核磁共振成像MRI 复旦大学.docxVIP

核磁共振成象MRI一、实验目的：了解核磁共振发生的条件、拉莫尔频率，和核磁共振成像原理。熟悉掌握核NMI20 核磁共振成像仪的结构、原理、调试和操作过程。探讨核磁共振成像的图像特点及怎样获得各种要求的像。二、实验原理：1、核磁共振原理自旋角动量不为零的粒子，如氢质子，具有自旋磁矩．把这样的粒子置于稳恒的外磁场中，粒子的自旋磁矩就会和外磁场相互作用从而使粒子产生能级分裂，分裂后两能级间的能量差为：?E=γ?Bz。其中：γ为粒子的旋磁比，?为约化普朗克常数，Bz为稳恒外磁场的磁感应强度。此时再向稳恒外磁场的垂直方向给粒子施加一个高频电磁场，假设该电磁场的频率为v，则其能量E=?v。如果该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差△E（即hv=γ?Bz），则低能级上的粒子就会吸收高频电磁场的能量产生跃迁，即所谓的核磁共振。2、MRI 成像(1)、MRI 成像的原理[1]核磁共振成像是将核磁共振信号反映的核密度及弛豫时间的空间分布显示成图像。从独立的核磁共振信号到成像，关键是对信号进行空间编码。在均匀外加磁场B0的作用下，所有同类核的共振频率都相同，无法区分它们的空间位置；而在B0上叠加一空间线性梯度场B(z， y，z)，其方向与均匀场B0的方向一致，大小数值是空间坐标的线性函数，就可实现不同位置共振信号的空间编码。在本实验系统中，z方向的梯度场用来选择样品成像的横断面，y方向的梯度场用来实现在y方向上对信号的频率编码，方向的梯度场用来实现在名方向上对信号的相位编码．经过空间编码后的信号，再通过二维傅里叶变换得到核磁共振信号的二维分布函数，即样品的二维核磁共振图像。(2)、MRI 成像的过程如图一所示：图一：MRI 成像的过程(3)、MRI 的特点：1.具有较高的物质组织对比度和组织分辨力，对软组织分辨率极佳，能清晰地显示软组织、软骨结构，解剖结构和医学上的病变形态，显示清楚、逼真。2.多方位成像，能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像。3.多参数成像，获取T1加权成像（T1W1）：T2加权成像（T2W2）、质子密度加权成像(PDW1)，在影像上取得物质的组织之间、组织与变化之间T1、T2和PD的信号对比，在医学上对显示解剖结构和病变敏感。4.能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。5.以射频脉冲作为成像的能量源，不使用电离辐射，对人体安全、无创。3、MRI 的应用[2](1)临床方面应用：磁共振水成像(MRH) 磁共振血管成像(MRA)磁共振功能成像技术(FMRI) 磁共振导引介入技术(2)非临床方面应用：化学反应过程研究中的应用聚合物的溶剂扩散方面的应用在植物生长研究中的应用三、实验仪器：NMI20Analyst 台式核磁共振成像仪（如图二所示）主要技术参数见附录二图二：NMI20Analyst 台式核磁共振成像仪四、实验现象分析测量大豆油的拉莫尔频率注意事项：(1)、由于拉莫尔频率是仪器本身的性质，且微小的温度变化就足以导致拉莫尔频率的变化，因此应时刻关注仪器上的温度变化。(2)、由于拉莫尔频率不稳定，因此在每次实验前都需要重新校正拉莫尔频率。实验操作：(1)、选择硬脉冲FID 信号，初设O1=820kHz、SF1=22MHz。(2)、然后累计采样、进行FFT 处理，然后将此时的波峰值设定为中心频率。(3)、重复操作2 七次后，完全共振，拉莫尔频率为22827.956kHz。测量意义：调节射频场的中心频率，使外磁场与原子核磁据作用，发生共振。这时的中心频率就是样品质子进动的拉莫尔频率。在测定弛豫时间T1、T2 和自旋回波成像的过程中需要提前设定准确的射频场中心频率。90°、180°软脉冲的调节注意事项：软脉冲的模的变化速度很快，因此在逐渐增加RFAmp1%的值时，每次调节幅度不要超过2，以免越过峰值和谷值。实验操作：(1)、选择软脉冲FID(S_SP1D)信号，初设RG=2，RFAmp1(%)=6，校正拉莫尔频率。(2)、缓慢增加RF脉冲的值，找到“模量—RF脉冲”变化图的第一个峰和谷所对应的RF脉冲值。(蒋莹莹[1]等认为为减小误差，可以先测量P2再计算得到P1) 测量意义：由于核磁共振脉冲信号在实际处理时需要放置在旋转坐标系中，磁化矢量旋转着从90°或180°回到起点。在核磁共振成像时，需要以前了解90°和180°的脉冲幅值。3、硬脉冲回波实验实验思想：运用控制变量法，分别比较TD、D1、SW 对回波信号的影响。实验操作：(1)、校正拉莫尔频率，并通过硬脉冲FID 信号的模找到使信号幅值最大的P1 值。(2)、选择硬脉冲回波(H_SE1D)序列，设置O1 值使稍稍偏离拉莫尔频率。(3)、运用控制变量法，每次控制TD、D1、SW 三个变量中的两个，改变剩下的一个变量，观察其对回波信号的影响。实验结论：(1)