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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



06-03  激发所选自旋

配置梯度,虽然解决了对自旋定位的问题,但是也引起一个新问题,就是在射频脉冲作用之后,“打开梯度”这个环节使样品的磁共振信号强度显著降低,参见图06-07。

图06-07
使用梯度引起的散相。
(a) 信号最初位于y´-轴方向上并以由T2决定的速率衰减。
(b)磁场梯度的引入促使自旋加速散相。
(c)信号散相程度随时间消逝而加剧。图左边的实线箭头表示最后被观测到的信号。
(b)和(c)中的虚线箭头表示在没有梯度的条件下能被观测到的信号。


理想情况下,信号依旧保持在y´-轴方向上并以由T2决定的速率衰减。然而,即使是磁场中很微小的瑕疵,也能引起磁化矢量的散相。自旋会因为用来定位的梯度场的出现而加速散相。因此,当我们有足够稳定的梯度并能在梯度存在时测量信号时,能被检测到的信号要么很微弱要么已经完全消失。

为了解决这个问题,就必须在梯度场存在的条件下重建信号。自旋回波脉冲序列或者梯度回波脉冲序列都可以在梯度存在的条件下,实现对初始信号的重建,从而确保对信号的检测和空间编码得以顺利进行。


06-03-01  自旋回波成像

在发射90°脉冲后、经过一段时间τ之后,发射一个180°的脉冲就能形成自旋回波。90°脉冲作用之后,由于磁场不均匀性(ΔB0)引起的共振频率的变化导致磁化矢量散相。施加180°脉冲可以反转散相,再经过一段时间τ之后,ΔB0效应被抵消并形成自旋回波。回波的强度随T2衰减而降低。

100%的重聚只出现在自旋回波中心处,偏离回波中心越远,磁场不均匀性效应就越强。自旋回波序列也能促使化学位移效应在自旋回波中心重聚。因此,水和脂肪的信号将在回波中心同相。在一个非成像的自旋回波实验中,在180°脉冲作用之前和之后的散相效应是相等的。

在成像实验中,如图06-08所示,通常是通过调整场梯度的持续时间和大小来促使180°脉冲作用之前和之后的散相效应相等。

图06-08
梯度均衡的自旋回波实验序列。90°脉冲和180°脉冲之间的绿色标记的梯度脉冲的面积,与180°脉冲之后的梯度面积(绿色标记)是相等的。因为180°脉冲诱导了散相的反转,在回波中心位置,两个梯度引起的散相效应相互抵消。即在梯度存在的条件下形成了回波。



06-03-02  梯度回拨成像

要创建一个回波,除了使用180°脉冲之外,还可以使用场梯度。场梯度创建的是梯度回波。梯度回波在当前快速成像序列中应用很广泛。

射频脉冲之后,信号因T2衰减和局部场不均匀性的共同作用而逐渐衰减,这种效应用T2*表示。如图06-09、06-10和06-11所示,通过改变梯度的极性来调整被诱导的进动的方向,促使自旋重聚并在回波时间TE时刻形成梯度回波。为了产生梯度回波,不同极性的梯度面积必须相等[⇒ Hutchison]。

因为梯度迅速转换,梯度回波(GRE)实验观测的是延迟的、重新形成的FID。与自旋回波实验不同的是,梯度回波实验中磁场不均匀性效应是无法被抵消的,信号衰减很快,因此,在梯度回波实验中,回波时间相对来说很短。

图06-09
梯度回波的形成可以和赛跑这项活动进行类比(参照图04-18)。比赛开始之前,所有参赛者都位于起跑线上,比赛开始之后,参赛者之间的距离逐渐增大,附加梯度后,他们之间的距离进一步增大。随后,附加一个反向梯度,参赛者们同时调头并跑向起跑线。与自旋回波实验不同的是,参赛者们沿着自己的跑道跑回起跑线,形成梯度回波。


图06-10
梯度回波的形成。90°脉冲之后,一个180°脉冲能促使自旋形成回波,而连续两个极性相反的梯度脉冲-G和+G则促使形成梯度回波。自旋回波实验中,场不均匀性效应被抵消了,所以,自旋回波信号强度取决于T2;而梯度回波实验中,场不均匀性效应无法被抵消,因此,梯度回波信号强度则取决于T2*(T2*总小于T2)。


图06-11
在没有场不均匀性效应条件下,梯度回波的形成。逆时针方向!
(a)射频脉冲作用刚刚结束时,横向磁化矢量达到最大值,所有自旋同相;
(b)自旋开始散相,场梯度的引入使散相加剧。净磁化矢量消失;
(c)开启极性相反的梯度后,自旋开始重聚;直至
(d)形成梯度回波。



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