磁共振成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)

1、目錄第一章 NM20臺(tái)式磁共振成像儀硬件概述1第一節(jié) 系統(tǒng)硬件框圖1第二節(jié) 部件接插口3第三節(jié) 部件連線8第四節(jié) 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)機(jī)9第二章 NMI20臺(tái)式磁共振成像儀軟件概述11第一節(jié) 軟件界面12第二節(jié) 軟件菜單欄介紹13第三節(jié) 軟件工具欄介紹27第四節(jié) 功能選項(xiàng)卡29第三章 部分可開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目35實(shí)驗(yàn)一 機(jī)械勻場(chǎng)和電子勻場(chǎng)實(shí)驗(yàn)36實(shí)驗(yàn)二 測(cè)量磁共振中心頻率（拉莫爾頻率）42實(shí)驗(yàn)三 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的FID信號(hào)49實(shí)驗(yàn)四 自動(dòng)增益實(shí)驗(yàn)56實(shí)驗(yàn)五 硬脈沖回波61實(shí)驗(yàn)六 軟脈沖FID實(shí)驗(yàn)70實(shí)驗(yàn)七 軟脈沖回波75實(shí)驗(yàn)八 硬脈沖CPMG序列測(cè)量T280實(shí)驗(yàn)九 乙醇的化學(xué)位移測(cè)量85實(shí)驗(yàn)十 自旋回波序列質(zhì)子

2、密度像89實(shí)驗(yàn)十一 自旋回波權(quán)重像96實(shí)驗(yàn)十二 一維梯度編碼成像100實(shí)驗(yàn)十三 單脈沖雙相位編碼成像103實(shí)驗(yàn)十四 梯度回波成像108實(shí)驗(yàn)十五 射頻接收線圈的調(diào)諧與匹配114實(shí)驗(yàn)十六 射頻功放與門控調(diào)制實(shí)驗(yàn)120實(shí)驗(yàn)十七 數(shù)據(jù)處理過(guò)程(模擬部分)實(shí)驗(yàn)125實(shí)驗(yàn)十八 前置放大器及RF開(kāi)關(guān)131實(shí)驗(yàn)十九 梯度功率放大器137實(shí)驗(yàn)二十 高頻數(shù)字記憶示波器的使用142112系統(tǒng)開(kāi)關(guān)機(jī)在使用NMI20臺(tái)式核磁共振成像儀時(shí)，“開(kāi)機(jī)”和“關(guān)機(jī)”均必須嚴(yán)格按以下順序操作：1)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)桌面上啟動(dòng)應(yīng)用程序WinMRIXP；開(kāi)啟射頻單元電源；開(kāi)啟射頻單元后部的恒溫系統(tǒng)電源；打開(kāi)梯度放大器機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)

3、。2)關(guān)機(jī)關(guān)閉梯度放大器機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉射頻單元電源；退出應(yīng)用程序WinMRIXP；關(guān)閉計(jì)算機(jī)。核磁參數(shù)可分為 系統(tǒng)參數(shù)、采樣參數(shù)和處理參數(shù)三大類。系統(tǒng)參數(shù)在進(jìn)行任何實(shí)驗(yàn)之前就需要設(shè)置好的參數(shù)，及讓系統(tǒng)能處于核磁共振狀態(tài)的參數(shù)，比如射頻中心頻率，增益等；采樣參數(shù)在核磁信號(hào)采集的過(guò)程中用到，而處理參數(shù)則是在信號(hào)采集結(jié)束之后，即數(shù)據(jù)處理時(shí)用到。當(dāng)然，還有一類參數(shù)，例如TD、SW 等，它們既是“采樣參數(shù)”，也是“處理參數(shù)”，我們稱之為“全局參數(shù)”。1、參數(shù)定義Pi 射頻硬脈沖的寬度 （i=1,2）SPi 射頻軟脈沖的寬度（i=1,2）RFAmpi 射頻軟脈沖的強(qiáng)度Di 無(wú)射頻脈沖時(shí)的延時(shí)參數(shù)TD N

4、MR 信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)（復(fù)數(shù)點(diǎn)）SW 譜寬，也就是采樣頻率SF1 射頻信號(hào)頻率f的主值。通常共振頻率f = SF1 + OffsetOffset 射頻信號(hào)頻率f的偏移量。一般有f = SF1 + OffsetNS 累加次數(shù)Ci 常數(shù)變量RG 接收機(jī)的增益，數(shù)值越大，增益越大第三章 部分可開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以NMI20臺(tái)式磁共振成像儀為基礎(chǔ)，筆者們初步開(kāi)發(fā)了20個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。由于NMI20臺(tái)式磁共振成像儀的開(kāi)放度高，使用者可以根據(jù)自己的需要在這臺(tái)設(shè)備上開(kāi)發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)一 機(jī)械勻場(chǎng)和電子勻場(chǎng)實(shí)驗(yàn)一、 學(xué)習(xí)目的：為什么要?jiǎng)驁?chǎng)？勻場(chǎng)方式主要有哪幾種？影響磁場(chǎng)均勻性的因素有哪些？磁場(chǎng)均勻性會(huì)影響到組織的T1、

5、T2和T2*中的哪些參數(shù)？主磁場(chǎng)的大小對(duì)上述參數(shù)中的哪些參數(shù)有影響？二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解磁場(chǎng)均勻性的概念與表示方法。2、 掌握永磁體的機(jī)械勻場(chǎng)和電子勻場(chǎng)的概念和基本方法。3、 掌握NMI20臺(tái)式成像儀的主磁場(chǎng)均勻性調(diào)整的方法。二、 實(shí)驗(yàn)器材NMI20臺(tái)式核磁共振成像儀一臺(tái)，樣品管（含樣品）一根。三、 實(shí)驗(yàn)原理1、 主磁場(chǎng)的均勻性磁場(chǎng)的均勻性（homogeneity），是指在特定的容積限度內(nèi)磁場(chǎng)的同一性，即穿過(guò)單位面積的磁力線的數(shù)目是否相同。在磁共振系統(tǒng)中，均勻性是以主磁場(chǎng)的百萬(wàn)分之一（ppm）作為一個(gè)偏差單位來(lái)度量的，其數(shù)學(xué)定義為。在某一個(gè)限定的空間范圍內(nèi)，式中：B0為主磁場(chǎng)中心磁感應(yīng)強(qiáng)

6、度（Gs）；B0為磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值與最小值的差（Gs）。對(duì)于不同的主磁場(chǎng)大小，其偏差單位也是不同的。例如對(duì)0.5T的磁共振，一個(gè)偏差單位即1個(gè)ppm為T(0.0005mT)。在MRI中，要進(jìn)行空間編碼（層選脈沖、相位編碼和頻率編碼），就要在靜磁場(chǎng)上迭加微弱的梯度磁場(chǎng)。靜磁場(chǎng)均勻性越差，偏差越大，圖像質(zhì)量越差。而且如果靜磁場(chǎng)不均勻，在迭加上梯度磁場(chǎng)后，層位信號(hào)將發(fā)生偏離，引起圖像失真和畸變。例如，中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為5000Gs，梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1Gs/cm。在20cm直徑的球形體積內(nèi)，靜磁場(chǎng)的不均勻度為2.5ppm。那么，在X軸的幾何失真為多大？ 沿X軸的幾何失真為X=0.125cm主磁體磁場(chǎng)均勻

