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1、Medical Imaging Technology磁共振成像()l核磁共振现象复习l自由感应衰减信号l梯度和梯度磁场lMRI的空间定位l二维傅立叶变换图像重建Medical Imaging Technology核磁共振现象复习核磁共振信号产生三个基本条件:1能够产生共振跃迁的原子核;2恒定的静磁场(外磁场、主磁场);3产生一定频率电磁波的交变磁场(射频磁场)。“核 ”:共振跃迁的原子核“磁 ”:主磁场和射频磁场“共振”:当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量,发生能级间的共振跃迁。Medical Imaging Technology核磁共振现象复习v:进动频率(Larmor
2、频率),Hz:旋磁比,Hz/TB0:外磁场强度,T对于1H,当B0 1T时,v约为42.5MHZLarmor方程Medical Imaging Technology核磁共振现象复习Medical Imaging Technology核磁共振现象复习Medical Imaging Technology核磁共振现象复习Medical Imaging Technology自由感应衰减信号线圈接收到的电势V的大小与MXY成正比,并且以Larmor频率振荡变化。Medical Imaging Technology自由感应衰减信号lFID信号的强度按指数规律衰减,强度的大小与T1、T2以及组织的质子密度有
3、关,FID信号是MRI系统的信号源。lMR信号除FID,还有自旋回波信号、梯度回波信号、刺激回波信号等等,这些信号需要使用特定的射频脉冲和梯度脉冲。Medical Imaging Technology梯度和梯度磁场l按B0方向,MRI磁体分纵向磁场磁体和横向磁场磁体,超导磁体都采用纵向磁场。l纵向磁场系统,Z轴定义为磁体的轴向,Z轴与被检者体轴平行。lX轴、Y轴及其正向通过右手规则定义,即以右手握住Z轴,当右手的四个手指从正向X轴以90转向正向Y轴时,大拇指的指向是Z轴正向。l坐标原点移至磁体中心得到MRI系统的坐标系统。MRI系统的坐标系Medical Imaging Technology梯
4、度和梯度磁场l 梯度l 梯度磁场Medical Imaging Technology梯度和梯度磁场梯度场单位长度上的磁场是线性递增的。根据0=B0,改变B0可改变0。也就是如果能使扫描平面上每一点具有不同的B0,人体不同部分受激发的原子核将在不同频率下共振。这一点用来编码受激原子核的空间信息(空间定位)。Medical Imaging Technology梯度和梯度磁场在B0上叠加一个变化小磁场B梯度磁场,使成像层面上各处的磁场改变。为得到任意层面的空间信息,MRI系统在X,Y,Z三个方向均使用梯度磁场GX、GY和GZ梯度。GX、GY和GZ分别由互相垂直的三组梯度线圈产生。扫描时,它们所产生的
5、梯度场B与B0叠加后共同作用于相关的体素。梯度线圈作用是动态地修改B0。Medical Imaging Technology梯度和梯度磁场l例:B0=1.0T,B=10mT/m,B0和B的叠加情况:l假如成像区域为50cm,由于梯度场B的作用,这时在磁体中心两侧(选层方向)产生2.5mT的场强变化,使其总场强分别变为0.9975T和1.0025T,这一微小差别足以使其共振频率发生显著变化。l正向的梯度场使相应坐标轴正向上的磁场线性增加、负向上的磁场线性减小,磁场中心的场强不变。l如施加正向的Z梯度GZ,意味着使磁体前方场强增加,使磁体后方场强减弱,磁体中心场强不变。Medical Imagin
6、g TechnologyMRI的空间定位lMR成像过程中,来自每个体素的MR信号必须同其他体素的信号相分离,方可转换成相应像素的亮度信号。l一般先通过层面选择和空间编码两个步骤来建立体素的空间坐标,然后才能重建图像。lMRI空间坐标建立是由三个梯度磁场来实现。Medical Imaging Technology断层选择l层面选择是通过三个梯度的不同组合来实现的。如果是任意斜面成像,层面的确定要两个或三个梯度的共同作用。l在Z向施加GZ后,沿Z轴各层面上质子的旋进频率:Z=(B0+ZGZ)lZ为Z坐标的函数,即垂直于Z轴的所有层面均有不同的共振频率,对每个层面来说,层面(等自旋面)内所有质子的共
7、振频率均相同。l脉宽越小,带宽越大,有可能选中多个层面甚至所有层面,必须选用窄带脉冲进行激发,才能实现每次只激发一层的选层的目的。Medical Imaging Technology断层选择静磁场静磁场z 轴梯度开启轴梯度开启0.5 T线性梯度场线性梯度场(z axis)通过轻微改变磁场强度来加快或减慢质子的进动频率Medical Imaging Technology相位编码相位编码前相位编码前当射频停止,质子几乎在同一相位Medical Imaging Technology相位编码相位编码相位编码施加的相位梯度改变了磁场强度,进而改变了进动的频率,质子以不同频率进动。Medical Imag
8、ing Technology相位编码相位编码后相位编码后如果梯度关断,质子又会以相同频率进动。Medical Imaging Technology相位编码同相同相梯度开启梯度开启梯度关断梯度关断90 pulseaa,b,c,dcdabcdabcdabcda,b,c,db“相位记忆相位记忆”相位记忆相位记忆Medical Imaging Technology频率编码ZYXx轴梯度开启Medical Imaging TechnologyMRI的空间定位选层相位编码(x)频率编码(y)相位编码后(x)Medical Imaging TechnologyMRI的空间定位Gradient Slice P
9、lane Slice Phase Frequency XY Z X or Y Y or X XZ Y X or Z Z or X YZ X Y or Z Z or Y 脉冲时序Medical Imaging Technology一维傅立叶变换Medical Imaging Technology一维傅立叶变换幅度/时间转换为幅度/频率,即时域变为频域时间时间频率频率单个频率单个频率单峰单峰两种频率两种频率两个峰两个峰Medical Imaging Technology多次相位编码l在每个数据采集周期中,相位编码梯度只是瞬间接通,总是工作于脉冲状态。l有多少个数据采集周期,该梯度就接通多少次,梯度脉冲的幅度变化多少次(每次施加时采用的梯度值均不同)。l相位编码梯度的一次变化称一个相位编码 步(phase encoding step)。128128的图像需要128个相位编码步才能完成。l梯度值是逐次等刻度递增的。Medical Imaging Technology二维傅立叶变换图像重建Medical Imaging Technology二维傅立叶变换图像重建Medical Imaging Technology二维傅立叶变换图像重建Medical Imaging Technology二维傅立叶变换图像重建Medical Imaging Technology二维傅立叶变换图像重建
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