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MedicalImagingTechnology磁共振成像(-)核磁共振现象复习自由感应衰减信号梯度和梯度磁场MRI的空间定位二维傅立叶变换图像重建MedicalImagingTechnology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。MedicalImagingTechnology核磁共振现象复习v:进动频率(Larmor频率),Hzγ:旋磁比,Hz/TB0:外磁场强度,T对于1H,当B0=1T时,v约为42.5MHZ0vBLarmor方程MedicalImagingTechnology核磁共振现象复习00zxyMMMMedicalImagingTechnology核磁共振现象复习MedicalImagingTechnology核磁共振现象复习MedicalImagingTechnology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。MedicalImagingTechnology自由感应衰减信号FID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关,FID信号是MRI系统的信号源。MR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。MedicalImagingTechnology梯度和梯度磁场按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。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。X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。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MedicalImagingTechnology梯度和梯度磁场梯度xyzBBBGGiGjGkijkxxx梯度磁场GxyzBxGiyGjzGkMedicalImagingTechnology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ω0=γB0,改变B0可改变ω0。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)。MedicalImagingTechnology梯度和梯度磁场在B0上叠加一个变化小磁场ΔB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,它们所产生的梯度场ΔB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。MedicalImagingTechnology梯度和梯度磁场例:B0=1.0T,ΔB=10mT/m,B0和ΔB的叠加情况:假如成像区域为Φ50cm,由于梯度场ΔB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。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。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。MedicalImagingTechnologyMRI的空间定位MR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。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。MRI空间坐标建立是由三个梯度磁场来实现。MedicalImagingTechnology断层选择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。在Z向施加GZ后,沿Z轴各层面上质子的旋进频率:ωZ=γ(B0+ZGZ)ωZ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)内所有质子的共振频率均相同。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。MedicalImagingTechnology断层选择静磁场z轴梯度开启0.5T线性梯度场(zaxis)通过轻微改变磁场强度来加快或减慢质子的进动频率MedicalImagingTechnology相位编码相位编码前当射频停止,质子几乎在同一相位MedicalImagingTechnology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。MedicalImagingTechnology相位编码相位编码后如果梯度关断,质子又会以相同频率进动。MedicalImagingTechnology相位编码同相梯度开启梯度关断90°pulseaa,b,c,dcdabcdabcdabcda,b,c,db“相位记忆”相位记忆MedicalImagingTechnology频率编码ZYXx轴梯度开启MedicalImagingTechnologyMRI的空间定位选层相位编码(x)频率编码(y)相位编码后(x)MedicalImagingTechnologyMRI的空间定位GradientSlicePlaneSlicePhaseFrequencyXYZXorYYorXXZYXorZZorXYZXYorZZorY脉冲时序MedicalImagingTechnology一维傅立叶变换MedicalImagingTechnology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频率单个频率单峰两种频率两个峰MedicalImagingTechnology多次相位编码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。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)。相位编码梯度的一次变化称一个相位编码步(phaseencodingstep)。128×128的图像需要128个相位编码步才能完成。梯度值是逐次等刻度递增的。MedicalImagingTechnology二维傅立叶变换图像重建MedicalImagingTechnology二维傅立叶变换图像重建MedicalImagingTechnology二维傅立叶变换图像重建MedicalImagingTechnology二维傅立叶变换图像重建MedicalImagingTechnology二维傅立叶变换图像重建
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