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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



06-04  空间编码

到目前为止,我们主要讨论了激发感兴趣区域内自旋的方法。要获得这个感兴趣区域的图像就必须知道自旋空间位置和其他相关的信息,接下来我们将讨论获取自旋空间布局信息的方法。这些方法可以分为两类:频率编码和相位编码。


06-04-01  频率编码

从概念上讲,频率编码是最简单的编码方法。在均匀的磁场里获取的样品磁共振信号中并不包含任何与空间布局有关的信息,因为样品内处于不同位置的同类自旋拥有相同的Larmor频率。然而,当附加一个场梯度之后,磁共振信号就含有共振自旋的空间布局信息了。如果在三个空间维度上旋转梯度,就能区分不同的样品或者体内不同组织的含量以及他们的空间布局。

如图06-12所示,沿x-轴和y-轴方向上放置的两个水样品,如果在x-轴方向上加一个梯度,我们得到的信息不足以推断出这两个样品的空间布局。但是,如果同时在x-轴和y-轴方向上附加梯度,重复进行三次实验,我们就能得到足够的信息以推断出他们的空间布局。

图06-12
同时在x-轴和y-轴方向上附加梯度,重复进行三次实验,即可获取两个水样品的在x-轴和y-轴方向上的空间布局。


通过梯度得到的投影可以被看成是与梯度垂直的一束光产生的影子。每个投影会显示物体在一个特定轴向上的布局。为了能够得到一个或者多个物体的形状和位置信息,就必须在0到180°范围之内,每隔1°或者2°获取一组投影。因为从180°到360°范围内获取的投影与从0到180°范围内获取的投影是相互重合的,所以无需获取360°范围内所有投影。

这种方式得到的投影经过数学处理就能得到物体的图像。这种方式,从概念上讲和X-射线CT成像相似,也是磁共振成像首次实验论证中所采用的方法 [⇒ Lauterbur],被称作投影重建技术或者反投影技术,参见图06-13。

图06-13
反投影技术:利用样品的三个投影即可推断出样品的方位和大致图像;投影越多,推断出的样品结构就越精准。


因为投影重建技术对主磁场的不均匀性效应特别敏感,所以,当前的临床MRI基本上不用这个技术。不过,最近在磁体工艺上取得的进步能消除这个技术缺陷,使得投影重建又重新受到关注。投影重建技术是扩散成像最具潜力的图像重建方法。因为在扩散成像中,运动导致的误差能严重降低由其他重建技术获取的图像的质量 [⇒ Jung]。


06-04-02  相位编码

在频率编码中,体系的激发是在没有梯度的条件下进行的,信号的采集是在梯度存在的条件下进行的。相位编码是在信号采集之前并在梯度存在时进行的。

射频脉冲作用刚刚结束时体系内所有自旋是同相,随后,自发的T2弛豫(和磁场不均匀性)开始影响体系,散相就开始了。但是,如果突然开启一个梯度,散相将加剧。散相速率取决于单个自旋的位置和梯度的强度。

即自旋的相位反映其空间信息。将拥有相同频率的磁共振信号的相位进行比较就可以实现相位编码。适当使用Fourier变换即可对这些信息进行提取。

图06-14显示了不同梯度对不同位置的自旋的作用效果。

图06-14
梯度诱导的相位角度取决于梯度的振幅和作用时间。当梯度作用时间不变,相位角度随梯度振幅(A-D)和极性(+A, -A)的变化而变化。


为了在y-轴方向上得到像素为n的图像,必须进行n次实验。相位梯度会在重复过程中逐次递增。相位梯度会随其振幅或者作用时间的变化而变化。最初是采用改变相位梯度作用时间的方式来改变相位梯度,但是,这种方式会导致不同程度的T2(或T2*)加权[⇒ Kumar]。因此,通过改变振幅促使相位梯度变化的方式更为可取[⇒ Edelstein]。

实际上,频率编码和相位编码是密不可分的。两者最主要区别是相位编码在开始采集信号之前就完成了,而频率编码和信号采集是同时进行的。频率编码可以利用信号随时间演化来获取足够多的数据点;而相位编码则无法利用这一点,只能通过重复实验来获取足够多的数据点。



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