核磁共振实验设计探讨

Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：Ｎ Ｍ Ｒ ；ｐｕｌｓｅ Ｎ Ｍ Ｒ ； ＦＩＤ ｓｉｇｎａｌ； ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ； Ｍ Ｒ Ｉ
核磁共振医学成像技术作为一种常用的医学成像 方式和检查手段，已经成为影像医学教学中不可或缺的 一个重要内容，作为教学见习和理论实践的核磁共振实 验 ，也 在 突 现 出 它 的 必 要 性 。因 此 ，越 来 越 多 的 理 工 科 院 校、医学院校已经或正在开设核磁共振试验或演示实 验 ，以 适 应 科 学 发 展 的 需 要 。如 北 京 大 学 物 理 系 、北 京 理 工 大 学 、中 国 医 科 大 学 等 。这 些 实 验 的 开 设 ，满 足 了 学 生 对抽象复杂的核磁共振成像的具象认识，形象地观察到 核磁共振显像和设备。
ｂ中分辨率 体模图像
图３
ｃ低 分 辨 率 体模图像
可得三组不同的分辨率和信噪比；在三个不同条件 下，分辨率由高到低为：ａ、ｂ、ｃ，信噪比由高到低为 ａ、ｂ、ｃ。 常用的核磁共振图像简单后处理函数有三个，分别采用 三 种 函 数 对 图 像 分 别 进 行 平 滑 、中 值 滤 波 和 锐 化 ，得 到 三种不同图像效果（ 如图 ４ａ、ｂ、ｃ） 。
ａ中 值 滤 波 后 的体模图像
ｂ锐化后的 体模图像
ｃ平 滑 后 的 体模图像
图４ ４ 总结
该实验可分两至三次，共 ８ 学时。实验顺序和容量 可根据学生层次和实验条件灵活调整，如面向医学影像 本 、专 科 方 向 ， 可 开 设 实 验 的 一 、二 、四 部 分 ； 面 向 工 学 基 础较好的医学物理方向和生物医工方向学生时，可完成 全部内容，并作更深入的编码重建和傅里叶变换分析实 验（ 计算机编程模拟） 。
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中国医学装备 ２００５ 年 １２ 月第 ２ 卷第 １２ 期 Ｃｈｉｎａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２００５ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ Ｖｏｌ．２ ＮＯ．１２
图 １：ａ 含水体模的核磁共振中心频率值 图 １：ｂ 线圈电压曲线值（ 离散）
图 ２：方形水模的中间层 Ｋ 空间图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ａ高 分 辨 率 体模图像
中国医学装备 ２００５ 年 １２ 月第 ２ 卷第 １２ 期 Ｃｈｉｎａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２００５ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ Ｖｏｌ．２ ＮＯ．１２
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共振频率值。由于方法简单直观， 该内容予以保留，同 时，为突出其在医学中的应用，添加脉冲波核磁共振成 像实验，观察水模以及氢质子的共振相关参数。具体实 验步骤如下：
核磁共振进行医学检查的过程和图像特点进行了解，对 设 备 组 成 部 分 进 行 观 察 。无 法 获 得 实 验 的 物 理 数 据 和 信 号获取处理过程。
我校 医 学 影 像 专 业 本 、专 科 已 创 办 多 年 ，形 成 了 医 工 结 合 、影 像 技 术 为 主 的 培 养 基 础 。 学 生 具 有 一 定 的 医 学和工学知识，在影像成像原理（ 影像物理学） 、影像设 备 学 、核 磁 共 振 成 像 学 等 课 程 的 学 习 中 ，都 有 进 行 详 细 核磁共振成像数理和实践的实验要求，而现有的两种核 磁共振实验内容均无法满足要求。针对这些问题，我们 以万东 ０．３６Ｔ 开放型核磁共振设备为试验平台， 借助频 谱 仪 软 件 ，实 现 核 磁 共 振 现 象 观 察 、信 号 的 捕 捉 处 理 、图 像重建和医学图像处理四个内容的试验设计，达到了物 理现象和医学成像结合的目的，帮助学生更全面的掌握 核磁共振成像。 １ 核磁共振实验开设方案 １．１ 核磁共振现象观察
【关键词】 核磁共振；脉冲核磁共振；自由感应衰减信号；驰豫信号；核磁共振成像
