磁共振系统技术之匀场
匀场，顾名思义就是要使磁场的强度均匀。
为什么需要匀场？
首先回顾MR的基本理论：在一定磁场方向的前提下，施加垂直于主磁场方向的射频场将会使氢质子产生偏转，偏转后的恢复过程产生有用的MR信号。这个偏转，其实就是我们磁共振中的“共振”二字产生的。
什么是共振？
笼统来讲就是具有相同的频率。那么要产生磁共振，就需要主磁场下氢质子的拉莫尔进动频率（前面有讲到过）等于射频场的频率。
下面我们会具体讲解一般磁场的性状
被动匀场(Passive shim)
主动匀场(Active shim)
被动匀场
通过测试设定点位的磁场强度，利用有限元或者差分的方式计算出要求匀场区域内部的磁场均匀度分布，从而计算出铁片添加的位置和数量。然后将计算得到的铁片贴入匀场条的固定位置内，最终将匀场条插入磁体相应位置。
被动匀场的特点是匀场方式非常直接有效，可以在均匀度很差的情况下将磁感线拉回，但是缺点是程序非常复杂，一般需要1天到1周的时间进行匀场，同时如果日后周围环境发生了变化导致磁场均匀度变差，必须要重新进行被动匀场操作。
主动匀场
利用电磁线圈产生的磁场对主磁场进行补偿。由于人体也是一个逆磁性物质，在磁体内的病人同样会改变磁场的分布，并且不同的人对磁场的改变还是不一样的，因此就需要引入能够针对每一个病人适时进行改变的主动匀场。
主动匀场大体又分为两种：一阶主动匀场；高阶主动匀场。
首先介绍匀场中‘阶’的概念，‘阶’就是数学中线性方程中的阶数，由于MR系统的空间坐标系中有X，Y，Z三个方向，所以可以得到以下推导：
一阶：线性方程： T=X+Y+Z
对应空间坐标就是一条线性的直线，因此一阶主动匀场就是在原有主磁场叠加一个线性磁场用来补偿磁场的不均匀，可以直接用梯度线圈实现此功能，方法就是在X，Y，Z轴线圈上施加适当的电流。
一阶主动匀场的好处是实现起来比较简单，有现成的梯度线圈和梯度放大器可以直接实现，并且补偿速度很快。同时每一次扫描之前都可以通过进行适当的扫描分析得到补偿的参数从而使磁场均匀。
一阶主动匀场的缺点是拟合精度不够，空间磁场的均匀度不可能是线性的，所以线性补偿只能在一定区域和一定程度上进行补偿，因此对磁场均匀度的提升效果有限。
高阶：一般使用二阶线性方程：T=(X+Y+Z)2
对应空间坐标就是一个二阶曲线。明显二阶曲线具有更好的曲线拟合能力，但是实现起来也更加复杂。
将二阶方程分解：T=X2+Y2+Z2+2XY+2XZ+2YZ
从分解可以看出，需要使用6个可控的线圈才能够实现2阶主动匀场。一般高阶主动匀场的线圈制作在梯度线圈内，在实际使用时与1阶主动匀场的梯度场共同作用，使磁场更加均匀，同时在设计时会根据磁场分布规律将分解方程进行简化从而减少主动控制线圈数量以及放大器数量。
由于成本较高，因此高阶主动匀场一般高端的3T核磁共振系统才会使用。同理，有兴趣的话大家可以计算如果要实现三阶主动匀场需要付出的代价，由于磁场均匀的边界效应是逐渐降低的，因此已经没有必要去花费极大的代价实现二阶以上的主动匀场了。
