脉冲核磁共振成像实验仪原理及其应用

张欣贺

河南省南阳市中心医院磁共振科，河南南阳473009

脉冲核磁共振成像实验仪原理及其应用

张欣贺

河南省南阳市中心医院磁共振科，河南南阳473009

目的探讨脉冲核磁共振成像实验仪原理及其应用。方法分析并探讨脉冲核磁共振成像实验仪的结构及其原理。结果脉冲核磁共振实验仪能够使人们了解核磁共振技术的基本原理及其实现过程，并掌握各种脉冲序列的原理及图像重建的方法以及一维成像、二维成像和三维成像的基本原理。结论脉冲核磁共振成像实验仪为从事核磁共振检查的工作人员提供了一个了解MR成像原理的基本途径。

脉冲核磁共振成像实验仪；TT测量；SE序列；伪影观察

随着医学技术的不断发展，医学影像设备MR也发展迅速，我国大多数“三甲”医院中都配备了影像设备MR。MR设备是物理学、信息科学以及医学等技术发展后交叉融合的产物[1]。一般来说，MR的成像原理比较复杂，其中，脉冲核磁共振成像实验仪利用物理学方法将抽象的理论运用多媒体进行展示，使人们能够直观地了解到其成像效果，进而可以使我们迅速了解MR的成像原理[2]，现报道如下。

1 脉冲核磁共振成像原理

脉冲核磁共振成像实验仪由多个部分组成，主要包括了磁铁、探头、开关放大器以及相位检波器等[3]。探头内部主要包括了梯度线圈与射频线圈，其中，探头内部的梯度线圈能够实现空间相位编码和频率编码，而探头内部的射频线圈主要是将样品放入到射频线圈中，这样一方面能够达到旋转磁场的目的，另一方面还能够观察自由旋进信号的发射线圈和接收线圈。在观察自由旋进信号的时候，可以采用开关放大器将探头内的射频线圈与相位检波器进行连接，接下来，可以利用振荡器与射频脉冲发生器，从而获得相应的相位检波器与射频脉冲的射频基准。但是如果在采集上存在困难，那么可以利用相位检波器获得比较容易采集的低频信号。最终可以得到脉冲核磁共振成像所需要的相位精度。

2 实验研究过程

2.1 脉冲宽度与信号的关系

在了解脉冲宽度与信号之间关系的基础上，对脉冲宽度进行深入理解，重点了解90°脉冲与180°脉冲。

对于核磁共振而言，核磁共振脉冲宽度是其中一个比较重要的参数，与此同时，核磁共振脉冲宽度也是产生自旋回波的一个重要原因，同时还是测量弛豫时间的一个重要前提。

经实验后发现，脉冲宽度与信号呈现为正相关，从中可以了解到90°脉冲的形成及其功能，同时也能够了解到180°脉冲的形成及其功能。

2.2 脉冲自旋回波信号的作用

掌握自旋回波信号在脉冲核磁共振成像中作用，同时了解自旋回波信号的机理以及180°脉冲的作用。

经实验后发现，自旋回波的原理是：如果180°脉冲后信号断裂，那么此时脉冲信号的正负波动情况就会产生较大的变化。深入研究后发现，此时的脉冲信号的幅度不断增加，而且当脉冲信号的幅度处于等间隔时间内的时候，脉冲信号的增幅是最大。

2.3 认识一维成像

掌握一维成像的原理，了解梯度场内参数对一维成像的影响。

一维成像的原理主要是由于梯度场对其产生的影响，因此，要想了解核磁共振成像的基本原理就必须先掌握梯度场投影位置的一维影像。

实验者将注油三孔样品放到脉冲核磁共振成像实验仪的探头内，然后仔细观察脉冲的自由衰减信号，同时也详细记录脉冲信号的其频谱。待观察了一段时间后，实验者便可以适当地加大脉冲的梯度场，同时对加大脉冲梯度场后的脉冲自由衰减信号以及频谱进行认真的观察，但是如果没有相应的梯度场，那么就不需要区分任何空间信息。如下图1所示。

图1 自由衰减信号及其频谱图

2.4 瞬间梯度场与二维成像图形的关系

掌握瞬间梯度场及二维成像的基本知识，并了解瞬间梯度场对二维成像图形产生的影响。

经实验后，观察到瞬间梯度场的信号如图2，所显示的脉冲核磁共振成像灰度如图3。通过比较图2与图3，了解瞬间梯度场产生的二维成像原理。

图2 梯度扫描图

图3 核磁共振成像灰度图

2.5 弛豫时间及T1、T2

经实验后发现，核磁共振中的脉冲T2的测量图结果显示，其中的第一脉冲是90°脉冲，而第二脉冲是180°脉冲。如果脉冲间隔比较小的时候，自旋回波的幅度就会比较接近自由衰减信号的幅度；当脉冲间隔比较大的时候，T2中比较短的自旋回波的信号比较小，且信号按照exp(-t/T2)呈现为衰减的趋势，而T2中比较长的自旋回波的信号比较大。

