医学影像物理学实验

医学影像物理学实验实验仪器MRIjx磁共振成像仪MRIjx磁共振成像仪的硬件构成

MRIjx磁共振成像仪在硬件上体现为5个相对独立的机柜：工控机

射频单元

梯度单元

磁体单元

显示器

在实验期间保持恒温系统处于工作状态。严格按下面的顺序开机和关机

（1）开机1）启动计算机；2）在计算机桌面上启动应用程序MRIjx；3）开启射频单元电源；4）打开梯度放大器机箱电源开关。

（2）关机1）关闭梯度放大器机箱电源开关2）关闭射频单元电源；3）退出应用程序MRIJX；4）关闭计算机。MRIjx的主要性能指标1、磁场强度：0.5T；2、共振频率：23MHz+O1(偏移量）；3、磁极直径：165mm；4、磁极间隙：38mm；5、磁场均匀度：优于15ppm；6、磁场稳定度：开机4小时后磁场达到稳定；7、梯度磁场：X，Y，Z方向>6Gauss/cm；1、为什么要调节主磁场的均匀性

要得到质量好的MR图像，主磁场的均匀性一定要好。MRIjx实验仪的成像空间很小，为10mm×10mm×10mm。在该范围内要将主磁场的均匀性调好。准备实验——电子匀场2、匀场方式：有源匀场方式

有源匀场方式主要是根据通电线圈在线圈周围会产生磁场，通过给不同方向的线圈施加合适的电流产生的微小磁场来对主磁场的不均匀性进行校正。

3、原理

主磁场均匀性越差，横向弛豫进行得越快，FID信号的拖尾越短。当主磁场均匀性越高时，横向弛豫进行得越慢，FID的信号拖尾越长。

4、实验步骤

（1）找FID信号

（2）经过FFT变换，显示FID信号的频谱。

（3）点击“kHz”按钮使测量单位以ppm为单位，选择曲线在频率方向上的测量范围，再点击“测量谱线距离”测出信号峰的半高宽度。

（4）点击“GS”单次采集信号，分别缓慢地调整梯度电子柜面板上的GXShim、GYShim、GZShim电位器旋钮，使FID信号衰减变慢，拖尾最长，此时，主磁场的均匀性最好。

（5）重复（3）。测谱线的半高宽度1、为什么要进行自动增益

对于实际的磁共振系统来说，通常所产生的磁共振信号都非常微弱，并伴有噪声，因此，对接收到的磁共振信号都要进行放大处理。

需要进行自动增益调整的原因有二个：一是在信号幅值较小时，可以放大信号，提高信噪比。二是信号幅值不是越大越好，这是因为磁共振信号最后经过相敏检波后需要被AD转换器采集成数字信号才能送到K空间进行存储。而每个ADC都有一个转换范围，即能够转换的最高幅值，超过该幅值的信号会被截止掉。准备实验——自动增益

2、自动增益调整的方法MRIjx磁共振成像仪采用了两种增益方式，一种是通过软件对采集后的MR信号进行前放增益的调整，本实验装置可以实现四档增益调整；另外一种是通过仪器面板上的增益调节旋钮，直接改变二级放大器件的增益。

同学们在做实验时，不要动仪器面板上的增益调节旋钮，只需了解如何通过软件对增益进行调整。

在功能选项卡上选“采样”选项，改变接收机增益RG的等级。增益等级RG=1时，信号未失真。增益等级RG=4时，信号失真。1、磁共振发生的条件

磁共振成像的基本条件是被成像样品必须处在磁共振状态，此时才能检测到最大的MR信号。

施加的射频电磁波的频率与样品中自旋核的拉莫尔进动频率相等时发生磁共振现象。

2、测量拉莫尔频率的方法自动方法：当样品所处的主磁场一定时，样品中自旋核的拉莫尔角频率是一个固定值。施加的RF电磁波有一定的带宽，当拉莫尔频率被包含在其中时，可观察到FID信号。

准备实验——确定磁共振中心频率对FID信号进行傅里叶变换:FT时域信号频域信号S（t1,t2,…）

S(

1,

2,…)频域信号中对应幅度最大的频率值为拉莫尔频率。若不在中心处，表示RF脉冲的中心频率偏离拉莫尔频率，需要将中心频率设置为找到的拉莫尔频率。

当RF脉冲的中心频率偏离拉莫尔频率时，系统处在偏置共振状态，在旋转坐标系（旋转频率与RF脉冲的中心频率相同）观察FID信号，FID的幅度随时间按指数规律减小，FID信号的频率是中心频率与拉莫尔频率之差。当RF脉冲的中心频率与拉莫尔频率相等时，系统处在共振状态，FID信号不再振荡，是一条呈指数递减规律的曲线。共振与偏共振状态下FID信号的形状及其频谱饱和恢复测T1序列

