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第06章

06-01
磁共振图像的创建

06-02
用梯度场对自旋进行定位

06-03
激发所选自旋

自旋回波成像
梯度回拨成像
06-04
空间编码

频率编码
相位编码
06-05
断层切片

切片限定
切片选择
06-06
多切片成像

06-07
成像实验全过程

频率编码
二维FT方法
06-08
部分Fourier成像

06-09
三维Fourier成像

06-10
并行成像



06-02  用梯度场对自旋进行定位

在成像实验中,我们并不需要知道信号的化学位移,我们需要知道的是自旋的空间位置,即,究竟是样品中哪个地方的自旋产生的信号。

图06-03展示了沿x-轴方向放置在不同位置的三个水样品。没有磁场梯度时,一个射频脉冲作用之后会产生相同频率的信号,经Fourier变换后,给出只有一个信号峰的谱图。

图06-03
沿x-轴方向放置在不同位置的三个水样品,在均匀磁场中和梯度磁场中的信号和谱图。当梯度场存在时,三个水样品产生与其所在位置相对应的、频率不同的三个信号。样品间频率的不同取决于他们的空间距离和磁场梯度的强度。
(FT即Fourier变换)


当梯度场存在时,三个水样品产生三个与其所在位置相对应的、频率不同的信号。正如之前所讲,Larmor频率是与磁场强度成正比的,一旦磁场发生变化,信号共振频率必将随之而变。因此,穿过样品的、线性变化的磁场将引起样品中不同位置自旋共振频率的线性变化。

这就是附加场梯度技术,参见图06-04。如今,所有磁共振成像技术都是利用场梯度来实现对自旋的空间编码。


图06-04

场梯度效应:共振频率与自旋所处空间位置一一对应,处于中心位置上的自旋的共振频率为其理论共振频率。此图所示为x-轴向上的梯度。


经Fourier变换处理之后,图06-03中三个水样品给出了与他们所处位置相对应的三个信号峰。样品间频率的不同取决于他们之间的空间距离和磁场梯度的强度。在磁体中心没有梯度效应,共振频率不发生变化。偏离磁体中心的两边,共振频率是增加还是降低取决于梯度的极性,参见图06-05。

图06-05
附加在静磁场中的磁场梯度。样品中不同位置的自旋感受到不同强度的磁场。处于中心位置的自旋感受到的磁场强度依然为静磁场强度,所以,自旋共振频率依然为ν0


(磁)场梯度是由放置在磁体内的一套线圈产生的。这套线圈可以在三个主轴方向(x, y, z)上产生均匀变化的磁场。在标准的医学成像仪上,线性变化的场梯度强度可达30毫特斯拉每米(mT/m),用小一点的梯度线圈或特殊的成像方法可获得更强的场梯度。

虽然与共振频率相比,磁场梯度引起的频率变化很小,但是,对于高分辨磁共振成像来说,这个很小的共振频率变化范围已经足够了。例如,想在30厘米的距离内产生一个25kHz的频率范围,所需场梯度强度仅为2 mT/m。

图01-04图03-08分别展示了全身成像仪中梯度场产生的原理和梯度线圈的形状。

图06-06是脉冲序列中脉冲磁场梯度的示意图,此图所示梯度脉冲为正向梯度。因为在 x、y和 z三个轴向上都有梯度,所以,在脉冲序列示意图中,梯度出现在三个电子通道上。通常会用几个不同的参数对梯度脉冲进行界定。

图06-06
脉冲序列中脉冲磁场梯度的示意图。


梯度的振幅由梯度线圈里的电流决定。梯度线圈内电压的变化速度决定梯度爬升时间;电压变化越快,梯度爬升时间就越短。



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