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1、陈文婷_近代物理实验_06300720378探究自旋回波序列核磁共振成像陈文婷光信息科学与技术06300720378【摘要】利用小型核磁共振成像仪，完成了测量驰豫时间T1、T2，用自旋回波脉冲序列成像等一系列实验，了解了各个参数对图像质量的影响，加深了对核磁共振成像法研究物质的的物理原理的认识。【关键词】核磁共振，核磁共振成像，驰豫时间，卷褶伪影。【引言】美国化学家P.C.Lauterbur和英国物理学家P.Mansfield分别提出在核磁共振中加梯度磁场进行空间编码以及回波平面等方法实现核磁共振成像的原理，获得了2003年度
2、的诺贝尔生理学/医学奖,成为与核磁共振的发展及应用有关的第15,16位诺贝尔奖获得者.50多年来,核磁共振已先后使16位科学家获得了13次诺贝尔奖.随着1978年英国研制出第一台核磁共振成像仪,核磁共振成像技术在医学诊断学和脑科学等领域开拓出一个新的研究方法。如今,全世界已有2.2万余台核磁共振成像仪器在工作,包括成像在内的核磁共振技术已经广泛地应用于物理、化学、生物、医学、地学、石油勘探等领域,形成了一门还在不断发展中的边缘交叉学科。因此，进行核磁共振成像实验是很有意义的。【原理】1核磁共振单个自旋核在磁场中除了不断绕自身轴
3、作转动之外，还以磁场为轴作进动。进动的频率遵循拉莫尔公式：ω0=γB0。其中γ称为旋磁比(Gy2romagneticRatio),是决定于原子核本身性质的常量。ω0称为拉莫尔频率。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射能量恰好等于自旋核两种不同取向能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振（NuclearMagneticResonance,简称NMR)。当含氢样品被置于外磁场B0中时，样品会被磁化，产生能级分裂，分裂能级间距为：ΔE=γB0h/2π。在该样品系统上垂直施加一个射
4、频磁场B1，从量子力学观点来看，射频场的能量为hv，当该能量和分裂间距产生的能级间距相等，即hv=Δ6陈文婷_近代物理实验_06300720378E时，样品对外加射频场能量吸收最大，产生的核磁共振信号也最强。因为，核磁共振产生的基本条件：hv=hω0/2π=hf0=γB0h/2π,即质子进动的拉莫尔频率ω0=γB0。F0是外加射频磁场的中心频率。当2πf0=ω0时，质子系统与射频场系统之间产生能量交换，发生核磁共振。核磁弛豫过程(RelaxationProcess)是吸收射频脉冲能量后的自旋核与周围物质相互作用并以相同频率的射
5、频辐射形式退激发的过程.弛豫过程的时间特性———表征“自旋-晶格弛豫”(Spin-LatticeRelaxation,也称为纵向弛豫)的T1和表征“自旋-自旋弛豫”(Spin-SpinRelaxation,也称为横向弛豫)的T2与物质的种类、物质的结构和物质的环境有关,从而可以测定物质的结构.2核磁共振成像核磁共振成像就是将核磁共振信号所反映的核密度以及弛豫时间T1和T2的空间分布显示成图像.从独立的核磁共振信号到成像,关键是必须对信号进行空间编码.为了在信号中包含空间位置的信息,必须在均匀外磁场上叠加一个空间线性梯度场B(x
6、,y,z),其方向与均匀静磁场B0的方向一致,大小数值是空间坐标的线性函数,这样就可以实现不同位置共振信号的空间编码.针对不同的需求,核磁共振成像空间编码的方式有很多种,相应的对样品施加的梯度磁场脉冲序列也各有不同.但其最基本的宗旨和原理都是一致的.在本实验系统中,我采用了软脉冲自旋回波序列（SE），z方向的梯度场用来实现样品成像横断面的选择(称为选片),x方向的梯度场用来实现在x方向上对信号的频率编码,y方向的梯度场用来实现在y方向上对信号的相位编码.经过空间编码后的信号,通过二维傅里叶变换后就得到核磁共振信号的二维分布函数
7、,从而得到了样品的二维核磁共振图像.核磁共振成像中，脉冲序列是获取足够用以重建图像的信号按照一定的时序和周期施加的射频脉冲与梯度脉冲的组合。软脉冲自旋回波序列执行过程如下：首先用90°射频脉冲激励样品物质，在它作用下，宏观磁化矢量迅速倒向XY平面，因此，90°射频脉冲是SE序列的准备脉冲。之后再施加一个选层梯度脉冲Gs作用在样品上，以选择并激发一个特定层面，接下来是一个180°脉冲，主要作用是改变XY平面内质子进动方向，使失相的质子重新相位重聚，此时吸收180°6陈文婷_近代物理实验_06300720378脉冲射频能量的后的质
8、子，将在后面以自旋回波的形式放出能量，从而产生自旋回波信号。选择一个层面，接下来就是在相位编码和频率编码作用下进行数据采集。Gp是相位编码梯度，在每次重复时，相位编码梯度递增或者递减一步。Gr是读出梯度，即；频率编码梯度，以实现对每个像素的最终定位，从而确定视野（FOV,fi
