脑的生理基态的舰租图像分析及计算机辅助诊断研究

1、脑的生理基态的舰租图像分析及计算机辅助诊断研究2012-02-24 论文导读:原子、分子、离子的振动和转动，电子轨道运动和自旋与运动都会在核自旋的位置上产生一个变化的电磁场，这个电磁场的频率和相位是杂乱的。当其中有某种频率成分的电磁场，其能量和Zeeman能级间距相等的时候，就会引起能级跃迁。通常晶格系统热容量比自旋系统.原子、分子、离子的振动和转动，电子轨道运动和自旋与运动都会在核自旋的位置上产生一个变化的电磁场，这个电磁场的频率和相位是杂乱的。当其中有某种频率成分的电磁场，其能量和Zeeman能级间距相等的时候，就会引起能级跃迁。通常晶格系统热容量比自旋系统热容量大的多。自旋系统中可以从晶

2、格中找到与之匹配的电磁场，使Zeeman能级上核自旋数趋近于波尔兹曼分布，形成净磁化强度M当在与B。垂直的方向上施加与p同方向旋转的RF场Bl，即M。受到扰动，偏离平衡位置。当扰动解除后，Mz总是向M恢复。T，短意味着弛豫过程快，也意味着晶格场中与Zeeman能级间距近似的电磁场成分较强，反之，TI长则意味着晶格场中的这种电磁场成分较弱。对不同物质，T，差别较大，从数百m:到数天。纯水的Ti=3s。人体水的T;约为500ms一ls范围，固体中T;很长，几小时甚至几天。理论上，达到热平衡，需要无限长时间，但是，当怜ST:时，n已经接近平衡态时n。的9933%，非常接近1，所以一般取怜5TI作为达

3、到热平衡的时间。核磁矩p在外场中B。极化后，绕B。以。进动，它在邻近的核磁矩“处产生频率为。的局部旋转磁场BL，由于两者为同类核，进动频率相同，相互作用容易(交换能量，交换自旋角动量)，这个过程可在整个自旋系综内发生，能量子在邻近核自旋之间传递。这种能量转移的速度取决于自旋一自旋相互作用的强沁声，次驴俘士学徒论文筱磁共狠原理度，用一个自旋一自旋弛豫时间TZ来描述。自旋一自旋弛豫通常比自旋一晶格弛豫要快，在人体中T;一般比T:大一个量级。同时，BO与BL场的叠加，使对应的Zeeman能级发生展宽，即NMR的共振线有一定的宽度。固体几很短，达到微秒量级，共振线宽(l/Tz)很大。在液体中，分子布朗

4、运动很快，T:比较长，线宽比较窄。Bloch方程告诉我们NMR信号以特征时间T:衰减。然而，实际上测得的信号比预期中短许多，原因是主磁场微弱的不均匀性以及组织间磁化率不同使得边界的磁场发生扭曲，因此体内不同部位的原子核感受到的外加磁场强度不同，使得进动频率也有不同，故除了原子核之间的随机能量交换所造成的相位一致性消失之外，磁场不均匀使得相位更为不一致，所以信号的衰减速率比只有几弛豫的情况下更快。根据Lannor进动关系 (l.2)式，可以得出空间变化的磁场将引起包含空间信息的共振频率的变化，这就是空间编码技术原理。1973年Lal滋erbUr教授设计并成功进行了NMR成像实验获得了第一幅NMR

5、图像4。其实验设备是一个连续波NMR波谱仪，所用样品是两个内径为1的毛细玻璃管装满水，固定在d=_4.2粗玻璃管内，为避免磁化率不均匀效应，大玻璃管内装重水，在大玻璃管外面绕盯线圈，梯度磁场在zx平面上旋转4次。梯度在0o到1800度之间每隔450旋转一次，如此得到4个投影，由四个投影直接背投影而得到两个装水毛细管的MR像。RF脉冲是指产生Bl射频磁场的脉冲。B;是驱动或激发磁化强度M。进行章动，从而产生MR信号的动力场源。在M租中，对RF脉冲有特定的要求。每个NMR图像数据的获得都由一个程序脉冲序列 (pulsesequence)来管理。临床最常用的脉冲序列大体分为三大类。它们分别是自旋回波

6、(SE)、反转恢复(IR)和梯度回波(GE)。每一类又包括若干种的改进变化。层面选择是开启梯度磁场Gz，导致在Z轴上不同位置的原子核进动频率不同，在利用某一频率的射频脉冲便可选择性的激发某一切面的原子核，而不会影响到其它层面的原子核。被激发的层面宽度由梯度磁场的单位距离变化量和射频脉冲的频宽共同决定，梯度变化越大、脉冲频宽越窄会使得层面越薄。在激发了某一层面的原子核后，在层面的两个轴向加上空间讯息，就能在射频脉冲关闭后，从测得的弛豫信号中分辨出X一Y平面上的位置。频率编码是在层面上的其中一个轴向例如X方向进行频率编码，加入X轴位置的讯息。做法是在选好层面之后，开启一个X方向的梯度磁场，此时X方

7、夕母声，次才俘士学徒论文袱磁共狠康理向不同位置的原子核感受到的磁场略有不同，也用不同的频率进动，不同位置的FID也会以不同的频率衰减，实际测量到的讯号是不同位置的讯号的叠加，可用傅立叶转换将不同频率的讯号分析出来，不同频率代表来自不同的位置，故可从实际测得的讯号中分析出来，不同频率代表来自不同的位置，故可从实际测得的讯号中分离出不同位置的讯息。空间编码的脉冲序列如图所示，它的脉冲时序如下:首先孙脉冲激发磁化强度M。进行章动，然后应用x方向的梯度场建立一个x方向上的空间定位与频率之间的关联，即频率编码，在频率编码期间对接收信号进行采样。对采样信号做Fourie:变换就可获得一维的图像。最后横向磁

8、化强度衰减(几)，纵向磁化强度Mz恢复(T，)最大。整个过程不断重复就可以获得不同的像。通常根据体内组织和器官走向选取所需要的切面(例如，人体扫描中选择与AC一PC线平行的切面可以减少信号失真)。相位编码是在层面上的另一个轴向例如Y方向进行相位编码，以加入Y轴位置的信息。做法是在选好层面之后，开启一个Y方向的梯度磁场一段时间，同理，Y方向不同位置的原子核会以略有不同的频率进动，当GY关闭之后，原子核就恢复到以主磁场所造成的Lannor频率进动，但因为GY的影响，在GY关户呀声，决驴俘士学徒论文袱徽共狠魔理闭的瞬间，Y方向上不同位置的原子核的指向略有不同，所以Y方向上的原子核以同样的频率但不同的

9、相位进动。改变GY的强度可使GY关闭的瞬间，Y轴上不同位置的原子核指向的差异增大或减小，而产生不同的相位编码。最后可通过傅立叶转换将Y方向的位置信息分离出来。层面选择，相位编码和频率编码的结合使用就可以获得三维物体的MRI成像。上面相位编码和频率编码的方法结合起来就是平面回波EPI成像序列67。其具体的方法如下:在Gz梯度磁场开启，配合适当的射频脉冲，激发某一平面的原子核后，在施以180。射频脉冲以做 spineeho之用，接下来进行一连串的相位编码和频率编码，在某一相位差异的GY梯度磁场关闭之后，开启Gx梯度磁场，接收此一相位差异下不同频率的信号，在下一个相位差异的GY梯度磁场开启之前，关闭Gx梯