7、度越差，幾何變形越大。均勻性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定還與所取的測(cè)量空間的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)裝置所取的測(cè)量空間范圍為10mm×10mm×10mm的球形空間。一般醫(yī)學(xué)磁共振由于需要給受檢者提供較大的受檢范圍，因此其磁場(chǎng)均勻性的空間范圍一般為直徑4050cm的球形或橢球形；2、 均勻性對(duì)組織2的影響因素和勻場(chǎng)方式主磁場(chǎng)的均勻性直接影響到組織的時(shí)間長(zhǎng)短。根據(jù)磁共振成像理論，組織的與主磁場(chǎng)的不均勻性之間的關(guān)系為：。如圖1所示，當(dāng)主磁場(chǎng)均勻性越低時(shí)，即越短，弛豫越快，即FID信號(hào)的拖尾越短。當(dāng)主磁場(chǎng)均勻性越高時(shí)，即越長(zhǎng)，弛豫越慢，即FID信號(hào)的拖尾越長(zhǎng)。理論上，當(dāng)主磁場(chǎng)絕對(duì)均勻時(shí)，=2，F(xiàn)ID以組織固

8、有的2弛豫進(jìn)行衰減。圖1 主磁場(chǎng)不均勻性對(duì)組織T2的影響利用上述關(guān)系通過(guò)在顯示器上觀察FID信號(hào)的衰減快慢（即FID拖尾的長(zhǎng)短）來(lái)調(diào)整兩塊磁極的平行度，從而達(dá)到調(diào)整主磁場(chǎng)的均勻性目的。當(dāng)FID信號(hào)的拖尾越長(zhǎng)，即FID衰減包羅線越緩，表示磁場(chǎng)均勻性越高。3、 均勻性影響因素和勻場(chǎng)方式永磁型磁共振的主磁場(chǎng)均勻性與磁極間的平行度有關(guān)，因此我們可以直接調(diào)整兩塊磁極的平行度來(lái)達(dá)到勻場(chǎng)的目的；通過(guò)調(diào)整磁極平行度來(lái)達(dá)到的磁場(chǎng)均勻性還不能完全滿足成像的需要，因此還需要進(jìn)行其他方式的勻場(chǎng)，主要包括無(wú)源勻場(chǎng)和有源勻場(chǎng)。無(wú)源勻場(chǎng)是在磁極的內(nèi)外表面貼小磁片或磁鋼片，通過(guò)小磁片或磁鋼片對(duì)局部磁力線的改變從而調(diào)整磁場(chǎng)均勻

9、性，本實(shí)驗(yàn)裝置中由于磁極間的均勻性較好，因此未采用無(wú)源勻場(chǎng)方式。有源勻場(chǎng)方式主要是根據(jù)通電線圈在線圈周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)給不同方向的線圈施加合適的電流產(chǎn)生的微小磁場(chǎng)來(lái)對(duì)主磁場(chǎng)的不均勻性進(jìn)行校正。在醫(yī)學(xué)磁共振里，一般用專用的勻場(chǎng)線圈進(jìn)行有源勻場(chǎng)的，本實(shí)驗(yàn)裝置中用梯度線圈兼做勻場(chǎng)線圈，勻場(chǎng)電流調(diào)節(jié)好后，成像時(shí)施加的梯度電流脈沖是疊加在穩(wěn)定的勻場(chǎng)電流上的。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、 NMI20臺(tái)式核磁共振成像儀各部分設(shè)備接口識(shí)別及連接詳見(jiàn)安裝手冊(cè)，連接結(jié)果如圖2所示。2、 將NM2010射頻電子柜背面的TSWITCH開(kāi)關(guān)設(shè)置在ON位置；讓恒溫系統(tǒng)給磁體進(jìn)行加熱，使磁體柜的溫度保持恒定。3、 在樣品管中注入

10、適量（見(jiàn)樣品管上所標(biāo)樣品量的標(biāo)記）的油樣品；并將樣品管放入到探頭線圈相應(yīng)的位置（見(jiàn)樣品上的位置標(biāo)記）處。4、 用鑰匙打開(kāi)NM2013譜儀前面板的電源保護(hù)門；按一下POWER按鈕來(lái)啟動(dòng)譜儀，進(jìn)入Windows操作系統(tǒng)的用戶登錄界面。單擊用戶名，輸入密碼并按回車鍵進(jìn)入到Windows操作系統(tǒng)界面。圖2 實(shí)驗(yàn)裝置連線圖5、 雙擊桌面上的NMI20MRI圖標(biāo)，進(jìn)入到NMI20MRI應(yīng)用軟件操作界面，NMI20MRI應(yīng)用軟件窗口的各項(xiàng)功能詳見(jiàn)軟件操作手冊(cè)。6、 將NM2010射頻電子柜前面板POWER開(kāi)關(guān)設(shè)置在ON位置。7、 在NMI20MRIP應(yīng)用程序的界面上單擊按鈕，進(jìn)入脈沖序列的選擇對(duì)話框，在脈沖

11、序列列表框中選中硬脈沖Fid序列，單擊OK按鈕進(jìn)入到硬脈沖FID序列界面。8、 在窗口的左側(cè)參數(shù)列表中各參數(shù)的物理意義詳見(jiàn)NMI20MRI軟件操作手冊(cè)。具體參數(shù)設(shè)置如下表：參數(shù)名稱p1(us)D3(us)D0(ms)TDSW(kHz)DFW(kHz)SF1(MHz)O1(kHz)RGNSDS值3510010002048100302260048109、 單擊按鈕，觀察窗口右側(cè)有無(wú)FID信號(hào)；通過(guò)調(diào)整脈沖主頻偏移量O1的大?。ㄔ谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)等量增加或減小O1的值），直到找到FID信號(hào)為止。具體FID信號(hào)外觀見(jiàn)圖3所示。圖3 硬脈沖FID信號(hào)10、用4mm無(wú)磁的內(nèi)六角扳手松開(kāi)磁體柜頂蓋上4顆內(nèi)六角螺

12、絲，小心地打開(kāi)頂蓋（注意不要損壞樣品管）。11、用6mm無(wú)磁的內(nèi)六角扳手緩慢地調(diào)整磁體柜內(nèi)兩個(gè)圓盤形磁極之一（左側(cè)）上六顆內(nèi)六角螺絲，同時(shí)觀察監(jiān)視器上的FID信號(hào)。最終監(jiān)視器上的FID信號(hào)衰減達(dá)到最緩慢的時(shí)候，也就是主磁場(chǎng)最均勻的狀態(tài)。12、小心地將磁體柜的蓋子蓋上，用4mm的內(nèi)六角扳手緊固磁體柜蓋子上4顆內(nèi)六角螺絲。13、單擊按鈕停止掃描，點(diǎn)擊按鈕將FID信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。單擊進(jìn)入一維處理界面，單擊進(jìn)入相位校正對(duì)話框，點(diǎn)擊增減按鈕直到FFT變換后的曲線峰值均在基線以上呈左右對(duì)稱狀態(tài)，單擊使信號(hào)峰完整落在圖像顯示區(qū)。單擊按鈕選擇曲線在X方向上的測(cè)量范圍，再點(diǎn)擊按鈕使測(cè)量單位以ppm為單位，最

13、后點(diǎn)擊測(cè)出信號(hào)峰的半高寬度（如圖4所示），并記錄在機(jī)械勻場(chǎng)主磁場(chǎng)均勻性的空格線上。圖4 FID信號(hào)頻譜及均勻性14、單擊按鈕繼續(xù)掃描，并將梯度電子柜的電源開(kāi)關(guān)設(shè)置在ON位置，分別緩慢地調(diào)整梯度電子柜面板上的GX Shim、GY Shim、GZ Shim電位器旋鈕，使監(jiān)視器上的FID信號(hào)衰減達(dá)到更緩慢的時(shí)候，即主磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)電子勻場(chǎng)后達(dá)到了最均勻的狀態(tài)，重復(fù)第13步，并記錄在電子勻場(chǎng)主磁場(chǎng)均勻性的空格線上。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、機(jī)械勻場(chǎng)的結(jié)果：主磁場(chǎng)的均勻性：_ppm。2、電子勻場(chǎng)后的最終結(jié)果：主磁場(chǎng)的均勻性：_ppm。實(shí)驗(yàn)二 測(cè)量磁共振中心頻率（拉莫爾頻率）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、理解核磁共振的基本原理。

