东芝3T“四源发射”介绍-课件

ToshibaMedicalSystemsCorporation东芝3TRF“四源”发射技术专题讲座：

B1场特性RF信号的发射与接收综述ToshibaMedicalSystemsCorporation一）在高场强MRI中，

射频B1场遇到了什么问题？二）RF波（Radiowaveform)的电磁特性？三）什么是“1、电介质效应DielectricEffect？2、驻波效应standingwave？”四）多源发射的原理。五）

多相位发射解决了什么问题？六）RF信号的发射接收及各竞争对手技术对比。ToshibaMedicalSystemsCorporation一）高场强MRI遇到了什么问题？ToshibaMedicalSystemsCorporation高场磁共振成像系统(3T)优点具有了更高的信噪比、更快的成像速度和更好的分辨率。高场磁共振成像系统（3T)技术术难题

主要技术问题是由于人体和射频场之间的相互作用,使B1场的分布呈现出不均匀的特点,具体表现在成像中产生驻波效应、电介质伪影（抗电伪影）和局部SAR升高,限制成像质量和速度。为了解决射频场不均匀的问题,研发人员研制了专门和高磁场强度匹配的射频系统,目前射频场多源发射技术的提出为解决高场磁共振成像问题提供了新的方法,得到了十分满意的效果。ToshibaMedicalSystemsCorporation电介质、驻波效应局部SAR过高3T问题的示意图ToshibaMedicalSystemsCorporation三）RF（Radiowaveform)RF波的电磁特性？无线电波特性ToshibaMedicalSystemsCorporation在微波通信中，电磁波的单位是赫兹（Hz）---以德国物理学家赫兹名字命名！赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经一系列的科学实验证明，始终处于“预想”阶段。赫兹悉心研究了电磁波的折射、干涉、偏振和衍射等现象，并且证明了它们的传播速度等于光速。电磁波有能量、衰减和距离及导体（介质）有关！ToshibaMedicalSystemsCorporation◆质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波.◆质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波.●在波动过程中,振动相位相同的点连成的面称为波阵面（wavesurface）●波面中最前面的那个波面称为波前（wavefront）●波的传播方向称为波线（waveline）或波射线

平面波球面波无线电波特性ToshibaMedicalSystemsCorporation电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，振幅(Amplitude):振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅。相位(Phase):相位是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。是描述讯号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。周期(Period):物体完成一次全振动经过的时间为一个周期T。频率(Frequency):一秒钟内振动质点完成的全振动的次数叫振动的频率，其单位为赫(HZ)。波长(λ)：横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离。电磁波及其几个重要参数ToshibaMedicalSystemsCorporation波段波长频率传播方式主要用途长波30000~3000m10kHz~100kHz地波超远程无线电通信和导航中波3000~200m100kHz~1500kHz地波和天波调幅（ＡＭ）无线电广播电报通信中短波200~50m1500kHz~6000kHz短波50~10m6MHz~30MHz天波微波米波ＶＨＦ10~1m30MHz~300MHz近似直线传播调频（ＦＭ）无线电广播电视导航分米波ＵＨＦ1m~0.1m300MHz~3000MHz直线传播电视雷达导航厘米波10cm~1cm3000MHz~30000MHz毫米波10mm~1mm30000MHz~300000MHzRadioWaveform(无线电波）概念----RFPULSEToshibaMedicalSystemsCorporation射频发射电磁波基础

3.0T:λH20=26cm7.0T:λH20=11cm128MHz298MHz为什么越高的场强射频穿透能力越差？1.0T:λH20

=79cm1.5T:λH20=52cm64MHz42MHzToshibaMedicalSystemsCorporation二）Dielectriceffect电介质效应

Standingwaveeffect

驻波效应

WhatisDielectricEffect（什么是电介质效应）?

ToshibaMedicalSystemsCorporation所谓电介质，是指不导电的物质，即绝缘体，内部没有可以移动的电荷。若把电介质放入静电场场中。电介质原子中的电子和原子核在电场力的作用下在原子范围内作微观的相对位移，而不能象导体中的自由电子那样脱离所属的原子作宏观的移动。达到静电平衡时，电介质内部的场强也不为零。这是电介质与导体电性能的主要差别。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化，能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高，被称为绝缘体。气体电介质有空气、氢、六氟化硫

(SF6)

液体电介质有变压器油、石油、纯水

固体电介质有云母、瓷、橡胶、纸、聚苯乙烯ToshibaMedicalSystemsCorporation人体不同组织的导电性不同，RF发射后，不同组织对射频的吸收能力也会不同，这样就会导致射频电场的不均匀性，从而产生伪影。

