实验8 核磁共振基础及成像原理
核磁共振成像学实现物体内部物质的成像,具有广泛的应用.其中最为广泛的应用是在生物医学领域.目前医院用于人体成像的核磁共振成像仪器磁场在1.5T.我们实验室的仪器磁场在0.5T左右.可用于芝麻,花生,黄豆类样品的成像.也可以做大量教学上的原理性实验.
实验室
- 本实验位于恒隆物理楼153室,由姚红英,王熠华,张成等老师负责教学。
成像原理简介
- PPT课件请见课程微信群和学习通
- 建议阅读:mri常规技术和新技术.pdf,网上广泛流传的电子书,前几节介绍核磁共振的原理很清楚,图很好
实验室可提供的主要器材
- NMI20Analyst 台式核磁共振成像仪、大豆油、芝麻、试管等。
主要技术参数:
- 主磁场:采用0.53Tesla永磁体,相当于质子共振频率为22.5MHz的磁场强度;
- 标准φ15mm样品空间
- 成像质量:图像信噪比>60dB,图像线性度(x, y, z三个方向)>90%,空间分辨率>0.1mm;
- 射频场:射频脉冲发射频率范围为5MHz-30MHz;
- 磁体控温:腔体控温精度为32±0.01℃(正常开机5小时后);
- 磁极直径:165mm;
- 磁极间隙:35mm;
- 磁场均匀度:15.0ppm(10mm×10mm×10mm);
- 样品直径: 10mm(样品管外径尺寸)标准粉末样品、液体、固体样品均可使用;
- 分析目标核:能准确测量1H核的T1和T2驰豫时间;
- 射频功率放大器:峰值输出平均功率:大于25W,线性失真度<0.5%,占空比>10%;
- 操作软件:具备标准的驰豫时间测量程序,并可与WINDOW操作系统兼容。
- 谱仪(DDS频率发生和控制卡、DAC梯度控制卡、ADC信号采样卡):
- 12bit数据采样,数字化接收机;
- 数字化频率源,直接输出核磁共振所需要的波形;
- 采用先进硬件研制的脉冲序列程序库可实现复杂的实验。DDS频率源:10KHz~120MHz可调,可提供Sinc 、Gauss幅值、频率可调的激励软脉冲
实验目的、意义和要求
- 通过本实验可以掌握MRI基本原理,了解几种成像参数对图像的影响。
实验前应回答的问题
- 什么是核磁共振现象?
- 什么是磁化强度矢量M ?
- 什么是弛豫过程和弛豫时间?
- 什么是自由感应衰减(free induction decay)信号(FID信号)和自旋回波信号(SE信号)?
- 磁共振成像的简要过程包括哪几个步骤?
实验内容
1:用标准油样测定系统参数
1.1测定共振频率;
1.2测定90和180硬脉冲参数。
2:样品(小鼠大脑等)的弛豫时间T2和T1测定
2.1 自旋回波的观测;
2.2 横向弛豫时间T2的测量;
2.3 纵向弛豫时间T1的测量。(选做)
3:样品(小鼠大脑等)的磁共振成像
3.1 成像参数设置;
3.2 T1和T2加权像测量。
实验报告要求
- 按照实验报告纸的格式完成一、实验目的、二、实验原理思维导图、三、实验仪器及实验内容、四、实验记录、五、数据处理和分析(作图纸请另附)、六、实验结论
- 下次来做实验时交给指导老师。
MRI参数对比度和加权像的条件
T1对比度
为了产生T1加权像,TR值选得等于组织的T1值,在组织恢复到磁化强度的63%时图像就被快摄下来
两种组织之间T1对比度的形成
质子密度对比度 TR为三倍的T1,可以产生质子密度对比度
质子密度对比度的形成
T2对比度
选择长TE就会得到T2对比度,但要兼顾信号强度
T2对比度的形成
加权像的条件
单个组织的亮度和不同组织间的对比度是由TR和TE之间的关系以及组织的基本特性(即质子密度、T1和T2)所决定。在大多数MR图像中,对比度并不是由某一组织特性决定的,而是由三个组织因素共同决定的。 同一时间,具有最短T1的组织却具有最大的磁化,所以具有短T1的组织在T1加权像中是亮的
- T1加权像的条件
短TR 和短TE
- T2加权像的条件
长TR和长TE
- 质子密度加权像的条件
长TR和短TE
图像质量好坏的分析
图像的亮暗 信号的强弱
- 体素大小 增大
- 重复时间 加长
图像的清晰度 信号噪声比
- 体素大小 增大
- 采集次数 增加
- 相位编码数 增加
空间分辨率
- 降低层厚
- 增加采样点数
- 增加相位编码数
图像大小及形状
对固定大小的成像样品而言,视野越大,样品在图像中越小.
图像的宽度
- 与采样谱宽SW成反相关
- 与频率编码梯度成正相关
图像的高度
- 与相位编码数成反相关
- 与相位编码时间D1成正相关
- 与相位编码梯度成正相关
参考资料
- 熊国欣, 李立本. 核磁共振成像原理. 北京: 科学出版社, 2007, 8
- 俎栋林 . 核磁共振成像学. 北京:高等教育出版社, 2004, 1
- 赵喜平. 磁共振成像. 北京: 科学出版社, 2004, 11
- Perry Sprawls( 黄诒焯翻译). 医学成像的物理原理. 北京:高等教育出版社, 1993,建议阅读MRI这章
问题与讨论
老师,我对为什么选择软脉冲作为MRI成像的射频脉冲很感兴趣,在查阅相关资料时,发现大多数资料都会提到说“软脉冲频带较短,边缘陡直,有很好的选择激励性”,请问什么是“选择激励性”?——魏依绸13301050253“选择激励性”就是可以激发较小范围的样品产生工作信号。在选层梯度场作用下,磁场有个小的变化范围,共振的条件是射频场频率和磁场一一对应,如果射频脉冲的频率范围很窄,就可以选出一个较薄的层面了(只有这个层面产生共振信号)。——姚红英