14、2、理解磁體的中心頻率和拉莫爾頻率的關(guān)系。3、掌握拉莫爾頻率的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)器材：約10mm高的大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、核磁共振基本原理當(dāng)一個(gè)樣品被放在外磁場(chǎng)中時(shí)，樣品就會(huì)被磁化，產(chǎn)生能級(jí)分裂現(xiàn)象，所產(chǎn)生的能級(jí)間距為：；如果在該樣品系統(tǒng)上加上一個(gè)射頻磁場(chǎng)，從量子力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，射頻場(chǎng)的能量為，當(dāng)該能量和分裂產(chǎn)生的能級(jí)間距相等，即時(shí)，樣品對(duì)外加射頻能量吸收達(dá)到最大，產(chǎn)生的磁共振信號(hào)也最強(qiáng)，因此得到核磁共振產(chǎn)生的基本條件： ，因此得到拉莫爾方程，此時(shí)的就是產(chǎn)生核磁共振的拉莫爾頻率，也是外加磁場(chǎng)的中心頻率，其中為樣品物質(zhì)的磁旋比，為原子核自旋角動(dòng)量的單位，為譜

15、朗克常量，為外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。2、測(cè)量方法方法一：對(duì)于一個(gè)主磁場(chǎng)確定的磁共振系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在外界條件不變的條件下，其共振頻率也是一個(gè)固定的值，接收線圈測(cè)量到的FID信號(hào)和射頻磁場(chǎng)的頻率變化是一致的，因此可以對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，找到FID信號(hào)的頻率，根據(jù)核磁共振發(fā)生的條件，從而間接得到射頻磁場(chǎng)的中心頻率，此頻率也就是樣品質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的拉莫爾頻率。方法二：宏觀磁化矢量的弛豫可以通過(guò)布洛克方程進(jìn)行描述和求解，但此過(guò)程中總是包含著一個(gè)固定的進(jìn)動(dòng)項(xiàng)。由于進(jìn)動(dòng)的存在，使得描述和求解都很困難。而進(jìn)動(dòng)并不對(duì)信號(hào)幅值產(chǎn)生任何影響。因此有人采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來(lái)描述宏觀磁化矢量的弛豫過(guò)程。因此，實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的MR信

16、號(hào)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中就可以把進(jìn)動(dòng)項(xiàng)消除。當(dāng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)頻率與拉莫爾頻率完全相同時(shí)，線圈采集到的FID信號(hào)中的拉莫爾頻率成分就可被完全過(guò)濾掉，呈現(xiàn)出來(lái)的是一條呈指數(shù)遞減規(guī)律的曲線。因此在實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)不斷修改射頻脈沖的頻率，同時(shí)觀察屏幕上的FID信號(hào)。當(dāng)FID信號(hào)的振蕩頻率逐步減小到基本上不出現(xiàn)振蕩時(shí)，說(shuō)明此時(shí)的射頻頻率就是拉莫爾頻率。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行NMIMRI20軟件進(jìn)入到軟件操作界面。2、 將裝有10mm高大豆油的樣品管小心放置入磁體柜上方樣品孔內(nèi)。3、 開(kāi)啟射頻單元及梯度放大器的電源。4、 單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入脈沖序列選擇對(duì)話框。選擇硬脈沖FID序列，在參數(shù)設(shè)置列

17、表中將中心頻率主值SF1、偏移量O1和采樣點(diǎn)數(shù)TD分別預(yù)設(shè)為：22、600.000和2048。方法一：1、 點(diǎn)擊進(jìn)行單次采集，即可觀測(cè)到FID信號(hào)。停止后選擇工具欄上的FFT命令按鈕，對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，如圖1所示。圖1 FID信號(hào)經(jīng)FT后的頻域信號(hào)形狀2、 點(diǎn)擊進(jìn)入一維處理選項(xiàng)卡，界面如圖2所示。3、 單擊按鈕進(jìn)入相位校正對(duì)話框，調(diào)節(jié)零級(jí)相位校正PC0數(shù)值框中的值使譜線基部處在同一水平位置上，如圖2所示，選擇OK確定。 圖2 一維處理界面4、 選擇基線歸零按鈕，把譜線基部下拉到坐標(biāo)零基線位置，如圖3所示。圖3 基線歸零后的頻譜圖5、 使用頻域顯示調(diào)整按鈕，選擇以譜峰為中心點(diǎn)的局部譜線

18、進(jìn)行顯示，具體方法將鼠標(biāo)先后對(duì)稱地點(diǎn)擊譜峰中心左右兩側(cè)，如圖4所示。鼠標(biāo)松開(kāi)后，選擇的局部譜線就會(huì)得到放大顯示如圖5所示。圖4 局部譜線顯示圖6、 使用按鈕，把譜線中心峰值處設(shè)置為中心頻率，如圖5所示，設(shè)定后系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，確定后系統(tǒng)就會(huì)在下次采集時(shí)采用設(shè)定的中心頻率，即找到了系統(tǒng)的中心頻率。圖5 中心頻率設(shè)置7、選擇單次采集工具，觀看信號(hào)幅度如圖6，說(shuō)明射頻信號(hào)的頻率和磁場(chǎng)的中心頻率近似一致，此時(shí)在采集面板下設(shè)定的頻率SF1（MHz）O1（KHz）的值，即為磁場(chǎng)的拉莫爾頻率。圖6方法二：1、 使用單次采集工具進(jìn)行信號(hào)采集，如圖7所示，該圖表明當(dāng)前設(shè)置的頻率和中心頻率有一定差距。圖7 2

19、、 調(diào)整射頻頻率，即增大或減少O1值，來(lái)尋找合適的射頻頻率，調(diào)整方向?yàn)槭剐盘?hào)變疏（即使頻率差變?。?，如圖8所示。圖8 3、當(dāng)采集信號(hào)比較稀疏時(shí)，再細(xì)調(diào)O1值，直到譜線出現(xiàn)如圖9所示效果，此時(shí)說(shuō)明設(shè)定的射頻頻率和磁場(chǎng)中心頻率重合，即該頻率即為拉莫爾頻率。圖9 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、應(yīng)用方法一測(cè)量到的中心頻率為：_2、應(yīng)用方法二測(cè)量到的中心頻率為：_六、結(jié)果討論與思考題1、如何描述磁共振產(chǎn)生的基本原理；2、如何應(yīng)用傅立葉變換進(jìn)行射頻頻率的測(cè)量；3、討論和比較兩種中心頻率測(cè)量方法之間的異同；4、理論上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系在系統(tǒng)中是用何種硬件器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的？實(shí)驗(yàn)三 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的FID信號(hào)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解并

20、掌握FID信號(hào)的特點(diǎn)。2、 了解實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的FID信號(hào)的差別。3、 如何通過(guò)調(diào)整射頻信號(hào)的幅度來(lái)改變射頻脈沖角度。二、 實(shí)驗(yàn)器材：約10mm高的大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、 實(shí)驗(yàn)原理：1、FID信號(hào)90°射頻脈沖激發(fā)樣品后，樣品的宏觀磁化矢量Mz翻轉(zhuǎn)到XY平面，產(chǎn)生一個(gè)橫向的磁化矢量分量同時(shí)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。沿XY平面放置一個(gè)接收線圈，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感生電壓，感生電壓的大小與磁通量的變化率成正比，接收線圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)就是MR信號(hào)，其頻率與拉莫爾頻率相等，即。90°