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗ ｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗ ａｒｄ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈａｔ ｃａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎｄ ｐｕｌｓｅ Ｎ Ｍ Ｒ ｉｍ ａｇｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｎ Ｍ Ｒ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｃａｎ ｌｅａｒｎ ｍ ｏｒｅ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ Ｎ Ｍ Ｒ ｉｎ ｍ ｅｄｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｆｒｏｍ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｂａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ０．３６Ｔ Ｎ Ｍ Ｒ ｏｐｅｎ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｐａｓｓｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｗ ｏ ｙｅａｒｓ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒａｃｔｉｃｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｇｏｏｄ．
连续波核磁共振 １） 以水、聚四氟乙烯、甘油为 样 品 观 察 核 磁共 振 吸 收信号； ２） 测量并计算各样品磁旋比因子、核磁矩； ３） 测量未知磁场感应强度。 脉冲波核磁共振 １） 以方形水模为样品， 使用头部线圈， 观察在 ０．３６Ｔ 钕铁硼永磁场中的吸收信号； ２） 测量自由感应信号； ３） 测量在 ９０ 度单脉冲非选择性脉冲激励下的共 振 信 号 、驰 豫 时 间 ； ４） 测量在 ９０ 度 ｓｉｎｃ 函数选择性脉冲激励下的共 振信号、驰豫时间 Ｔ１、Ｔ２； ５） 比较两次激励信号的区别。 １．２ 认识医学核磁共振设备 该 内 容 以 认 识 、了 解 磁 共 振 成 像 装 置 各 组 成 部 分 为 主，同时观察进行磁共振检查的全过程。根据成像原理 的 所 学知 识 ，加 深 对 主 磁 场 、梯 度 场 、射 频 脉 冲 、成 像 序 列等概念的理解。如条件允许，可进行对磁共振水模的 头部线圈扫描 ，观 察 Ｔ１ 加 权 、Ｔ２ 加 权 、质 子 密 度 加 权 图 像的区别，观察各种常见伪影，同时根据体模影像计算 图像均匀度和信噪比。 １） 认识核磁共振成像装置各组成部分，８－ １０ 人一 组 ，由 指 导 教 师 带 领 ， 顺 序 观 察 操 作 室 、屏 蔽 室 、设 备 间 。 认 识 计 算 机 控 制 台 、操 作 软 件 、打 印 组 件 、磁 体 、病 床 单 元 、梯度 板 、射 频 板 、线 圈 、水 模 、前 置 放 大 线 、线 路 连 接 板 、谱 仪 、梯 度 放 大 器 、射 频 放 大 器 、水 冷 设 备 、稳 压 电 源 、恒 温 恒 湿 空 调 。 ２） 了解核磁共振检查要求和过程，进行实际的核磁 共 振 检 查 ，观 察 全 过 程 。阅 读 获 得 的 实 际 人 体 影 像 ，重 点 观察 各 扫 描 序 列 的 加 权 信 号 、扫 描 参 数 ，对 比 Ｔ１ 加 权 、 Ｔ２ 加权、质子密度加权图像之间的不同。观察核磁共振 脑血管（ ＭＲＡ） 成像过程及其特点。 １．３ 信号处理过程和图像重建过程 １） 开启核磁共振谱仪分析软件，进行方形水模的常 规 Ｔ１、Ｔ２ 加权成像，用头部线圈采集信号； ２） 观察扫描过程中线圈信号频率与相位的变化，观 察相位编码次数改变时， 采样点和信号个数的变化，截 屏获得中间层面的 ＦＩＤ 信号和回波信号； ３） 观察生成的实际影像，同时采集出相应层面的 Ｋ 空间影像，分别截屏并比较。 ４） 使用常规自旋回波（ ＳＥ） 序列，分别 采 用 不 同重
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【综述点评】
