腦的生理基態(tài)的艦租圖像分析及計算機輔助診斷研究

1、腦的生理基態(tài)的艦租圖像分析及計算機輔助診斷研究2012-02-24 論文導讀:原子、分子、離子的振動和轉(zhuǎn)動，電子軌道運動和自旋與運動都會在核自旋的位置上產(chǎn)生一個變化的電磁場，這個電磁場的頻率和相位是雜亂的。當其中有某種頻率成分的電磁場，其能量和Zeeman能級間距相等的時候，就會引起能級躍遷。通常晶格系統(tǒng)熱容量比自旋系統(tǒng).原子、分子、離子的振動和轉(zhuǎn)動，電子軌道運動和自旋與運動都會在核自旋的位置上產(chǎn)生一個變化的電磁場，這個電磁場的頻率和相位是雜亂的。當其中有某種頻率成分的電磁場，其能量和Zeeman能級間距相等的時候，就會引起能級躍遷。通常晶格系統(tǒng)熱容量比自旋系統(tǒng)熱容量大的多。自旋系統(tǒng)中可以從晶

2、格中找到與之匹配的電磁場，使Zeeman能級上核自旋數(shù)趨近于波爾茲曼分布，形成凈磁化強度M當在與B。垂直的方向上施加與p同方向旋轉(zhuǎn)的RF場Bl，即M。受到擾動，偏離平衡位置。當擾動解除后，Mz總是向M恢復。T，短意味著弛豫過程快，也意味著晶格場中與Zeeman能級間距近似的電磁場成分較強，反之，TI長則意味著晶格場中的這種電磁場成分較弱。對不同物質(zhì)，T，差別較大，從數(shù)百m:到數(shù)天。純水的Ti=3s。人體水的T;約為500ms一ls范圍，固體中T;很長，幾小時甚至幾天。理論上，達到熱平衡，需要無限長時間，但是，當憐ST:時，n已經(jīng)接近平衡態(tài)時n。的9933%，非常接近1，所以一般取憐5TI作為達

3、到熱平衡的時間。核磁矩p在外場中B。極化后，繞B。以。進動，它在鄰近的核磁矩“處產(chǎn)生頻率為。的局部旋轉(zhuǎn)磁場BL，由于兩者為同類核，進動頻率相同，相互作用容易(交換能量，交換自旋角動量)，這個過程可在整個自旋系綜內(nèi)發(fā)生，能量子在鄰近核自旋之間傳遞。這種能量轉(zhuǎn)移的速度取決于自旋一自旋相互作用的強沁聲，次驢俘士學徒論文筱磁共狠原理度，用一個自旋一自旋弛豫時間TZ來描述。自旋一自旋弛豫通常比自旋一晶格弛豫要快，在人體中T;一般比T:大一個量級。同時，BO與BL場的疊加，使對應的Zeeman能級發(fā)生展寬，即NMR的共振線有一定的寬度。固體幾很短，達到微秒量級，共振線寬(l/Tz)很大。在液體中，分子布朗

4、運動很快，T:比較長，線寬比較窄。Bloch方程告訴我們NMR信號以特征時間T:衰減。然而，實際上測得的信號比預期中短許多，原因是主磁場微弱的不均勻性以及組織間磁化率不同使得邊界的磁場發(fā)生扭曲，因此體內(nèi)不同部位的原子核感受到的外加磁場強度不同，使得進動頻率也有不同，故除了原子核之間的隨機能量交換所造成的相位一致性消失之外，磁場不均勻使得相位更為不一致，所以信號的衰減速率比只有幾弛豫的情況下更快。根據(jù)Lannor進動關(guān)系 (l.2)式，可以得出空間變化的磁場將引起包含空間信息的共振頻率的變化，這就是空間編碼技術(shù)原理。1973年Lal滋erbUr教授設(shè)計并成功進行了NMR成像實驗獲得了第一幅NMR