21、;射頻脈沖停止后，磁化矢量發(fā)生弛豫，橫向磁化矢量幅值按照指數(shù)規(guī)律自由衰減，接收線圈內(nèi)感應(yīng)出MR信號(hào)也呈現(xiàn)出按指數(shù)規(guī)律自由衰減，這個(gè)MR信號(hào)又稱為FID信號(hào)（Free Induction Decay），因此FID信號(hào)的自由感應(yīng)衰減規(guī)律可以表示為：。 圖1 FID信號(hào)的檢測(cè)及其衰減規(guī)律2、 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系FID信號(hào)實(shí)質(zhì)上是宏觀磁化的綜合運(yùn)動(dòng)所至。為了求解FID信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，就需要確定宏觀磁化的動(dòng)力學(xué)方程。根據(jù)布洛克假設(shè)，宏觀磁化M的運(yùn)動(dòng)方程為：對(duì)于磁共振成像，為空間坐標(biāo)，、分別為三維坐標(biāo)軸；該運(yùn)動(dòng)方程就是建立在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系下的方程。要求解上述布洛克方程非常復(fù)雜，希望能簡(jiǎn)化。由于核磁矩在

22、場(chǎng)中一直繞進(jìn)動(dòng)，在方向的并不進(jìn)動(dòng)。未受激勵(lì)時(shí)，它沿軸駐定不動(dòng)。垂直于軸方向施加射頻場(chǎng)且滿足共振條件時(shí)，開(kāi)始章動(dòng)。一旦離開(kāi)軸，就既有繞的進(jìn)動(dòng)，也有繞的章動(dòng)，再加上T1和T2弛豫運(yùn)動(dòng)，整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程看起來(lái)異常復(fù)雜。而接收線圈只能感受到垂直于軸的xy平面內(nèi)的宏觀磁化的變化?；诖耍腥司拖氲揭胍粋€(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，把繞軸的進(jìn)動(dòng)當(dāng)作背景減掉。S表示實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系：；表示旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系：；讓和重合，和重合，以繞軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)時(shí)，在坐標(biāo)系中，將看不到繞的進(jìn)動(dòng)，只看到繞的進(jìn)動(dòng)，以及T1和T2弛豫運(yùn)動(dòng)。因此運(yùn)動(dòng)描述大為簡(jiǎn)化。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的布洛克方程為：對(duì)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的FID信號(hào)進(jìn)行正交相位檢波后，就產(chǎn)生了實(shí)部和虛部?jī)陕沸盘?hào)

23、。其中實(shí)部為吸收線形，為偶函數(shù)；虛部信號(hào)為色散線形，為奇函數(shù)。在本實(shí)驗(yàn)設(shè)備中分別用紅色線和綠色線表示。3、硬脈沖對(duì)于磁共振系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，90°射頻脈沖是用來(lái)產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)的脈沖，射頻磁場(chǎng)是驅(qū)動(dòng)激發(fā)磁化矢量，從而產(chǎn)生MR信號(hào)的動(dòng)力源，所以對(duì)于不同的射頻脈沖形式，其產(chǎn)生的作用是不同的。硬脈沖是指一個(gè)具有很窄很強(qiáng)的矩形射頻脈沖，這種矩形脈沖對(duì)應(yīng)的頻譜很寬，因此頻譜的主瓣中央部分足以覆蓋樣品吸收譜的范圍，因此，這樣的激發(fā)脈沖可以近似地把發(fā)射線圈所作用范圍內(nèi)的樣品全部進(jìn)行激發(fā)，因此，它不能用作層面選擇，但可用于NMR波譜和三維成像中，它的特點(diǎn)是時(shí)寬很小，強(qiáng)度和功率很大。4、硬脈沖FID序列硬脈沖FI

24、D序列是采用90°硬脈沖后采集FID信號(hào)的序列，其序列形式如圖2所示。該序列的作用主要有兩個(gè)：觀察FID信號(hào)和調(diào)整射頻角度。序列參數(shù)分別為：D0:重復(fù)時(shí)間TR;D3:死時(shí)間，即90°射頻結(jié)束到線圈開(kāi)始采集信號(hào)之間的時(shí)間間隔；P1: 90°射頻脈沖的施加時(shí)間；圖2 硬脈沖FID序列的序列形式四、 實(shí)驗(yàn)步驟：（一）觀察旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的FID信號(hào)：1、選擇下的硬脈沖FID序列進(jìn)行信號(hào)采集，硬脈沖序列圖如圖2所示。2、設(shè)置射頻頻率SF122，O1607，一般頻率設(shè)置要稍微偏離中心頻率，然后點(diǎn)擊“GS”進(jìn)行單次采集，即可觀測(cè)到FID信號(hào)。如圖3所示。圖33、設(shè)置采集點(diǎn)數(shù)TD分

25、別為512、1024、2048，觀察FID信號(hào)的改變情況。圖4為TD為2048時(shí)后的FID信號(hào)。圖44、如果出現(xiàn)上圖3、4中的失真現(xiàn)象，可以通過(guò)減小增益值，來(lái)消除失真，消除失真后的圖像如圖5所示。自動(dòng)增益調(diào)整的方法可參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)4。圖55、改變P1值，即90度脈沖寬度，從小到大逐步改變P1值，可以觀察到信號(hào)的大小的改變規(guī)律。最后紀(jì)錄使得信號(hào)幅值最大的P1值即為900射頻的脈沖幅值。6、改變SW的值，即譜寬，分別設(shè)定SW為12、25、50、100，觀察FID信號(hào)的變化規(guī)律。把SW設(shè)為50時(shí)，效果如圖6所示。圖67、分別改變D3值，100、300、500、700、1000，觀察FID信號(hào)的改變情況，并

26、總結(jié)出規(guī)律。如圖7所示為D3500時(shí)的FID信號(hào)。8、仔細(xì)觀察FID信號(hào)的實(shí)部和虛部信號(hào)的特點(diǎn)。圖7（二）觀察實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系下的FID信號(hào)1、將示波器探針接到信號(hào)接收放大器的輸出端；2、調(diào)整示波器的時(shí)間軸和幅值刻度軸，觀察并記錄此時(shí)的FID信號(hào)；并與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的FID信號(hào)進(jìn)行比較，看有什么不同？五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、FID信號(hào)的大致特征是_；2、FID實(shí)部信號(hào)和虛部信號(hào)的相位差為 _； 3、在圖7的基礎(chǔ)上，計(jì)算T2*=_；六、結(jié)果討論與思考題1、FID信號(hào)的產(chǎn)生原理是什么？2、FID信號(hào)和射頻信號(hào)頻率之間的關(guān)系是什么？3、觀察圖4所示的FID信號(hào)的頻率是多少？其與線圈產(chǎn)生的FID信號(hào)之間的關(guān)系是什么