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核磁共振实验设计探讨
Ｔｏ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎ Ｍ Ｒ
邱建峰，王鹏程，鲁 雯，刘 玉，林海洋
（ 泰山医学院放射学院 ， 山东泰安 ２７１０００） 〔文章编号〕１６７２－ ８２７０（ ２００５） １２－ ３０－ ０３ 〔中图分类号〕Ｒ４４５ 〔文献标识码〕Ａ
【摘 要】 针对目前高校核磁共振实验开设现状的不足之处，提出了一种综合了连续和脉冲核磁共振 实验结合的实验设计。以 ０．３６Ｔ 开放性医用核磁共振成像设备为平台，实现了同时观察核磁共振现象和医用 核 磁 共 振 成 像 过 程 的 目 的 ，有 助 于 学 生 更 好 的 学 习 和 理 解 核 磁 共 振 技 术 。实 验 经 过 两 年 的 实 际 教 学 实 践 ，效 果 良好。
复次数、不同大小图像矩阵、不同脉冲周期时间（ ＴＲ） 进 行扫描，观察扫描时间，并用理论公式，
进行实际计算验证； ５） 使用常规自旋回波（ ＳＥ） 序列，采用 三 个 不 同偏 转角的射频脉冲进行激励扫描， 对所获图像的亮度、对 比度进行比较，分析序列参数不同对图像的影响。 １．４ 图像后处理及相关影响因素 １） 头部线圈扫描立方体水模， 进行常规 Ｔ１ 加权、 Ｔ２ 加权质子密度加权扫描，薄层、小视野。获得图像后， 计 算 水 模 图 像 纵 横 比 、信 噪 比 、变 形 程 度 。 ２） 头部线圈扫描专用圆形水模，进行常规 Ｔ１ 加权、 Ｔ２ 加权质子密度加权扫描，薄层、小视野。获得图像后， 计 算 图 像 空 间 线 性 度 、纵 横 比 、层 厚 、层 间 隔 、层 偏 差 。 ３） 头部线圈扫描专用圆形水模 ，进 行 常 规 Ｔ１ 加 权 扫 描 ，分 别 采 用 三 种 不 同 大 小 ＦＯＶ，分 别 测 量 获 得 图 像 的极限分辨率，并分析比较。头部线圈扫描专用圆形水 模，进行常规 Ｔ１ 加权扫描，分别采用三种不同大小层厚 及三种不同大小图像矩阵， 分别测量获得图像的信噪 比 ，并 分 析 比 较 。头 部 线 圈 扫 描 专 用 圆 形 水 模 ，进 行 常 规 Ｔ１ 加权扫描， 分别采用三种不同滤波函数处理图像，分 别 测 量 获 得 图 像 的 窗 宽 、窗 位 ，并 分 析 比 较 。 １．４．１ 实验器材： 万东 ０．３６Ｔ ｉ－ ｏｐｅｎ 永磁型核磁共振，附属成像组件，万 东头部线圈专用水模， 软件：ＭａｔＬａｂ６．５，ＲＮＩＭＲ，ＶＢ６．０。 １．４．２ 实验结果： 实验中，除可以获得三种样品频率值之外，还可获 得医用核磁共振水模的频率值和相关参数。如 Ｔ１、Ｔ２ 数 值，及 其 ＦＩＤ 回 波 ，常 规 ＳＥ 序 列 的 回 波 信 号 ，从 而 得 到 医用核磁共振采集的原始线圈电压曲线 （ 见图 １ａ、ｂ） ； 信号经过放大后会进行梯度场编码，实验通过截取数据 处理中的采样点位置和梯度信号， 将编码过程变为可 见。最后，图像进行傅里叶变换分析，通过填充 Ｋ 空间 线，再变换为空间域图形，为将这一过程演示出来，实验 对 Ｋ 空间填充过程进行软件的再现，得到对应同一层面 的 Ｋ 空间图（ 见图 ２） 和空间域图，将频域到空间域的过 程展示出来，帮助学生理解这一复杂过程。 实验第四步中，根据不同的序列图像参数，进行常 规的 Ｔ１ 加权扫描圆形水模，头线圈接受，获得不同分辨 率图像（ 如图 ３ａ、ｂ、ｃ） 。根据公式：
通过对多个院校核磁共振成像实验的研究，我们发 现现有的实验内容主要集中于两方面，即观察核磁共振 现 象 和 医 学 核 磁 共 振 影 像 两 个 方 面 。在 观 察 核 磁 共 振 现 象上，一些工科院校采用低场磁铁的磁共振设备，进行 连续波核磁共振实验， 主要观察核磁共振吸收信号，测 定 样 品 共 振 频 率 、测 量 磁 场 强 度 等 。 这 样 可 以 充 分 从 物 理学角度理解核磁共振现象， 观察不同样品的共振信 号。但对影像技术专业的学生而言，缺乏同实际医学核 磁 共 振 成 像 过 程 的 联 系 ， 无 法 了 解 射 频 序 列 、编 码 成 像 、 Ｋ 空间变换等过程。同样，许多医学院校的核磁共振影像 实验，只是大型医学核磁共振设备的简单见习，只能对
核 磁 共 振 的 经 典 力 学 、量 子 力 学 解 释 及 共 振 条 件 和 吸收信号的扫场法观测在理论课中均以讲授，在此不多 赘述。这里仅对实验内容和步骤进行叙述。常用的核磁 共振现象观察方法为连续波激励方式，可观察多种样品
作者简介： 邱建峰，男，（ １９７７—） ， 硕士 ， 讲师 ， 从事医学影像技术教学与研究。