医学影像物理学实验

实验步骤：
1、调整实验环境。
2、利用软脉冲FID序列确定900软脉冲、1800软脉 冲的幅值。
3、利用软脉冲回波序列，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、利用自旋回波序列成像。要求选某种样品得 到两种不同断面的T1加权像和质子密度加权像。
增益等级RG=1时，信号未失真。
增益等级RG=4时，信号失真。
准备实验 ——确定磁共振中心频率
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。
要使成像不失真，需要调节参数使(FOV)z=(FOV)y 需要设置的参数：TD、SW、 GzAmp（%）、NE1、
D1、 GyAmp（%）

GzAmp（%）、 GyAmp（%）值的设置 为了避免出现反迭伪影，FOV≥A，选择合适的 FOV,计算出相应的Gz、Gy。 成像物体在水平方向的尺寸约为1.2cm，在竖直方 向的尺寸不大于2cm。 一般情况：
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。
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；
第一个900脉冲后的纵向弛豫为:
M z M 0 (1 et /T1 )
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 M z M 0 (1 et /T1 ) 曲线，最终确定T1的值。
K空间与图像空间的关系
像空间
FOVx
y
K空间
kx
FOVy
如何设置参数才能完成第3步？
硬脉冲回波序列 采样选项卡
如何设置参数才能完成第4步？
硬脉冲CPMG序列 采样选项卡
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。
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。
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；
准备实验 ——电子匀场
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。
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
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。
不是很长的合适 的TR，T1加权
不是很短的合适的TE， T2加权
纵向弛豫，T1
横向弛豫，T2
（1）T1加权像 取不是很长的合适长度的TR，即D0≤T1；很短的 TE值，一般固定D4值为100μ s，取D1<<T2。 （2）质子密度加权像 取很长的TR，即D0>>T1；很短的TE值，一般固定 D4值为100μ s，取D1<<T2。 （3）T2加权像 取很长的TR，即D0>>T1；不是很短的合适长度的 TE值，通过选取合适的D1、D4、D5值，使TE≥T2。 本实验要求对某种样品分别得到T1加权图像和质 子密度加权图像。
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GX Shim、GY Shim、GZ Shim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）。
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：
90 脉冲之后，分别在 t ,3 ,5 ,, (2n 1) 时 施加 180 脉冲，在 t 2 ,4 ,6 ,,2n 时刻，即 t TE,2TE,3TE,, nTE时得到相应回波信号的最大值： M xy (t ) M 0 e nTE / T 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 M xy (t ) M 0 e nTE / T 曲 线，最终确定T2的值。
空间编码：使层内不同位置的自旋需携带不同的信息。 频率编码和相位编码 测量信号为回波信号：完整覆盖K空间
对频率编码方向，一次回波信号测量即可覆盖Kz空间。 对相位编码方向，通过分步改变GPE实现Ky空间覆盖。
k (t ) Gt
x
z
参数设置 kro Gt
度G z
二维成像：先选层(选与 x轴垂直的断层) 选层磁场梯度+软脉冲激发
对选层方向: 断层厚度由 Gx x 决定。RF脉冲的带宽及 选层梯度共同决定了断层厚度。 需要设置的参数： （1）SP1、SP2 射频脉冲的带宽由90 和180 软脉冲的脉冲宽度 SP1 、SP2 决定。一般选SP1=SP2=1200μs。 （2） SLICE （3）选层梯度的幅值 若SLICE选0，设置GxAmp（%），该值越大，层 厚越小，该值越小，层厚越大。
2 2
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。
医学影像物理学 实 验
实验仪器
Байду номын сангаас
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；
实验软件
参数 意义 RFAmpi（%） 软脉冲幅度 SPi（μs） D1（μs） 软脉冲宽度 相位编码时间
取值 1200（μs）
D2（μs） 相位平衡梯度时间 D3（μs） 谱仪的死时间 D4 T2加权成像参数 D5 D0 序列重复时间 TD 采样点数 SW 采样频率(采样带宽） DFW 数字滤波器的截止频率 SF1（MHz） 中心频率，SF1中心频率 +O1（KHz） 的主值，O1中心频率的 偏移值。
k pe Gt
频率编码，在时间域采集，采样频率SW、编码梯 相位编码，分步采集，步数NE1、编码时间D1、编 码梯度Gy
离散傅里叶变换，视野FOV为编码的实空间范围
( FOV ) y 1/ k y 1/ Gy D1 NE1/ (2 D1 Gy ) ( FOV ) z 1/ k z 1/ Gz t SW / Gz
一般设为 100μs
>DFW 预设（30）
参数 RG NS NE1 GxAmp （%） GyAmp （%） GzAmp （%） SlicePos(m m)