27、？實(shí)際上前者是后者進(jìn)行何種處理以后的信號(hào)形狀？實(shí)驗(yàn)四 自動(dòng)增益實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解磁共振成像中自動(dòng)增益的重要性。2、 了解自動(dòng)增益調(diào)整在信號(hào)采集過(guò)程中的位置。3、 掌握自動(dòng)增益的調(diào)整方法。二、 實(shí)驗(yàn)器材：約10mm高的大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、 實(shí)驗(yàn)原理：1、自動(dòng)增益調(diào)整對(duì)于實(shí)際的核磁共振系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通常所產(chǎn)生的磁共振信號(hào)都非常微弱，并伴有噪聲，因此，對(duì)接收到的磁共振信號(hào)都要進(jìn)行一系列的處理。對(duì)于信號(hào)的放大部分，除了前置放大和二次放大外，還需要進(jìn)行自動(dòng)增益處理。前置放大器的放大能力一般是固定的，但也可以通過(guò)軟件進(jìn)行分級(jí)調(diào)整的。二級(jí)放大單元的放大能力是可以通過(guò)可調(diào)電

28、位器進(jìn)行連續(xù)調(diào)整的。需要進(jìn)行自動(dòng)增益調(diào)整的原因有二個(gè)：一、在信號(hào)幅值較小時(shí)，可以放大信號(hào)，提高信噪比。但是信號(hào)幅值也不是越大越好，這是因?yàn)榇殴舱裥盘?hào)最后經(jīng)過(guò)相敏檢波后需要被AD轉(zhuǎn)換器采集成數(shù)字信號(hào)才能送到K空間進(jìn)行存儲(chǔ)。而每個(gè)ADC都有一個(gè)轉(zhuǎn)換范圍，即能夠轉(zhuǎn)換的最高幅值，超過(guò)該幅值的信號(hào)會(huì)被截止掉。2、自動(dòng)增益調(diào)整的方法NMI20臺(tái)式磁共振成像儀采用了兩種增益方式，一種是通過(guò)軟件對(duì)采集后的MR信號(hào)進(jìn)行前放增益的調(diào)整，本實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)四檔增益調(diào)整；另外一種是通過(guò)儀器面板上的增益調(diào)節(jié)旋鈕，直接改變二級(jí)放大器件的增益。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：（一） 方法11、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行NMIMRI20軟件進(jìn)入到軟件

29、操作界面。2、將裝有10mm高大豆油的樣品管小心放置入磁體柜上方樣品孔內(nèi)。3、開(kāi)啟射頻單元及梯度放大器的電源。4、單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入脈沖序列選擇對(duì)話框。選擇硬脈沖FID序列，并設(shè)置采集的射頻頻率為中心頻率附近的一個(gè)合適值，再使用按鈕進(jìn)行連續(xù)單次采集，觀察FID信號(hào)如圖1所示。圖15、在采集面板下調(diào)節(jié)增益等級(jí)RG，其它參數(shù)不變。分別設(shè)定RG1、2、3、4時(shí)，觀察采集信號(hào)的變化情況。在此基礎(chǔ)上總結(jié)出RG對(duì)信號(hào)放大倍數(shù)的規(guī)律。如圖2、圖3分別為RG=4和RG=1時(shí)的效果圖。圖2 RG=4時(shí)的效果圖 圖3 RG=1時(shí)的效果圖6、觀察圖3，發(fā)現(xiàn)信號(hào)有些失真，原因是增益過(guò)大。此時(shí)可以調(diào)節(jié)射頻單元的增

30、益調(diào)節(jié)旋鈕，來(lái)減小增益，以消除失真，如圖5所示。圖57、改變PI時(shí)間，分別為10、20、30、40、50，觀察信號(hào)的改變情況?？偨Y(jié)出P1對(duì)信號(hào)失真的規(guī)律。通過(guò)調(diào)整P1時(shí)間，使得信號(hào)幅值達(dá)到最大而不出現(xiàn)失真情形。（二）方法21、先將硬件面板上的增益旋鈕打到最大值；2、再用菜單命令打開(kāi)文件DemoSPFid.fid，設(shè)置好共振頻率，將參數(shù)RFA0設(shè)置前方增益RFA0為1（最大），然后采集FID 信號(hào)，將其FT，測(cè)量譜線的強(qiáng)度，記錄為A1；3、再將RFA0 改為2，重新采集FID 信號(hào)，將其FT，測(cè)量譜線強(qiáng)度，記錄為A2；4、若A12×A2，則可減小儀器面板上旋鈕的數(shù)值。重復(fù)上面的步驟2、

31、3，直到條件滿足為止。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、RG對(duì)信號(hào)放大的規(guī)律是： ；2、P1對(duì)信號(hào)出現(xiàn)失真的規(guī)律是： ；六、結(jié)果討論與思考題1、 有哪幾種方式可以實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)？2、 為什么需要增益調(diào)整？MR信號(hào)非常微弱，因此需要很好的信號(hào)放大能力，因此放大倍數(shù)越高越好。3、 軟件和硬件對(duì)自動(dòng)增益的調(diào)整有什么區(qū)別？實(shí)驗(yàn)五 硬脈沖回波一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解硬脈沖的脈沖特性。2、了解硬脈沖回波的形狀。4、 掌握序列參數(shù)和采集參數(shù)對(duì)回波信號(hào)的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材：約1ml大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、 硬脈沖MRI中的射頻場(chǎng)系統(tǒng)用以發(fā)射中心頻率為拉莫爾頻率的射頻電磁波，從而激發(fā)質(zhì)子群

32、系統(tǒng)發(fā)生核磁共振效應(yīng)。該電磁波并非為單一頻率，而是以拉莫爾頻率為中心頻率具有一定寬度的頻帶。根據(jù)頻帶寬度的不同，分為硬脈沖和軟脈沖。射頻脈沖是時(shí)間門控的高頻載波信號(hào)，是時(shí)間域信號(hào)（如圖1所示）。載波頻率即為頻率源產(chǎn)生的拉莫爾頻率，是一個(gè)單一頻率的信號(hào)。門控信號(hào)脈沖序列發(fā)生器產(chǎn)生的控制射頻發(fā)射時(shí)序的信號(hào)。將圖1信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換后，即得到其頻率域信號(hào)波形則是一個(gè)SINC函數(shù)形狀（如圖2所示）。硬脈沖其時(shí)間激發(fā)寬度較窄，但射頻幅值較高，對(duì)應(yīng)的頻帶較寬，可以激發(fā)較大范圍的質(zhì)子，選擇性較差；軟脈沖其時(shí)間激發(fā)寬度較寬，但射頻幅值較低，對(duì)應(yīng)的頻帶較窄，只能激發(fā)較小進(jìn)動(dòng)頻率范圍的質(zhì)子，選擇性較好。由于矩形脈

33、沖和SINC波形一對(duì)傅立葉變化對(duì)，因此也有磁共振系統(tǒng)用SINC波形的時(shí)間域射頻信號(hào)來(lái)獲取規(guī)整的矩形頻域信號(hào)來(lái)進(jìn)行更好的激勵(lì)選擇，但難度較高，本次實(shí)驗(yàn)裝置采用矩形時(shí)間域信號(hào)來(lái)激發(fā)。圖1 射頻波形（時(shí)間域）圖2 射頻的頻帶范圍（頻域）2、 硬脈沖回波硬脈沖回波序列是采用硬脈沖射頻進(jìn)行激勵(lì)的自旋回波序列，其序列形式如圖3所示。P1和P2分別是90度和180度脈沖的施加時(shí)間，實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察其長(zhǎng)短關(guān)系。圖3中的參數(shù)分別是：D0:近似為重復(fù)時(shí)間（TR）;D1：90度射頻與180度射頻之間的時(shí)間間隔，近似為回波時(shí)間的一半（TE/2）;D3:180度射頻結(jié)束后到信號(hào)采集開(kāi)始之間的時(shí)間間隔；P1:90度射頻的施

