核磁共振成像的图像重建.pptx

1、核磁共振成像简介2,姚红英,核磁共振成像的发展过程核磁共振成像物理基础核磁共振成像的图像重建实验仪器及方法介绍快速成像系列磁共振血管成像,如何用MR信号形成图像？图像重建,三、核磁共振成像的图像重建,傅里叶变换的基本概念如图所示。它是个能将合成信号分成单个频率分量的数学过程。因为每一体素列发射一个不同频率的信号，所以傅里叶变换能够测定每个信号分量的位置，并把它引导至相应的像素列上。在一个比较复杂的过程中，也可用傅里叶变换把信号在相位编码方向上分类。对于每个图像像素，重建过程都计算出一个相对信号强度值。像素值和像素亮度间的关系由窗口控制器的设定来确定。,图像重建,有好几种重建方法，但在大多数临床

2、应用中所采用的则是二维傅里叶变换。,傅里叶变换,傅里叶变换,利用傅里叶算法，可以对函数进行频率分解可以将一个矩形脉冲分解为许多不同频率的余弦函数之组合,分解成的频率分量越多，叠加后就越接近原来的矩形脉冲,运用MR信号形成所需要的图像,拉莫尔进动,0=B0,A=cos(t+),相位=t+,梯度场Bx=Gxx By=Gyy Bz=Gzz,用梯度来选择某一层面,MRI图像层面的选择,层面的选择是采用选择性激发的原理实现，如图所示。当磁场梯度方向是沿着患者体轴方向时组织的每个层面对一个不同的共振频率调谐。这是因为质子的共振额率与磁场的强度成正比的缘故。,层面的选择,0=B0,0=B01.541.56T

3、,=42.6 MHz/T,射频脉冲频率范围65.604 66.456 MHz,sinc(t)=sin(t)t,相位编码 y轴定位,没加梯度场时，所有体素相位一致,沿y轴加上梯度场,频率编码 x方向定位,X轴Y轴都定位后,选层、定位脉冲施加顺序,信号采集 采样 采样间隔 采样时间,采样间隔Ts，采样频率s=1/Ts 采样时间为Ts=NTs，采样点数为N可以证明接收信号的回波带宽为SW=1/Ts,数据空间,TRTRTR,时间域的K空间,信号采集,TRTRTR,TRTRTR,K空间中心信号强，决定图像对比度K空间周围信号弱，决定图像的细节,采集时间和多层面采集技术,Ts=N TsN为256x256T

4、s=50s Ts=12.8ms TR为500ms,图6-24 多层面采集技术,傅里叶变换,傅里叶成像,建立N N的矩阵.,施加了正交梯度场 Gy和Gx后，在t2开始采集的FID信号具有不同的初相位：y=y Gy t 1 而采集到的N个信号中都包含频率成分：x=x Gx 所以G y叫做相位编码梯度，Gx叫做频率编码梯度。检测到的FID信号用S(t1,t2)表示。对采集的数据矩阵进行傅里叶变换，可得到层面中各体素MR信号的强度，即获得图像。,在这一傅里叶成像中,各个FID信号在一个梯度作用下发展,在另一个梯度下采集,一般只采集FID信号的一部分.,四、实验仪器及方法介绍,实验仪器及方法,主磁场0.

5、52T，共振频率约22.6MHz磁极直径165mm，均匀度12.5ppm,质子=42.6MHz/T,核磁共振成像,K空间,FFT后2D图像,实物图,采集过程中的信号,FFT,自旋回波,TE TR 确定加权像,信噪比,分辨率,图像形状,选层厚度与梯度场的关系,层面的选择：利用选层梯度Gs在Z 方向产生的频率差别 与射频带宽之间的配合关系来实现.,Gz Z=Z=/(Gz)Z为选定的层厚选层层厚与射频带宽 成正比与选层梯度Gz成反比,图像的宽度与梯度场的关系,视野(FOV)就是MRI操作者所选取身体成像部分的大小尺寸,Bx=Gxx,x=Bx/2=Gx x/2,max=Gx(FOV)x/(22)-ma

6、x=-Gx(FOV)x/(22)全部视野内的频率范围 为 Gx(FOV)x/2这个频率范围也就是接受信号的带宽SW,SW=Gx(FOV)x/2,(FOV)x=SW/(Gx)可见视野(FOV)x与梯度反相关，与谱宽SW正相关.对于固定大小的成像样品，当(FOV)x越大时样品在图像中越小，反之则越大.所以，图像的宽度与频率编码梯度Gx成正相关与采样谱宽SW成反相关,(FOV)y=y/(Gy)梯度步进与时间步进的等效性 Gy t=Gy t t 为相位编码时间D1，t 为等效采样时间，t=1/yGy为梯度步进值 Gy=2Gy/NE t=Gy Gy t=Gy(2Gy/NE)t=NE 2D1(FOV)y=

7、y/(Gy)=NE/(2D1 Gy)图像的高度与相位编码数NE成反相关与相位编码时间D1成正相关与相位编码梯度Gy成正相关,图像的高度与梯度场的关系,同一油样品在各种成像参数得到的图像变化情况,实部信号红色和虚部信号绿色,实验所得的时域信号,红色实部信号为吸收线形，为偶函数余弦绿色虚部信号为色散线形，为奇函数正弦由二维傅立叶成像原理可知，体素的空间位置信息均包含于NMR信号中。具体地说，序列在激发和信号读出阶段由梯度脉冲分别进行了频率和相位编码，使得信号的频率和相位特性实质上代表了体素的空间位置。为了在图像重建时能够还原出体素的空间信息，信号采样前就必须用硬件的办法将二者加以区分。这要用相敏检

8、波方法。,FID信号的时域和频域的表达(1),线圈中得到的信号，实际上是M的横向分量M的表现 M的实部对应于M的x 分量M的虚部对应于M的y分量相敏检波器分离出的两路信号就是M的实部和虚部，其电压值分别正比于输入信号的振幅与相位,FID信号的时域和频域的表达(2),相敏检波过程及结果,1、采用二维傅里叶成像，为获取256x256个像素的图像，至少要施加多少次幅度各不相同的相位编码梯度场？A.1 B.256 C.128 D.256x2562、在一般的SE序列中，说明各梯度场施加的顺序.3、试说明k空间中频率分布的特征，为什么中心部分对应的MR信号频率低幅度大，而靠近边缘地方信号频率高幅度低，各形成图像哪部分？4、设某一断层为256mmx256mm由256x256体素构成，用自旋回波成像，在单次采集中频率编码梯度Gz=100mT/m，则相邻体素间的频率差是多少？(=42.6 MHz/T),作业2,1、赵喜平.磁共振成像 北京:科学出版社,2004,112、Perry Sprawls.Jr.医学成像的物理原理 北京:高等教育出版社,1993,43、熊国欣,李立本.核磁共振成像原理 北京:科学出版社,2007,84、吉强,洪洋.医学影像物理学 北京:人民卫生出版社,2013,9,参考书,Thank you!,