核磁共振自旋回波成像技术的参数选择一、实验原理1. 核磁共振基本原理A. 拉莫尔旋进：将一个具有磁矩p的粒子放在恒定磁场B (小B夹角为多中，它受到力 矩L的作用，磁矩p会绕磁场B旋进。旋进角速度3=yB。B. 磁共振条件：在与横磁场B相垂直的xy平面内加一弱的旋转频率为3的旋转磁场B (B1B),那么磁矩p在以角频率3绕z轴旋进的同时，还受到B1的作用而 绕B1方向旋进。从旋转坐标系看，其旋进频率3=yB,此旋进使p与B之间 夹角发生变化。根据磁位能公式U=-pBcose，夹角6增加使位能增加。磁矩通 过与其周围环境物质的能量交换，释放所吸收的能量，使夹角减小，从而再吸收 B1的电磁能量，这样不断持续，就是磁共振显现。磁共振条件就是3 = 31。C. 自由感应衰减(FID)信号在xy平面内的x方向加上脉冲射频场B1,角频率为3,满足磁共振条件，则 磁化矢量M只能在脉冲场存在时间t内远离z轴并转过一定角度6=YB1t。当脉 冲宽度t恰好使6=90。或180。时，则称该脉冲为90。或180。脉冲。我们若在y轴方向安置一个接收线圈，因90。脉冲使M在y轴上最大，即 有感应信号产生，其频率与进动频率相同，而震荡幅度的包络线是频率与进动频 率相同的指数衰减信号，称为自由感应信号。D. 自旋回波信号旋转坐标xyz中，在/方向加90。脉冲，M倒在y轴上，脉冲过后，M在 实验室坐标系上绕z (z)轴作自由进动。实际各部分有不同的工程频率，将导 致M总磁化矢量在xy平面上散开，经过一段时间形成扇形分布。此时在x轴再 加180。脉冲，所有磁矩以x为轴翻转180。，扇形翻转到-y轴附近，但旋转方 向不变，经过T时间后所有磁矩又集中起来落在-y轴上，从而接收线圈中感应 出自旋回波信号。2. 自旋回波成像实验原理A.成像脉冲序列图B. 选层梯度GX在射频脉冲作用时才开启。具有特定频率的射频脉冲只使体内某一层面内氢 质子产生磁共振。C. 频率编码梯度GZ在接收信号期间开启。在层面上沿x方向施加一线性梯度场，使各列体素的 磁共振信号频率也发生变化。D. 相位编码梯度Gy在频率编码梯度施加前任意时刻施加。在层面上沿y轴以不同强度反复NE 次施加。同一行体素处于相同磁场中，所以同一行中所有体素中质子进动速率相同， 一段时间后造成各行间相位差，关闭后相位差仍保留下来。所以用相位差作为标 记，区别y轴方向上的不同行。多个MR信号可解决二维傅里叶变换（2DFFT）复杂的平衡问题。较强的 信号突出相邻两结构间差异，显示细节；较弱的则突出图像的整体对比。二、实验软件中参数意义1.参数列表参数含义对图像的影响RFAmpI(%)RFAmp2(%)分别为90。和180。软脉冲 幅度若幅值不准确，将使信号强度降 低SP1 (ps)SP2 (ps)分别为90。和180。软脉冲 宽度，实验中基本不需要调 节，SP1=SP2D1 (ps)相位编码时间；在此时间内施 加的是相位编码梯度与频率 编码梯度的复相位磁场D2 (ps)选层梯度的负梯度时间，D2 约为SP1的一半，起复相位 作用D3 (ps)谱仪的“死时间”，一般设为100ms，射频信号结束到采集 信号开始之间的时间D4 (ps)D5 (ps)回波时间TE，180。