核磁共振成像实验核磁共振成像实验姚红英姚红英复旦大学物理系复旦大学物理系2008/12/16背景简介背景简介Edward M. Purcell Felix Bloch Paul C. Lauterbur Sir P. Mansfield 核磁共振波谱学核磁共振波谱学液体高分子的化学成分和分子结构液体高分子的化学成分和分子结构固体高分辨率核磁共振波谱分析固体高分辨率核磁共振波谱分析900MHz 20T化学、生物大分子、材料和制药化学、生物大分子、材料和制药 核磁共振成像学核磁共振成像学生物医学领域生物医学领域10T石油测井石油测井寻找地下水源寻找地下水源原理介绍原理介绍核磁共振核磁共振: 原子核在磁场作用下发生能级分裂原子核在磁场作用下发生能级分裂,在一定射频场在一定射频场作用下吸收其能量发生能级跃迁的现象作用下吸收其能量发生能级跃迁的现象.驰豫时间驰豫时间: T1与质子所处分子大小有关与质子所处分子大小有关 ,分子过大或很小能量分子过大或很小能量释放将越慢释放将越慢,T1就长就长. 水分子很小水分子很小,运动很快运动很快,长长T1,脂肪组织脂肪组织T1短短. T2与质子所处分子结构的均匀性有关与质子所处分子结构的均匀性有关,结构均匀结构均匀T2长长,结构不均匀结构不均匀T2短短.液体或含水较多的组织液体或含水较多的组织T2长长,如脑积液如脑积液,骨骼骨骼T2短短.空间定位空间定位: 数字灰度图象都是由像素组成的数字灰度图象都是由像素组成的,每个像素都是平每个像素都是平等的等的,且有两个参数且有两个参数:像素的位置信息和像素的灰度值像素的位置信息和像素的灰度值.选层梯度磁场选层梯度磁场Gs频率编码梯度磁场频率编码梯度磁场Gf相位编码梯度磁场相位编码梯度磁场Gp选层及选层梯度选层及选层梯度Gs选层的厚度选层的厚度与选层梯度的强度反相关与选层梯度的强度反相关,与射频宽度正相关与射频宽度正相关.频率及频率编码梯度频率及频率编码梯度Gf在选定的层面内在选定的层面内 共振频率线性变化共振频率线性变化相位编码及相位编码梯度相位编码及相位编码梯度Gp在选定的层面内在选定的层面内 进动位相线性变化进动位相线性变化选层内体素空间编码选层内体素空间编码256 x 256 像素像素 需要施加需要施加256次相位编码、选层梯度、频率编码梯度次相位编码、选层梯度、频率编码梯度核磁共振图像重建核磁共振图像重建核磁共振成像方法核磁共振成像方法是指将人体组织所发出的微弱的核磁共振信号是指将人体组织所发出的微弱的核磁共振信号重建成一幅两维断面图像的方法重建成一幅两维断面图像的方法.仪器设备仪器设备成像步骤成像步骤匀场调节匀场调节共振频率调节共振频率调节22MHz 651.61kHz90 、180 软脉冲的调节软脉冲的调节90 软脉冲软脉冲RFAmp1(%) 12180 软脉冲软脉冲RFAmp1(%) 20参数的选择参数的选择采样谱宽采样谱宽SW对图像的影响对图像的影响100kHz150kHz200kHz50kHz25kHzSW与图像宽度反相关与图像宽度反相关采样点数采样点数TD对图像的影响对图像的影响3264128256512TD与图像分辨率正相关与图像分辨率正相关PX = SWX / ( GX x TD)空间分辨率空间分辨率P = FOV大小大小 / 像素的数值像素的数值P值越小值越小,空间分辨率越高空间分辨率越高,图像的细节越清晰图像的细节越清晰相位编码步数相位编码步数NE对图像的影响对图像的影响2561286432NE与图像高度反相关与图像高度反相关,与图像分辨率正相关与图像分辨率正相关.PY = SWY / ( GY x NE )选层梯度选层梯度GZ对图像的影响对图像的影响GZ与图像宽度正相关与图像宽度正相关4050607080相位编码梯度相位编码梯度GY对图像的影响对图像的影响GY与图像高度正相关与图像高度正相关4050607080(FOV)Y = SWY / GY相位编码时间相位编码时间D1对图像的影响对图像的影响D1与图像高度正相关与图像高度正相关150020001000500300不同参数对成像的影响不同参数对成像的影响保持形状不失真而逐渐变大保持形状不失真而逐渐变大不同参数对成像的影响不同参数对成像的影响各种成像参数得到的图像变化各种成像参数得到的图像变化图像的伪影图像的伪影相位编码方向的卷褶伪影相位编码方向的卷褶伪影频率编码方向的卷褶伪影频率编码方向的卷褶伪影相位编码方向的截断伪影相位编码方向的截断伪影频率编码方向的截断伪影频率编码方向的截断伪影自旋回波权重像自旋回波权重像质子密度加权像质子密度加权像T1加权像加权像T2加权像加权像扬东伦做的图像扬东伦做的图像Sse AN(H)(1 e-TR/T1)e -TE/T2TE T2,e-TE/T2 1,TR T1 ,1 - e-TR/T1 1Sse AN(H)TE T2,e-TE/T2 1,Sse AN(H)(1-e-TR/T1)TR T1,1 - e-TR/T1 1Sse AN(H)e -TE/T2实验结论实验结论对大部分成像参数做了实验的测试对大部分成像参数做了实验的测试,和理论上的结论一致和理论上的结论一致.GY与图像高度正相关与图像高度正相关NE与图像高度反相关与图像高度反相关,与图象分辨率正相与图象分辨率正相TD与图像分辨率正相关与图像分辨率正相关SW与图像宽度反相关与图像宽度反相关利用这些参数可以很快的实现图像的测定利用这些参数可以很快的实现图像的测定D1与图像高度正相关与图像高度正相关GZ与图像宽度正相关与图像宽度正相关芝麻的各种像芝麻的各种像问题和下一步的工作问题和下一步的工作128 x 512256 x 512 分辨率的快速确定分辨率的快速确定?512 x 512T1 T2 的准确测定的准确测定 ?反转恢复序列成像反转恢复序列成像感谢感谢白翠琴老师白翠琴老师汪人甫老师汪人甫老师俞熹老师俞熹老师选做此实验的学生们选做此实验的学生们