34、加時(shí)間；P2: 180度射頻的施加時(shí)間；圖3 3、 序列參數(shù)對(duì)回波信號(hào)的影響MR信號(hào)是在讀出梯度施加時(shí)才被線圈讀出并送到后面的電子學(xué)線路進(jìn)行處理的。因此只有當(dāng)讀出梯度施加時(shí)，或者說(shuō)線圈在譜儀的控制下處于接收狀態(tài)時(shí)才能接收到信號(hào)，因此序列參數(shù)必須使得質(zhì)子群產(chǎn)生回波信號(hào)的時(shí)刻和線圈接同步才能獲取最大幅值信號(hào)。否則即使質(zhì)子群系統(tǒng)產(chǎn)生了回波，也不能獲得最大幅值的信號(hào)，或者根本不能獲取回波信號(hào)。 例如當(dāng)D1時(shí)間太長(zhǎng)，達(dá)到10000微秒時(shí)，根據(jù)SE序列原理，回波最高幅值應(yīng)該在180度射頻結(jié)束后的10000微秒時(shí)刻出現(xiàn)，而線圈在180度射頻結(jié)束后的150微秒內(nèi)開(kāi)始接收信號(hào)，信號(hào)接收時(shí)間為20ms,根據(jù)回波產(chǎn)

35、生的原理，信號(hào)接收過(guò)程結(jié)束后，回波信號(hào)還未產(chǎn)生，因此不能接收到回波信號(hào)。4、 采集參數(shù)對(duì)回波信號(hào)的影響采集參數(shù)主要包括采樣點(diǎn)數(shù)TD,采樣帶寬SW，采樣頻率FW，計(jì)算點(diǎn)數(shù)SI。這四個(gè)參數(shù)之間是有相互關(guān)系的。采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率共同決定采樣時(shí)間，即t=TD×FWSW=1/FWT=TD/SW因此改變采集參數(shù)，可以改變信號(hào)采集時(shí)間。采集時(shí)間對(duì)回波信號(hào)的采集也是有影響的。例如當(dāng)采集點(diǎn)數(shù)由1024改變成2048時(shí)，采樣時(shí)間增加一倍；當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)不變，采樣頻率增加一倍，則采集時(shí)間縮短一半；采樣帶寬較小一半，采集時(shí)間則增加一倍。五、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行NMIMRI20軟件進(jìn)入到軟件操作界面。

36、2、將裝有10mm高大豆油的樣品管小心放置入磁體柜上方樣品孔內(nèi)。3、開(kāi)啟射頻單元及梯度放大器的電源。4、重復(fù)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容，使系統(tǒng)處于磁共振實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。5、選擇下的硬脈沖FID序列，通過(guò)調(diào)節(jié)P1值使信號(hào)幅值達(dá)到最大值，記錄下來(lái)此時(shí)的P1值，以作后面使用。6、選擇下的硬脈沖回波序列，其序列圖如圖1所示，主要由90度和180度射頻脈沖及其回波信號(hào)組成。選擇硬脈沖回波序列后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的回波信號(hào)參考圖，如圖4所示，這也是我們調(diào)節(jié)的理想目標(biāo)。圖4 7、首先設(shè)置射頻頻率O1值，使它稍微偏離上述測(cè)定的中心頻率，然后再將采集點(diǎn)數(shù)TD分別設(shè)置為128、256、512、1024、2048。然后使

37、用單次采集工具，此時(shí)出現(xiàn)初步結(jié)果，觀察此時(shí)信號(hào)的情況，如圖5所示為TD為2048時(shí)出現(xiàn)的波形。圖5 TD為2048時(shí)的波形圖6 D1為10000時(shí)出現(xiàn)的波形8、將D1時(shí)間分別設(shè)置為1000、3000、5000、8000、10000，然后使用單次采集工具，此時(shí)出現(xiàn)初步結(jié)果，觀察此時(shí)信號(hào)的情。如圖6所示為D1為10000時(shí)出現(xiàn)的波形。如圖7所示D1改變?yōu)?500時(shí)候出現(xiàn)的波形。圖7 D1為4500時(shí)候出現(xiàn)的波形9、將SW分別設(shè)置為10、30、50、80、100，然后使用單次采集工具，此時(shí)出現(xiàn)初步結(jié)果，觀察此時(shí)回波信號(hào)在時(shí)間和形狀上變化情況。圖8所示為SW為50時(shí)的信號(hào)采集情況。圖8 SW為50Hz

38、時(shí)采集的信號(hào)10、過(guò)上述3種參數(shù)的調(diào)節(jié)對(duì)采集回波信號(hào)的影響，合適的選擇參數(shù)，使回波完全出現(xiàn)在信號(hào)窗口，F(xiàn)ID信號(hào)盡量少進(jìn)入信號(hào)窗口，同時(shí)使回波中心處于采樣時(shí)間的中點(diǎn)處。11、將90度脈沖的脈寬P1設(shè)置為第二步找到的數(shù)值，然后通過(guò)調(diào)節(jié)P2的值，使回波信號(hào)幅值達(dá)到最大，一般P2和P1的大致關(guān)系為：P2=2P1，調(diào)節(jié)的最佳結(jié)果如圖9所示。圖9 調(diào)節(jié)達(dá)到最佳狀態(tài)的硬脈沖回波信號(hào)五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、序列參數(shù)D1對(duì)采集的回波信號(hào)的影響規(guī)律是 ；2、采集點(diǎn)數(shù)TD對(duì)采集的回波信號(hào)的影響規(guī)律是 ；3、接收帶寬SW對(duì)采集的回波信號(hào)的影響規(guī)律是 ；六、結(jié)果討論與思考1、 在射頻幅值相同的情況下，180度射頻和90度射頻

39、在施加時(shí)間上有什么規(guī)律？2、 為什么在硬脈沖回波序列中只通過(guò)調(diào)整射頻施加時(shí)間來(lái)達(dá)到調(diào)整射頻角度的目的？3、為什么在硬脈沖回波中采用時(shí)間域方波信號(hào)作為射頻信號(hào)？實(shí)驗(yàn)六 軟脈沖FID實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解軟脈沖FID序列的射頻脈沖特性；2、了解軟脈沖FID序列的信號(hào)的特點(diǎn)；3、了解900軟脈沖射頻的角度調(diào)整方法；4、了結(jié)累加次數(shù)對(duì)FID信號(hào)的影響；二、實(shí)驗(yàn)器材：約1ml大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、 實(shí)驗(yàn)原理：1、軟脈沖由于軟脈沖需要實(shí)現(xiàn)很好的選擇性激勵(lì)，因此頻帶寬度要求窄，并且頻帶邊緣要求陡直，而不能像硬脈沖的頻帶邊緣是SINC形式的。由于SINC函數(shù)和方波函數(shù)是一對(duì)傅立

40、葉變換對(duì)（如圖1、2所示 ），因此理論上可以實(shí)現(xiàn)這種矩形帶寬的頻率域信號(hào)的。實(shí)際的磁共振成像儀也都是利用時(shí)間域的SINC波形調(diào)制的高頻信號(hào)作為射頻信號(hào)，但由于不可能做到無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間域SINC信號(hào)，因此理想的矩形頻帶信號(hào)是不可能實(shí)現(xiàn)，但從實(shí)際效果來(lái)看，利用3個(gè)耳瓣或5個(gè)耳瓣SINC波形調(diào)制的射頻信號(hào)就可以滿足選擇性激勵(lì)要求。圖1 SINC波形的射頻軟脈沖（頻域）圖2 方波頻帶（頻域）2、軟脈沖FID序列軟脈沖FID序列和硬脈沖FID序列在序列形式上是一樣，只是采用的射頻脈沖不同（具體可參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)五的實(shí)驗(yàn)原理部分）。硬脈沖回波采用的是窄而強(qiáng)的方波時(shí)間域射頻脈沖，沒(méi)有選擇性，一般在波譜分析中常用；而軟脈

