorporation飛利浦Achieva3.0TTX圖像（哈醫(yī)大四院）Achieva3.0TTX圖像不能真實(shí)顯示，髖骨有異常低信號(hào)ToshibaMedicalSystemsCorporation飛利浦Achieva3.0TTX圖像–哈醫(yī)大四院Inphase和outphase圖像信噪比低對(duì)比篇之“二”西門子的TrueForm雙源發(fā)射ToshibaMedicalSystemsCorporationDirectRFTimTXTrueForm?Dot(Dayoptimizingthroughput)EnginesDirectConnect?CoilsToshibaMedicalSystemsCorporationSIEMENS“3.0T“VERIO/SKYRA射頻B1場技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比RFTXPoints（發(fā)射點(diǎn)）:

2Number

of

RFAmplifiers（射頻放大器個(gè)數(shù)）:2RFControl:Phase/AmplitudePre-scanrequired(需要預(yù)掃描—延長了掃描時(shí)間）TXBoxTXBox太空艙---SiemensSkyra射頻發(fā)射和接收組件全部位于磁體外殼內(nèi)西門子RF系統(tǒng)—Skyra3TWholebody線圈RFOUT1RFOUT2DigitalRFTransmitterTrueForm

RFDesign---西門子TrueFormExcitation雙通道射頻并行激發(fā)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)射頻激發(fā)Optimizedamplitudeandphasetransmissionsettings.（優(yōu)化的相位和幅度設(shè)置，也可調(diào)相位和幅度）HomogeneousB1distribution相對(duì)均勻的B1分布（和傳統(tǒng)單源RF比）尚有殘余不均勻場需要解決（原因：雙源激發(fā)不夠充分）B1FieldPlotsConventionalTrueFormTrueForm

RFDesign—西門子a-SPACE西門子用a-SPACE組合絕熱激勵(lì)脈沖的a-SPACE(技術(shù)）序列，對(duì)射頻場的不均勻分布不敏感，從而克服射頻場不均勻(圖2)。---彌補(bǔ)其雙源射頻場不夠均勻（不足）之技術(shù)“一”！UniformRFdistributioninallbodyregions.PhantomimageintensitymapsConventionalTrueFormTrueForm

RFDesign—西門子B1FilterAnadaptiveInlineimagefilterthatreducesanyremainingB1effectswithoutaffectingimagecontrast.B1-Filter(射頻濾波器)具備可自動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)信號(hào)濾波器，能夠在不影響圖像對(duì)比度的情況下消除所有的殘余射頻場效應(yīng)，改善信號(hào)強(qiáng)度的均勻性（彌補(bǔ)其雙源射頻B1場不夠均勻之技術(shù)“二”）UniformRFdistributioninallbodyregions.TrueFormRFConventionalImageIntensityProfileBenefitsofTrueFormRFDesign----西門子TrueFormRFConventionalMAGNETOMVeriowith:TrueFormExcitationTrueFormProcesssingB1FilterUniformRFdistributionintheabdomen.西門子自己講課的PPT，大家認(rèn)為腹部用了TrueFormRF的圖像均勻嗎？S/N（信噪比）及對(duì)比度高嗎？ToshibaMedicalSystemsCorporation西門子自認(rèn)為不錯(cuò)的的下肢成像均勻嗎？西門子三大技術(shù)組合效果：均勻嗎？ToshibaMedicalSystemsCorporationGEMR750對(duì)比篇之三：GE射頻系統(tǒng)：MultiDriveRFTransmit,單源—兩個(gè)點(diǎn)發(fā)射；光纖射頻、128通道平臺(tái)GEDiscoveryMR750W70CM大孔徑、四源發(fā)射（緊跟東芝）DiscoveryMR750w3.0TAnew,leading-edgeMRsystemcombininga70cmpatient