第二节　梯度系统

梯度磁场（gradient magnetic field）是磁共振成像的必要条件之一。一个线性良好、可快速开关的梯度磁场，可以动态修正静磁场，对信号源进行准确空间定位。除此之外，在梯度回波和一些快速成像序列中，梯度磁场的翻转还有着射频激发后使相位重聚的作用。梯度系统是MRI系统中非常重要的部分，其性能高低直接影响MRI系统的整体性能。

一、梯度系统组成

梯度系统主要由梯度控制器、数模转换、梯度放大器、梯度线圈等组成（图2-2-1-1）。

图2-2-1-1　梯度系统组成示意图

为了驱动梯度线圈正常工作，应有相关的设备支持，包括梯度控制器、梯度放大器等；三组梯度线圈分别由三个相同但独立的梯度放大器驱动，故三组梯度线圈可以独立工作

梯度磁场由梯度线圈产生。为达到空间定位目的，任何一个空间方向都应产生一个微弱梯度磁场，且至少应有三组梯度线圈（图2-2-1-2）。每组梯度线圈由两个电流方向相反的线圈组成，线圈之间的距离是特定的。两个线圈之间可以产生一个线性变化的磁场，这个磁场就是梯度磁场。梯度线圈被安装在磁体内部，其场强比B0小许多倍。但是，流经梯度线圈的电流往往超出100A，如此大的电流会导致梯度线圈温度升高，如果不对其冷却，梯度线圈有可能被烧毁。因此，必须装备梯度冷却系统。常见的冷却方式有水冷和风冷两种。

图2-2-1-2　梯度线圈示意图

三组梯度线圈在磁体内实际上相互套叠，为方便理解，上图将其拆开展示

决定梯度系统性能最重要的指标有两个：梯度磁场的场强和切换率（或上升时间：ms）。梯度磁场的场强越强，回波延时时间TE越短，整个系统的表现越好。目前，高场MRI系统梯度磁场场强可以达到45mT/m。但是，梯度电流受到梯度放大器的限制，要进一步提高场强是非常困难的。梯度切换率反映的是梯度磁场到达某一预定值及其变化的速度。梯度切换率越高（爬升时间越短），梯度磁场变化越快，梯度磁场作用时间越小，扫描时间也越短。目前，MRI系统的梯度切换率可高达200mT/（m•s）。

二、涡流

涡流是由变化的磁场产生的感应电流，这种电流在金属体内自行闭合。在梯度磁场快速切换时，磁体内梯度线圈周围存在的各种金属材料（各类线圈、屏蔽、金属架构等），可感应出变化的涡流。涡流也可以产生随时间变化的磁场，并附加在梯度磁场上（图2-2-2-1）。当梯度电流增加，涡流会突然增大，阻碍梯度电流上升。当梯度电流减少时，涡流会反方向作用，延长梯度电流的作用时间。

图2-2-2-1　涡流对梯度磁场影响示意图

涡流能降低静磁场的均匀度，扭曲梯度脉冲的波形，使图像质量明显下降。因此，必须对梯度电流进行补偿。理想的方法是采用梯度磁场屏蔽，使涡流场被压缩在扫描孔内。