主磁场强度越大，RF频率越高，RF不均一性也增大，因此电解质伪影在高场条件下比低场明显，在图像上表现为信号不均匀。

此外，高频RF在被照体中因透过、吸收、反射、共振引起的纵向磁化恢复差异也可造成RF不均匀，其结果是引起某些检查部位信号不均匀。ToshibaMedicalSystemsCorporation用“Wholebodycoil”扫描的图像用“8-channeltorso”线圈扫描的图像ShadingIsMoreApparentBecauseofHigherSNR阴影由于高信噪比更加明显ToshibaMedicalSystemsCorporation驻波效应：

当受检物的直径d=nλ时，受检物内部产生的强烈回波

(λ为B1-field波长).由于此回波产生驻波现象。导致FOV中央处信号强度增加，边缘减弱，场强越高，波的叠加越厉害

。At1.5T(63.86MHz):λ≈52cmAt3.0T(127MHz):λ≈26cm波的干涉是这样一种现象：两列相干波（即频率相同、振动方向相同、周相差恒定的两列波）相遇时，空间某些点的振动加强或减弱.上述现象简称干涉.驻波是波的干涉的特例.它是两列以相反方向传播的相干波迭加而成的.如果波在一个有限大小的物体内传播.遇到界面就会反射，入射波和反射波迭加的结果，就会产生驻波，因此驻波是常见的现象.WhatisStandingwaveEffect（什么是驻波效应）?

Standingwave(驻波）ToshibaMedicalSystemsCorporationImageofthestandingwave

（驻波效应示意图）

Incidentwave入射波

Reflectedwave反射波

Singesourcetransmissioncreatesanonuniformimageduetoastandingwave单源发射由于驻波效应产生不均匀的图像Multi-phaseTransmissionusemultipleRFsourcestocounterthisstandingwave

多相位发射用多源RF输出来解决驻波效应ToshibaMedicalSystemsCorporation3.0TRFPulse射频脉冲波长(26cm)是1.5T(52cm)的

½这种正玄波的射频脉冲和人体的直径是很接近的。很容易在体内产生驻波效应，在体表产生反射波，然后和入射波相叠加，产生叠加效应（信号增强或减弱）这可以简单的解释为：Flip（激发角度：射频脉冲能量）不同。图像中亮的地方Flip角度是正确的！图像中暗的地方Flip激发角度不够！ToshibaMedicalSystemsCorporation22-24cm22-24cm以头颅为例,无驻波问题ToshibaMedicalSystemsCorporation26cm40-50cm22-30cmAnincidentwaveAreflectedwave体部应用情况下,波长小于人体左右径，产生驻波ToshibaMedicalSystemsCorporation电介质效应存在任何场强的MRI中！由于受检体自身的物理特性使射频分布不均匀，积液、重度肥胖特性图像各方向信号强弱不均匀。场强越高，电介质效应会越明显处理方法：“扫描时加用衬垫、平行发射、平行接收。场强越高，电介质效应越厉害！（“7.0TMRI”8源发射）多通道线圈（multi-channelcoils）增强了电介质效应可用不同的方法来减少或消除电介质效应。肌肉比脂肪电介质效应更厉害。（肌肉是脂肪波长的四分之一）所有厂家都在研究如何用不同的方法减少或消除电介质效应！TheTruthAboutDielectricEffect告诉您一个真实的：“电介质效应”

SAR是由国际电子协会规定的任意五分钟内不超过8W/Kg

或者全身扫描15分钟内不超过4W/kg射频能量在体内的耗散将导致组织产热3.0T比1.5T的SAR值高四倍SAR值的限制影响了扫描

（扫描速度、图像质量）3.0T比1.5T的SAR值高四倍！SAR(SpecificAbsorptionRate定义(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哪些参数影响SAR?ToshibaMedicalSystemsCorporationHighconductivitypadgoesbetweenthecoilandthepatient病人和线圈之间放置高传导性的垫子

—减少反射。DiluteManganeseChloridesolution稀释的氯化锰溶液传统的解决办法（电介质垫）

NoPadWithPadToshibaMedicalSystemsCorporationHowtouseDielectricPads(如何使用电介质垫）ToshibaMedicalSystemsCorporationMulti-TransmissionConcept多源发射概念射频技术发展ToshibaMedicalSystemsCorporationSingle(QD)Transmission

单源发射射频（RF)放大器个数：1射频（RF）

发射点：2

无RF参数控制

导致：不均匀的RF分布,产生阴影！1stGenerationTransmissionTechnique第一代发射技术ToshibaMedicalSystemsCorporationConventionalRFTransmission传统的RF发射SingleAmplifier