5、圖像4。其實驗設(shè)備是一個連續(xù)波NMR波譜儀，所用樣品是兩個內(nèi)徑為1的毛細玻璃管裝滿水，固定在d=_4.2粗玻璃管內(nèi)，為避免磁化率不均勻效應，大玻璃管內(nèi)裝重水，在大玻璃管外面繞盯線圈，梯度磁場在zx平面上旋轉(zhuǎn)4次。梯度在0o到1800度之間每隔450旋轉(zhuǎn)一次，如此得到4個投影，由四個投影直接背投影而得到兩個裝水毛細管的MR像。RF脈沖是指產(chǎn)生Bl射頻磁場的脈沖。B;是驅(qū)動或激發(fā)磁化強度M。進行章動，從而產(chǎn)生MR信號的動力場源。在M租中，對RF脈沖有特定的要求。每個NMR圖像數(shù)據(jù)的獲得都由一個程序脈沖序列 (pulsesequence)來管理。臨床最常用的脈沖序列大體分為三大類。它們分別是自旋回波

6、(SE)、反轉(zhuǎn)恢復(IR)和梯度回波(GE)。每一類又包括若干種的改進變化。層面選擇是開啟梯度磁場Gz，導致在Z軸上不同位置的原子核進動頻率不同，在利用某一頻率的射頻脈沖便可選擇性的激發(fā)某一切面的原子核，而不會影響到其它層面的原子核。被激發(fā)的層面寬度由梯度磁場的單位距離變化量和射頻脈沖的頻寬共同決定，梯度變化越大、脈沖頻寬越窄會使得層面越薄。在激發(fā)了某一層面的原子核后，在層面的兩個軸向加上空間訊息，就能在射頻脈沖關(guān)閉后，從測得的弛豫信號中分辨出X一Y平面上的位置。頻率編碼是在層面上的其中一個軸向例如X方向進行頻率編碼，加入X軸位置的訊息。做法是在選好層面之后，開啟一個X方向的梯度磁場，此時X方

7、夕母聲，次才俘士學徒論文袱磁共狠康理向不同位置的原子核感受到的磁場略有不同，也用不同的頻率進動，不同位置的FID也會以不同的頻率衰減，實際測量到的訊號是不同位置的訊號的疊加，可用傅立葉轉(zhuǎn)換將不同頻率的訊號分析出來，不同頻率代表來自不同的位置，故可從實際測得的訊號中分析出來，不同頻率代表來自不同的位置，故可從實際測得的訊號中分離出不同位置的訊息?？臻g編碼的脈沖序列如圖所示，它的脈沖時序如下:首先孫脈沖激發(fā)磁化強度M。進行章動，然后應用x方向的梯度場建立一個x方向上的空間定位與頻率之間的關(guān)聯(lián)，即頻率編碼，在頻率編碼期間對接收信號進行采樣。對采樣信號做Fourie:變換就可獲得一維的圖像。最后橫向磁

8、化強度衰減(幾)，縱向磁化強度Mz恢復(T，)最大。整個過程不斷重復就可以獲得不同的像。通常根據(jù)體內(nèi)組織和器官走向選取所需要的切面(例如，人體掃描中選擇與AC一PC線平行的切面可以減少信號失真)。相位編碼是在層面上的另一個軸向例如Y方向進行相位編碼，以加入Y軸位置的信息。做法是在選好層面之后，開啟一個Y方向的梯度磁場一段時間，同理，Y方向不同位置的原子核會以略有不同的頻率進動，當GY關(guān)閉之后，原子核就恢復到以主磁場所造成的Lannor頻率進動，但因為GY的影響，在GY關(guān)戶呀聲，決驢俘士學徒論文袱徽共狠魔理閉的瞬間，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樣的頻率但不同的

9、相位進動。改變GY的強度可使GY關(guān)閉的瞬間，Y軸上不同位置的原子核指向的差異增大或減小，而產(chǎn)生不同的相位編碼。最后可通過傅立葉轉(zhuǎn)換將Y方向的位置信息分離出來。層面選擇，相位編碼和頻率編碼的結(jié)合使用就可以獲得三維物體的MRI成像。上面相位編碼和頻率編碼的方法結(jié)合起來就是平面回波EPI成像序列67。其具體的方法如下:在Gz梯度磁場開啟，配合適當?shù)纳漕l脈沖，激發(fā)某一平面的原子核后，在施以180。射頻脈沖以做 spineeho之用，接下來進行一連串的相位編碼和頻率編碼，在某一相位差異的GY梯度磁場關(guān)閉之后，開啟Gx梯度磁場，接收此一相位差異下不同頻率的信號，在下一個相位差異的GY梯度磁場開啟之前，關(guān)閉Gx梯