经试验后发现，T1的测量图显示，第一脉冲是180°脉冲，而第二脉冲是90°脉冲。在90°脉冲之后，可以看到脉冲的自由衰减信号的幅度随着脉冲间隔的改变而改变，同时脉冲的正负情况也会随着脉冲间隔的不断改变而发生改变，且脉冲信号是按照1-2 exp(-t/T1)进行改变。若脉冲间隔＜T1/In2的时候，随着间隔的不断增加，自由衰减信号会不断变小，并且自由衰减信号呈现为正；若脉冲间隔＜T1/In2的时候，随着间隔的不断增加，自由衰减信号会不断地变大，并且自由衰减信号呈现为负；若脉冲间隔=T1/In2的时候，那么可以观察到脉冲的自由衰减信号是0。这也就是说，只要能够找到自由衰减信号为0的脉冲间隔时，就可以测量出T1。

2.6 SE序列参数

经试验后发现，RF中的第一脉冲与第二脉冲属于硬脉冲，其中，通过调整脉冲时间可以实现90°脉冲和180°脉冲。

2.7 化学位移伪影

经实验后，观察到的化学位移伪影见图4。

图4 化学位移伪影

3 讨论

脉冲核磁共振成像实验仪的磁体主要是采用微米精度加工技术而实现的，因此，通常情况下它的磁场均匀度相对比较高[4-5]。同时，脉冲核磁共振成像实验仪利用恒温控制器对磁铁进行控制，因此，其稳定性比较高。此外，在DDS技术的支持下，射频电路的工作频率不仅具有较高的稳定度，同时还能够进行较大范围且高分辨率调节[6-7]。

从脉冲宽度对脉冲信号的影响上来看，我们可以发现，在脉冲核磁共振的整个过程中，如果进行加载脉冲的操作，那么实际上就是脉冲的受激吸收过程。与此同时，可以发现，脉冲自由衰减的时候属于自发式辐射，同时还会出现受激辐射的现象。

从自旋回波上来看，我们发现，实验中如果采用90°脉冲和180°脉冲自旋回波序列的时候，那么散失的相位能够迅速地进行重聚。如果加载90°脉冲，等待一段时间后，会发现脉冲频率相对比较高的原子核相位比较超前；如果加载180°脉冲，等待一段时间后，会发现由于原子核磁矩旋进相位产生跳变，这就使得原先落后的相位逐渐超前，但是再等待一段时间后，会发现又会恢复到初始时的状况，这样就使得使得相位重聚[8-9]。

从一维成像上来看，如果是在磁场梯度环境下，会发现含有被激发质子的样品会发射出不同的频率，这些不同的频率会包含不同的信息，也就是频率编码（一维成像）。梯度场对频谱的影响是其成像的基本原理，而二维核磁共振成像主要采用注油三孔样品采集SE序列密度图，同时观察注油三孔样品在不同投影坐标系下的具体情况。三维成像主要是有效结合了一维成像中的频率编码与二维成像中的相位编码，然后，利用NP·N5次得到三维K空间。最后，利用三维傅里叶变换得到三维核磁共振的图像。

4 结语

综上所述，目前，核磁共振技术已经广泛地应用于生物、医学以及物理学中，脉冲核磁共振实验仪不仅使人们了解到共振现象及各种脉冲序列的相关原理，同时也使人们充分认识到磁共振成像、成像原理及图像重建的数学处理方法。从而使人们对MR成像技术有一个更深入的认识。

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Principle and Application of Pulsed Magnetic Resonance Imaging Spectrometer

ZHANG Xin-he
HeNan Province NanYang city center hospital Magnetic resonance,NanYang，Henan Province,473009 China

ObjectiveTo investigate the principle and application of pulsed magnetic resonance imaging.MethodsThe structure and principle of the pulsed magnetic resonance imaging apparatus were analyzed and discussed.ResultsPulsed nuclear magnetic resonance spectrometer can make people understand the basic principle and realization process of nuclear magnetic resonance technology,and master the principles of various pulse sequences and image reconstruction methods and the basic principles of one-dimensional imaging,2D imaging and 3D imaging.ConclusionPulsed magnetic resonance imaging spectrometer provides an essential way to understand the principle of MR imaging.

Pulsed nuclear magnetic resonance imaging;TT measurement;SE sequence;Artifact observation

R4

A

1672-5654（2015）07（b）-0091-03

10.16659/j.cnki.1672-5654.2015.20.091

2015-04-20）

张欣贺（1985.1-），女，辽宁锦州人，硕士研究生，住院医师，研究方向：磁共振诊断。