单个放大器2

RFTransmissionPoints两个RF发射点LimitedorNoRFParameterControl有限的或没有RF参数控制ToshibaMedicalSystemsCorporationSingleTransmission射频（RF）放大器个数:1射频（RF）发射点:2

RF参数控制RF

相位可调

导致：不均匀的RF分布

少量的阴影2ndGenerationTransmissionTechnique第二代发射技术以飞利浦Achiva3.0TTX/Ingenia和西门子Verio/Skyra为代表ToshibaMedicalSystemsCorporation多源发射射频（RF)放大器个数：2射频（RF）发射点:2

RF参数控制：RF

相位RF

幅度

导致改进，更少量阴影需要pre-scan预扫描时

来调整相位和幅度3rdGenerationTransmissionTechnique第三代射频技术东芝：业内唯一四源（点）发射

彻底消除电介质伪影，提高图像质量，减少扫描时间ToshibaMedicalSystemsCorporation多相位发射技术射频（RF)放大器个数：2射频（RF)发射点（源）:4RF参数控制（4点单独可调）RF

相位RF

幅度Result均匀的RF分布，无阴影无需Pre-scan

（预扫描）：相位和幅度无需调整4thGenerationTransmissionTechnique第四代发射技术ToshibaMedicalSystemsCorporationMulti-phaseTransmissionDual

Amplifiers

双发射机4

RFTransmissionPoints

4个射频发射点（源）PhaseandAmplitudeControl相位和幅度可调NoPrescan没有预扫描(指相位和幅度调整)Number

of

RFAmplifiersRFTXPointsRFControl12None各代及各家“RFTransmission（射频发射）”技术对比RFAmplifierRFTXPointQDRFTransmissionSingleTransmissionMultiTransmission2(2ch)2Phase/AmplitudePre-scanrequiredPhilipsTX/IngeinaS:Verio/SkyraGE:750W

PhaseAmplitudePhaseAmplitudePhase4thGenerationAmplitudePhaseAmplitudePhase12PhaseadjOnlyGE750TimTrioConfidentialMulti-phaseTransmission2(2ch)4Phase/AmplitudeadjNoPre-scanToshibaTitan3T1stGeneration2ndGeneration3rdGenerationToshibaMedicalSystemsCorporation业内第一款四源并行发射系统ToshibaTitan3T“B0+B1场”--业内最优ANALOGICAN8135-2TDualChannel3.0TRFAmplifierToshibaMedicalSystemsCorporation高效、高稳定度、水冷世界著名公司ANALOGIC发射机RFOut1RFOut2Confidential36特点：-Titan3T特有-中心频率123.1MHz-2输入2输出-水冷降温WaterINWaterOUTRS422fromRFIF3T(Gate,errorinterrupt,RFouttoFilerPanelBNCConnectorstoRFIF3T(FWD,REFL)RFinputfromFSMCH1CH2ANALOGICAN8135-2TDualChannel3.0TRFAmplifierConventionalMRItransmitterOneamplitude/phasecontrolSameamplitude,fixedphase(90degree)Twofeedingports16rungbirdcagecoilConventionalMRItransmitter3Ttorsoimageswithaconventionaltransmitter090WaveformgeneratorRFpoweramplifierHybridsplitterB1shimmingparametersB1fieldcanbemoreuniformbyadjustingRFcurrentoneachrungNumberoffeedingportsNumberofindependentcontrolsPresetorprescantodeterminetheparametersB1IB1fieldiscreatedbycurrentonrungsRFpoweramplifiersHybridsplittermatrixWaveformgenerators::::::“四源”示意图（18KW+18KW=36KWMAX)ToshibaMedicalSystemsCorporationRFINPUT2RFCoilChannel#1放大器1fRFINPUT1Channel#2Amp2放大器2fAmp1调相电路调幅电路调相电路调幅电路18KW18KW主机系统控制1324实物对照图及示意图ToshibaMedicalSystemsCorporationCH1CH2RF

amplifierWBcoil18KW18KWFilterCabinet(滤波柜）Front前HYBRIDSPLITTER相位及幅度调整电路ToshibaMedicalSystemsCorporation4源发射（并行发射）解决了什么？ToshibaMedicalSystemsCorporation东芝4源并行发射系统优点1）可分别调节每个射频源的相位及幅度。2）可根据人体解剖位置，自动优化均匀射频场（B1Auto-Shimmed）。3）和单源、双源相比：彻底消除电介质伪影，大

幅提高腹部图像的图像均匀度和质量。4）降低20%SAR值，还提高扫描速度40%。东芝4源并行发射系统优点ToshibaMedicalSystemsCorporation并行多射频源发射