脉冲结束 后产生回波峰值的时间，与横 向弛豫时间T2加权有关信号强度：S 暗（Te，Tr）=AN（1-D0 (ms)重复时间TR，与纵向弛豫时 间，加权有关TD采样点数；FFT图像横向列数回波图像横坐标宽度：采样时间=TD/SWSW (KHz)谱宽；FFT图横坐标宽度DFW (KHz)数字滤波器的截止频率；此参 数数值不应大于SW图像中出现噪点区域的宽度SF1 (MHz)射频信号的频率主值O1 (KHz)射频信号的频率偏移量；射频信号的频率F1=SF1+O1RG4档增益调节；也可通过仪器 面板上的增益调节旋钮进行 增益调节；由于AD卡信号限 制，应将最大幅值控制在量程 的70%左右调节图像信号强度NS累加次数；n次累加后，信噪 比为而倍减少噪点NE1相位编码步数图像y轴方向彳丁数，行数与相位 编码梯度的强度无关GxAmp (%)GyAmp (%)GzAmp (%)前述各梯度幅度；以实验室坐 标系(y为向上)规定的xyz， 并不与序列图一致层厚Zf/YGZ；相位编码梯度和频率编码梯度影 响图像与实物的纵横比例SlicePos (mm)选片位置(-5mm+5mm)DS过采样倍数，实际采样频率=SWXDS，实际采样点数=TDXDS；必须满足采样定理 抽取数据的频率必须不 小于信号最高频率的两倍SLICE选层方向；0-x 1-y 2-z选层方向对应方向为选层梯度2.优化图像的参数选择参数对图像的影响主要体现在信号强度、FOV大小、分辨率三个方面，同时避 免可能出现的伪影。A. 信号强度及对比度a. 较准确地确定90。和180。软脉冲大小。b. 设置增益大小RG,使样品亮度在较合适的范围。采集过程中观察回波 信号的变化，注意不能过大超出AD卡的量程。c. 增加累加次数NS,提高信噪比。但要注意NS与成像所需时间成正比， 应考虑时间成本。d. 利用T1、T2加权，根据被测样品的性质设置合适的回波时间与重复时间。e. 选层梯度(与选层方向对应)应设较大值，使选取层厚较薄。注意关注 仪器面板上的小灯，如果小灯跳动说明超出额定值，应立即停止实验，改 为较小值，以防烧坏仪器。B. Field of ViewFOV(FOV)x=SW/(yGX); (FOV)y=NE/(2D1 XyGY)当FOV越大时，样品在图像中越小。理论上SW/(yGx)= NE/(2D1XyGy)时，图像形状不失真，但由于实际仪器线 圈并不完全相同，所以需要进一步调节。C. 单个像素反映组织体素的大小分辨率Px=SW/( YGXXTD);Py=1/(2D1 XyGy)P值越小，则表示空间分辨率越高，图像的细节越清晰。软件默认值为512X512，但实际横坐标尺度应为TD,纵坐标为NE。D.伪影消除a. 当出现卷褶伪影，通过增大FOV消除。b. 当出现截断伪影，通过增大采样时间(TD/SW)消除横向伪影，增大相 位编码时间D1消除纵向截断伪影三、实验流程小结1. 匀场调节2. 确定拉莫尔频率SF1 (MHz)、O1 (KHz)3. 确定 90。和 180。软脉冲大小RFAmp1 (%)、RFAmp2 (%)由于仪器本身的误差较大，基本确定在1%左右的精度就已足够。同时需要 注意的是，与硬脉冲不同，软脉冲(sinc信号)的90。和180 幅值不是2 倍关系。4. 自旋回波成像采用较小的累加次数NS，其余设置可按照默认参数，快速采集一幅圆截面 图像。采集过程中观察回波信号幅值(特别是扫到中间时刻附近)，优化增益值设置。关注仪器面板小灯，确认设置的梯度值不超过仪器额定值。5. 调节参数优化图像形状、分辨率推荐的步骤为：i. 调节形状先固定其他参数，根据图像纵横比的变形，更改相位编码及频率编码的梯 度值的比值。经过一次成像后，得到形状不失真的图像，由公式 SW/(yGx)/ NE/(2D1 X yGy)可大致确定系统误差造成的比值。ii. 改善FOV及分辨率在保持上述比值不变的条件下，通过综合调节参数，提高横向及纵向分辨 率，使样品图像既大又精细。经过成像后若有伪影则须进一步调节。6. T1或T2加权根据样品性质，确定某种加权方式，突出被测样品。