41、沖FID序列采用的寬而弱的SINC波形時(shí)間域射頻脈沖，其頻帶較窄，具有很好的選擇性激勵(lì)特性，一般在成像中常用。軟脈沖FID序列的序列形式如圖3所示，其中各參數(shù)分別為：圖3 軟脈沖FID序列形式D0：重復(fù)時(shí)間；D3：射頻結(jié)束到線圈開(kāi)始接收信號(hào)之間的切換時(shí)間，即系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間；P1：900軟脈沖的施加時(shí)間；RFA1：900軟脈沖的幅值；四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、選擇Demo下的軟脈沖Fid序列，如圖3所示。2、設(shè)定好射頻頻率接近中心頻率，但不要完全等于中心頻率，差值可在20Hz左右。設(shè)置過(guò)采樣倍數(shù)DS=5。3、逐步改變90度脈沖的幅度RFA1，使信號(hào)幅度和積分面積都盡可能達(dá)到最大。圖4所示調(diào)節(jié)效果圖。當(dāng)用

42、肉眼不能完全確定幅值是否達(dá)到最大值時(shí)，也可以停止采樣后，通過(guò)一維處理中的FT工具進(jìn)行幅度的確認(rèn)。最后紀(jì)錄使得FID信號(hào)出現(xiàn)最大值時(shí)的RFA1值。圖45、改用工具，進(jìn)行累加采集實(shí)驗(yàn)；分別采用累加次數(shù)NS為2、4、6、8次，其它參數(shù)不用改變，觀察FID信號(hào)的變化情況。整個(gè)累加采集過(guò)程會(huì)自動(dòng)完成，如圖5所示為NS=8時(shí)的FID信號(hào)。圖56、改變死時(shí)間D3（默認(rèn)為100微秒）分別為150、200、250、400，得觀察FID信號(hào)的改變情況；并總結(jié)規(guī)律；五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、FID達(dá)到最大時(shí)的RFA1= ；2、采集次數(shù)NS對(duì)FID信號(hào)的影響規(guī)律是 ；3、死時(shí)間D3對(duì)FID信號(hào)的影響規(guī)律是 ；六、結(jié)果討論與思考

43、1、軟脈沖回波中為什么不和硬脈沖回波序列一樣采用時(shí)間域方波信號(hào)來(lái)做射頻激勵(lì)信號(hào)？2、軟脈沖用何種參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻翻轉(zhuǎn)角度的調(diào)整的？實(shí)驗(yàn)七 軟脈沖回波一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解軟脈沖回波序列的射頻脈沖特性。2、了解軟脈沖回波序列的回波形狀。3、掌握序列參數(shù)和采集參數(shù)對(duì)軟脈沖回波信號(hào)的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材：約1ml大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、序列形式軟脈沖回波序列和硬脈沖回波序列在序列形式上是一樣，只是采用的射頻脈沖不同（具體可參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)五、六的實(shí)驗(yàn)原理部分）。硬脈沖回波采用的是窄而強(qiáng)的射頻脈沖，沒(méi)有選擇性，而軟脈沖回波序列采用的寬而弱的射頻脈沖，其頻帶較窄，具有很好的

44、選擇性激勵(lì)特性。圖1所示為軟脈沖回波序列的序列圖。其中各種參數(shù)分別表示：D0：重復(fù)時(shí)間（TR）;D1：90度射頻與180度射頻之間的時(shí)間間隔，近似為回波時(shí)間的一半（TE/2）;D3：180度射頻結(jié)束后到信號(hào)采集開(kāi)始之間的時(shí)間間隔；P1：90度射頻的施加時(shí)間；P2： 180度射頻的施加時(shí)間；圖1 軟脈沖回波序列的序列形式四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行NMIMRI20軟件進(jìn)入到軟件操作界面。2、將裝有10mm高大豆油的樣品管小心放置入磁體柜上方樣品孔內(nèi)。3、開(kāi)啟射頻單元及梯度放大器的電源。4、重復(fù)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容，使系統(tǒng)處于磁共振實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。5、選擇下的軟脈沖回波序列，其序列圖如圖1所示，主

45、要由90度和180度射頻脈沖及其回波信號(hào)組成。選擇軟脈沖回波后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提供一個(gè)回波信號(hào)參考圖，如圖2所示，這也是我們調(diào)節(jié)的理想目標(biāo)。圖26、首先設(shè)置射頻頻率偏移量O1值，使它盡可能接近中心頻率，然后使用單次采集工具，此時(shí)有可能看不到任何回波。7、改變間隔時(shí)間D1的取值分別為1000、3000、5000和8000，觀察回波信號(hào)在顯示窗口中的改變情況；最后設(shè)定合適的D1值，使回波信號(hào)出現(xiàn)在窗口中心。如圖3所示為D1設(shè)定為4200時(shí)的回波信號(hào)。圖38、逐步修改90度和180度脈沖幅度，即RFA1和RFA2值，RFA1的取值分別為6、10、14、18、22等；RFA2的取值為12、20、28、36

46、、44等；觀察RFA1和RFA2的取值對(duì)信號(hào)的影響；在此基礎(chǔ)上調(diào)整RFA1和RFA2,使信號(hào)最大，并且使前部的Fid的拖尾信號(hào)盡可能地小，如圖4所示。并紀(jì)錄此時(shí)RFA1和RFA2的數(shù)值。圖49、轉(zhuǎn)為累加采集，以消除信號(hào)噪聲，使回波信號(hào)效果更好，如圖5所示。圖5五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、回波出現(xiàn)在中心時(shí)的D1為 ；2、回波調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)的，RFA1為 ；RFA2為 ；3、序列參數(shù)D!對(duì)采集的回波信號(hào)的影響規(guī)律是 ；4、采集點(diǎn)數(shù)TD對(duì)采集的回波信號(hào)的影響規(guī)律是 ；5、接收帶寬SW對(duì)采集的回波信號(hào)的影響規(guī)律是 ；六、結(jié)果討論與思考3、 在軟脈沖回波序列中，180度射頻和90度射頻在施加時(shí)間上有什么規(guī)律？4

47、、 通過(guò)調(diào)整何種參數(shù)達(dá)到射頻角度的調(diào)整？3、軟脈沖回波中為什么不和硬脈沖回波序列一樣采用時(shí)間域方波信號(hào)來(lái)做射頻激勵(lì)信號(hào)？實(shí)驗(yàn)八 硬脈沖CPMG序列測(cè)量T2一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 掌握CPMG序列的特點(diǎn)；2、 掌握用CPMG序列測(cè)量T2時(shí)間的原理和方法；3、 了解采集參數(shù)對(duì)于回波鏈的影響；二、實(shí)驗(yàn)器材：約10mm高的大豆油試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、硬脈沖CPMG序列 硬脈沖CPMG序列是在自旋回波脈沖序列基礎(chǔ)上，多次施加180度脈沖，從而可以得到多個(gè)回波信號(hào)的回波脈沖序列，其序列結(jié)構(gòu)和回波情況如圖1所示。圖1 CPMG序列示意圖 在脈沖之后，經(jīng)過(guò)時(shí)間的散相之后，再加