单个射频发射并行多通道射频发射

=均匀分布的RF=有效地控制SAR四源发射

局部SAR值高并行多射频源发射:更快的扫描速度SAR值分布均匀扫描时间缩短40%BodyregiondependenceRelativeAmplitudeRelativePhaseHeadShoulderPelvisKneeC-SpineAbdomenTheB1shimmingsolutionTwochannelsPresetparametersetsforeachbodyregionAnatomyShimHeadAShoulderBAbdomenBPelvisCHandBC_SpineBTL_SpineBExtremityDAnkleBRFpoweramplifiersFSMC2FSMToshibaMedicalSystemsCorporation实际临床图像对比没有B1匀场

T2WIT2WI有B1匀场（东芝四源发射）

Multi-phaseTransmission–腹部图像3DFFE3.7/1.33DFatSATConfidentialMulti-phaseTransmission消除了电介质效应的腹部图像（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飞利浦ACHIVEA3.0TTXToshibaMedicalSystemsCorporation对比篇之一：飞利浦双源RF射频系统RF-SmartRFTXPoints（发射点）:

2Number

of

RFAmplifiers（射频放大器个数）:2（CH)RFControl:Phase/AmplitudePre-scanrequired(需要预扫描—延长了扫描时间）ToshibaMedicalSystemsCorporation飞利浦Achieva3.0TTX（双源RF）哈医大四院图像仍然存在电介质伪影DWI图像变形ToshibaMedicalSystemsCorporation飞利浦Achieva3.0TTX图像（哈医大四院）Achieva3.0TTX图像不能真实显示，髋骨有异常低信号ToshibaMedicalSystemsCorporation飞利浦Achieva3.0TTX图像–哈医大四院Inphase和outphase图像信噪比低对比篇之“二”西门子的TrueForm双源发射ToshibaMedicalSystemsCorporationDirectRFTimTXTrueForm™Dot(Dayoptimizingthroughput)EnginesDirectConnect™CoilsToshibaMedicalSystemsCorporationSIEMENS“3.0T“VERIO/SKYRA射频B1场技术及优缺点对比RFTXPoints（发射点）:

2Number

of

RFAmplifiers（射频放大器个数）:2RFControl:Phase/AmplitudePre-scanrequired(需要预扫描—延长了扫描时间）TXBoxTXBox太空舱---SiemensSkyra射频发射和接收组件全部位于磁体外壳内西门子RF系统—Skyra3TWholebody线圈RFOUT1RFOUT2DigitalRFTransmitterTrueForm

RFDesign---西门子TrueFormExcitation双通道射频并行激发系统来实现射频激发Optimizedamplitudeandphasetransmissionsettings.（优化的相位和幅度设置，也可调相位和幅度）HomogeneousB1distribution相对均匀的B1分布（和传统单源RF比）尚有残余不均匀场需要解决（原因：双源激发不够充分）B1FieldPlotsConventionalTrueFormTrueForm

RFDesign—西门子a-SPACE西门子用a-SPACE组合绝热激励脉冲的a-SPACE(技术）序列，对射频场的不均匀分布不敏感，从而克服射频场不均匀(图2)。---弥补其双源射频场不够均匀（不足）之技术“一”！UniformRFdistributioninallbodyregions.PhantomimageintensitymapsConventionalTrueFormTrueForm

RFDesign—西门子B1FilterAnadaptiveInlineimagefilterthatreducesanyremainingB1effectswithoutaffectingimagecontrast.B1-Filter(射频滤波器)具备可自动调节的实时信号滤波器，能够在不影响图像对比度的情况下消除所有的残余射频场效应，改善信号强度的均匀性（弥补其双源射频B1场不够均匀之技术“二”）UniformRFdistributioninallbodyregions.TrueFormRFConventionalImageIntensityProfileBenefitsofTrueFormRFDesign----西门子TrueFormRFConventionalMAGNETOMVeriowith:TrueFormExcitationTrueFormProcesssingB1FilterUniformRFdistributionintheabdomen.西门子自己讲课的PPT，大家认为腹部用了TrueFormRF的图像均匀吗？S/N（信噪比）及对比度高吗？ToshibaMedicalSystemsCorporation西门子自认为不错的的下肢成像均匀吗？西门子三大技术组合效果：均匀吗？ToshibaMedicalSystemsCorporationGEMR750对比篇之三：GE射频系统：MultiDriveRFTransmit,单源—两个点发射；光纤射频、128通道平台GEDiscoveryMR750W70CM大孔径、四源发射（紧跟东芝）DiscoveryMR750w3.0TAnew,leading-edgeMRsystemcombininga70cmpatient