原理：饱和恢复测T1序列结构如图所示。当序列重复时间D0足够长时，可使在每个脉冲周期结束时,即下一个脉冲周期开始前，纵向磁化强度Mz完全恢复到M0。扰相(dephasing)梯度场的作用是让横向弛豫迅速结束，消除横向强化强度对测量FID信号的影响。第一个900脉冲后的纵向弛豫为:经时间D1后施加第二个900射频脉冲，将此时的纵向磁化强度Mz倒向xy平面。在第二个900度射频脉冲结束后立即采集FID信号，FID信号的大小与Mz成正比。在不同的时间间隔D1情况下，施加第二个900射频脉冲，并记录FID信号幅值，该值约为MZ。记录多组数据，用成像仪提供的软件拟合生成

曲线，最终确定T1的值。

实验步骤：1、调整实验环境。2、利用硬脉冲FID序列确定900RF脉冲的宽度。3、利用饱和恢复序列测T1。

硬脉冲CPMG序列测量T2实验原理硬脉冲CPMG序列测饱和恢复测T2序列结构如图所示：

脉冲之后，分别在时施加脉冲，在时刻，即

时得到相应回波信号的最大值：

根据测量的一组回波信号的幅值，用实验仪提供的软件拟合曲线，最终确定T2的值。

实验步骤：1、调整实验环境。2、利用硬脉冲FID序列确定900RF脉冲、1800RF脉冲的宽度。3、利用硬脉冲回波序列，观察回波信号，通过合理设置序列参数D1、采集参数TD、SW，使回波峰值出现在采样窗口的中心。4、利用硬脉冲CPMG序列测T2。通过合理设置序列参数D1、D2、采样参数TD、脉冲个数C1、采样频率SW，使回波链完全出现在信号窗口，而FID信号尽量少进入信号窗口。硬脉冲回波序列采样选项卡如何设置参数才能完成第3步？硬脉冲CPMG序列采样选项卡如何设置参数才能完成第4步？5、在保证一定信噪比的前提下，回波数越多，拟合的结果越准确。选择C1较大，如100、200等，重复上面的实验。自旋回波序列成像

MRIjx磁共振成像仪的磁体单元产生主磁场、梯度磁场、接收磁共振信号。中间的柱形圆孔是成像区域，用来放置样品试管。磁体的坐标轴取向如右图所示。

垂直x、y、z三方向的断层图像如图下图所示。自旋回波脉冲成像序列中，各参数如下所示：D0：重复时间TR；D1：为相位编码时间；D2：相位平衡梯度施加时间；D3：代表射频脉冲结束到开始采样的延迟；D4和D5：T2加权成像参数，一般设为100us；SP1、SP2：分别是90º和180º脉冲的脉冲宽度；自旋回波序列时序图实验软件参数意义取值RFAmpi（%）软脉冲幅度SPi（μs）软脉冲宽度1200（μs）D1（μs）相位编码时间D2（μs）相位平衡梯度时间D3（μs）谱仪的死时间一般设为100μsD4T2加权成像参数D5D0序列重复时间TD采样点数SW采样频率(采样带宽）>DFWDFW数字滤波器的截止频率预设（30）SF1（MHz）+O1（KHz）中心频率，SF1中心频率的主值，O1中心频率的偏移值。参数意义取值RG增益不失真NS累加次数NE1相位编码步数最大值256GxAmp（%）三个方向线性梯度场的幅值，用梯度与该方向最大梯度的百分比表示。GyAmp（%）GzAmp（%）SlicePos(mm)样品选层位置DS数字放大倍数SLICE样品选层方向0-X，1-Y，2-Z成像参数设置

序列参数D0、D1、D2、D4、D5值由图像的加权性质决定。

D0为序列重复时间TR，D1为相位编码时间，D4、D5为T2加权成像参数。

D0=TRD1+D4=TE/2

根据成像样品的T1、T2值及图像的加权性质，设置D0、D1、D4、D5的值。D2=SP1/2加权成像物质的ρ、T1、T2不同，加权即突出某个参数对图像对比的影响，医学上常用来区分不同组织。纵向弛豫，T1横向弛豫，T2不是很长的合适的TR，T1加权不是很短的合适的TE，T2加权（1）T1加权像取不是很长