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

  • 本实验位于逸夫科技楼404室,由姚红英老师等负责教学。

成像原理简介

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。

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

  • 自旋回波成像.doc

一、准备工作

1. 检查样品是否放好(大豆油或者芝麻)。

2. 打开电脑,打开“核磁共振成像分析仪”软件。

3. 选择“成像”菜单,选择“New”,选择“硬脉冲Fid(H_SP1D)”序列。

4. 打开仪器射频单元开关“POWER”,打开梯度放大器开关“POWER”。注意增益GAIN已经调好,一般不要调节。电子匀场也调好,不再调节。

二、拉莫尔频率的调节

5. 选择“硬脉冲Fid(H_SP1D)”序列,参数SF1(MHz)设为22,NS设为2,其余为默认值。按累加“ZG”,一般都会出现振荡衰减的FID信号。如果没有信号,改变O1(KHz)值,步长为10 kHz,直到出现FID信号。

6. 用自动方法寻找拉莫尔频率(方法参考书40页)如下:看到FID信号后,按“FFT”对信号做傅里叶变换,出现频率域的单峰信号;选中“一维处理”,选择“显示模谱”,点击按纽“||”,把窄峰拉宽;按“设置中心频率”,以这个频率,按“ZG”继续采集信号。重复找中心频率的步骤,直到最后出现没有振荡的衰减信号,而且FFT变换后的峰出现在0 kHz位置。这个频率就是准确的拉莫尔频率。

三、90 °、180 °软脉冲的调节

7. 按“New”,选择软脉冲Fid(S_SP1D)序列,设RFAmp1(%)值为8,用“ZG”采集信号,观察FID信号模值。

8. 增加RFAmp1(%)的值,步长为2,FID信号的模值会增加;不断增加RFAmp1(%)的值,直到FID信号的模值为最大(可局部放大模幅度值来比较)。此时的RFAmp1(%)值为90 °脉冲。注意累加次数“NS”选择2。但是最大值的位置不是很敏感。

9. 继续增加RFAmp1(%)的值,FID信号的模值会变小,找到FID信号的模值最小的RFAmp1(%)值,此时为180 °脉冲。

四、芝麻成像

10. 按“New”,选择软脉冲回波(S_SE1D)序列,把RFAmp2(%)的值设为 RFAmp1(%)的值的1.66倍。用“ZG”采集信号,微小调整RFAmp2(%)的值,使回波信号最大。注意累加次数“NS”选择2。

11. 按“New”,选择自旋回波成像(S_SE2D)序列。D1(s)设为1000,D0(ms) 设为500,TD为512,RG设为4,NS设为8,NE1设为256,GXAmp(%)设为70,SLICE设为0。GYAmp(%)设为50,GZAmp(%)设为48,其余参数为默认值。

12. 用累加“ZG”采集信号。

13. 采集信号结束后,按“FFT”观看芝麻图像。如果像素不是512512,则把它改成此值。

14. 如果图像不是很清晰,改变一些参数,再重新测量。

15. 如果图像清晰,再测量Y轴横断面图像。改SLICE为1,GYAmp(%)设为70,而GXAmp(%)改为50。

16. 可以存储所成的图像在电脑中。

17. 一次成像的时间可按下式计算:D0xNSxNE1 ms。

  • 加权像的研究和测试
  • 自旋回波成像不同层面图像的测试

实验报告要求

  • 实验前:认真预习,写出预习报告。应包括以下内容:实验目的、原理(必要的情况下,画出电路图或光路图)、内容和步骤(画出数据表格)
  • 实验中:记录实验条件、实验现象、实验数据以及实验中可能出现的问题和想法等,记录实验仪器的规格和型号。
  • 实验后:解释实验现象、分析实验数据、得出实验结论,针对实验中出现的问题和想法给予分析讨论,对于实验教材、实验内容本身或教师的带教方式的意见或建议等。
  • 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

mri参数对比度及加权像条件

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

pic002.jpg

       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:-P

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
 
exp/nmri.txt · 最后更改: 2018/04/12 12:51 由 yaohy
 
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