48、上的重聚焦脈沖，在時(shí)刻得到第一個(gè)回波信號(hào)，之后又開(kāi)始散相運(yùn)動(dòng)，在時(shí)，再施加第二個(gè)的重聚焦脈沖，同樣會(huì)在時(shí)，橫向磁化矢量又會(huì)匯聚而形成第二個(gè)回波信號(hào)，如此重復(fù)，可產(chǎn)生多個(gè)回波信號(hào)，不過(guò)回波信號(hào)的幅度在逐步減小。2、應(yīng)用CPMG進(jìn)行組織T2時(shí)間的測(cè)量 硬脈沖CPMG可以用來(lái)測(cè)量物質(zhì)的T2值，因?yàn)樵诿}沖之后，分別在時(shí)在X軸上施加RF脈沖，就會(huì)分別在時(shí)得到相應(yīng)的回波信號(hào)，從而得到一個(gè)回波波列，由每個(gè)回波峰值，形成的指數(shù)衰減曲線就是衰減曲線，因此可以利用這個(gè)峰值衰減規(guī)律來(lái)測(cè)得樣品的值。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行NMIMRI20軟件進(jìn)入到軟件操作界面。2、將裝有10mm高大豆油的樣品管小心放置入磁

49、體柜上方樣品孔內(nèi)。3、開(kāi)啟射頻單元及梯度放大器的電源。4、重復(fù)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容，使系統(tǒng)處于磁共振實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。5、選擇下的硬脈沖FID序列，根據(jù)實(shí)驗(yàn)3的內(nèi)容調(diào)節(jié)P1值使信號(hào)幅值達(dá)到最大值，記錄下來(lái)此時(shí)的P1值，此時(shí)的射頻脈沖即為900射頻。6、選擇下的硬脈沖CPMG序列，其序列圖如圖2所示，主要由一個(gè)90度射頻脈沖和多個(gè)180度射頻脈沖，及其各自的回波信號(hào)組成。圖27、設(shè)置好中心頻率，D1開(kāi)始可設(shè)置為4000， D2的值設(shè)置為D22D1；將P1值設(shè)置為第2步找到的值，P2的值一般設(shè)置為P22P1； TD的設(shè)置8192，在硬脈沖CPMG序列中最主要的一個(gè)參數(shù)就是回波個(gè)數(shù)C1的設(shè)置，改變C1的值，

50、就能改變?cè)诖翱谥杏^察到的回波個(gè)數(shù)，C1設(shè)置為4個(gè)。8、單擊使用工具欄里的單次采集工具，逐步仔細(xì)調(diào)節(jié)P1和P2的值，以及D1和D2參數(shù)，使最終效果接近于圖3的效果。圖3 9、其它條件不變，將回波個(gè)數(shù)C1分別設(shè)置為2、4、6、8、10，并再次調(diào)節(jié)上述各參數(shù)，分別觀察回波信號(hào)的改變情況。如圖4所示為C1為8時(shí)的參考波形。圖4 C1為8時(shí)的CPMG參考回波序列10、其它參數(shù)不變，分別改變TD為4096、6154、8192、10240，觀察回波信號(hào)的波形變化，并總結(jié)規(guī)律。11、其它參數(shù)不變，分別改變SW為50、100、150、200，觀察回波信號(hào)的波形變化，并總結(jié)規(guī)律。12、根據(jù)7、8步驟總結(jié)出來(lái)的規(guī)律

51、，設(shè)定C1為10，調(diào)節(jié)TD和SW的值，使得窗口中完全顯示出10個(gè)回波鏈。13、在9步驟的基礎(chǔ)上，分別測(cè)量10個(gè)回波的幅值，并記錄在下表中。14、單擊工具欄中的T1T2擬合按鈕，輸入11步驟測(cè)量的數(shù)據(jù)，完成T2的計(jì)算。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 測(cè)量數(shù)據(jù)表回波編號(hào)時(shí)間幅值回波編號(hào)時(shí)間幅值162738495102、最后計(jì)算得到的T2= ；六、結(jié)果討論與思考題1、 單個(gè)回波的幅值按照何種規(guī)律衰減？2、 造成回波鏈信號(hào)幅值衰減的因素是什么？3、 回波鏈長(zhǎng)度是否可以無(wú)限？實(shí)驗(yàn)九 乙醇的化學(xué)位移測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解利用核磁共振測(cè)量物質(zhì)化學(xué)位移的方法。2、了解磁場(chǎng)均勻性對(duì)于化學(xué)位移測(cè)量的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材：約1

52、0mm高的無(wú)水乙醇試管樣品；NMI20臺(tái)式磁共振成像儀。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、化學(xué)位移物質(zhì)的化學(xué)位移特性是核磁共振應(yīng)用于化學(xué)上的支柱，它源于自旋核外的電子云對(duì)外加靜磁場(chǎng)的磁屏蔽效應(yīng)。原子和分子中的原子核（質(zhì)子）并不是裸露的，周圍被電子云所圍繞?？紤]電子云對(duì)靜磁場(chǎng)的屏蔽作用后，原子核（質(zhì)子）實(shí)際所受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度是：式中，是屏蔽系數(shù)，它是個(gè)小量，其值。因此分子中的核與其其它原子所結(jié)合的化學(xué)鍵不同，屏蔽系數(shù)也不同，從而引起他們的共振頻率不同，有：化學(xué)位移可以用頻率偏移量進(jìn)行度量，但是共振頻率隨外場(chǎng)而變，這樣的度量顯然不方便。實(shí)際化學(xué)位移用無(wú)量綱的表示，單位是。 式中，為參照物和樣品的屏蔽系數(shù)。用表示化學(xué)

53、位移，只取決于考慮樣品與參照物屏蔽常數(shù)之差值，或者說(shuō)是考慮屏蔽效應(yīng)后與無(wú)屏蔽效應(yīng)時(shí)的共振頻率偏移量所占的比例。2、化學(xué)位移測(cè)量對(duì)于主磁場(chǎng)均勻性的要求根據(jù)化學(xué)位移的表達(dá)式可知，其數(shù)值為考慮屏蔽效應(yīng)與無(wú)屏蔽時(shí)的共振頻率的偏移大小。為了能精確度量，就需要一個(gè)絕對(duì)恒定的主磁場(chǎng)，否則如果也是一個(gè)不固定的值，那么是無(wú)法確定這個(gè)偏移量的?；蛘哒f(shuō)當(dāng)主磁場(chǎng)沿著某個(gè)主值向左右有展寬時(shí)，會(huì)使得化學(xué)位移值也向左右有展寬。當(dāng)主磁場(chǎng)的展寬（不均勻度）超過(guò)物質(zhì)的化學(xué)位移時(shí)，這種偏移量就是沒(méi)有辦法測(cè)量的，或者說(shuō)偏移量淹沒(méi)在主磁場(chǎng)的不均勻性中。因此要對(duì)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)位移的測(cè)量，需要主磁場(chǎng)的均勻性滿足一定要求。3、乙醇的化學(xué)位移乙醇的化學(xué)分子分子式中包含一個(gè)OH鍵、 CH2鍵、以及CH3鍵，如圖1所示。其磁共振信號(hào)的頻譜圖如圖1。從圖中可以看出，OH鍵中的質(zhì)子與自由水中的質(zhì)子的共振頻率相對(duì)偏移量為5個(gè)ppm。圖1 乙醇的分子結(jié)構(gòu)與磁共振信號(hào)頻譜圖四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行NMIMRI20軟件進(jìn)入到軟件操作界面。2、 將裝有10mm高無(wú)水乙醇的樣品管小心放置入磁體柜上方樣品孔內(nèi)。3、 開(kāi)啟射頻單元及梯度放大器的電源。4、 按照實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)，通過(guò)機(jī)械和電子勻場(chǎng)，將主