07第七節(jié)磁共振信號(hào)的空間定位

1、第七節(jié) 磁共振信號(hào)的空間定位在前面的章節(jié)我們已經(jīng)知道，對(duì)于二維 MR 成像來(lái)說(shuō)，接收線圈采集的 MR 信號(hào)含有全層的信息，我們必須對(duì) MR 信號(hào)進(jìn)行空間定位編碼，讓采集到 MR 信號(hào)中帶有空間定位信息，通過(guò)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換解碼，就可以將 MR 信號(hào)分配到各個(gè)像素中。MR 信號(hào)的空間定位包括層面和層厚的選擇、頻率編碼、相位編碼。MR 信號(hào)的空間定位編碼是由梯度場(chǎng)來(lái)完成的，我們將以頭顱橫斷面為例介紹 MR 信號(hào)的空間定位。一、層面的選擇和層厚的決

2、定 一、層面的選擇和層厚的決定我們通過(guò)控制層面選擇梯度場(chǎng)和射頻脈沖來(lái)完成 MR 圖像層面和層厚的選擇。以 1.5 T 磁共振儀為例，在 1.5 T 的場(chǎng)強(qiáng)下，質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率約為 頻率約為 64MHZ。圖 15 所示為人頭正面像，我們將進(jìn)行橫斷面掃描，要進(jìn)行層面的選擇，必須在上下方向（即 Z 軸方向）上施加一個(gè)梯度場(chǎng)，Z 軸梯度線圈中點(diǎn)位置（G0）由于磁場(chǎng)強(qiáng)度仍為 1.5 T，因而該水平質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率保持在 64MHZ。從 G0 向頭側(cè)

3、磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸降低，因而質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率逐漸變慢，頭頂部組織內(nèi)質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率最低；從 G0 向足側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增高，則質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率逐漸加快，下頜部最高。單位長(zhǎng)度內(nèi)質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率差別的大小與施加的梯度場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，施加梯度場(chǎng)強(qiáng)越大，單位長(zhǎng)度內(nèi)質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率的差別越大。如果我們施加的梯度場(chǎng)造成質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率的差別為 1MHZ/cm，而我們所用的射頻脈沖的頻率為 63.5 ? 64.5MHZ，那么被激發(fā)的層面的位置（層中心）就在 Z 軸梯度線圈中點(diǎn)（G0）

4、 ，層厚為 1cm，即層厚范圍包括了Z 軸梯度線圈中點(diǎn)上下各 0.5cm 的范圍（圖 15a） 。a bc d圖 15 層面和層厚選擇示意圖 層面和層厚選擇示意圖 圖中橫實(shí)線表示層中心位置；兩條虛橫線之間距離表示層厚。圖 a示梯度場(chǎng)強(qiáng)造成的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率差別 1 MHZ/cm

5、，射頻脈沖的頻率范圍為 63.4-64.5 MHZ，則層中心在梯度場(chǎng)中點(diǎn)（G0） ，層厚 1 cm；圖 b 示梯度場(chǎng)保持不變，射頻脈沖的頻率范圍為 64.5-65.5 MHZ，則層厚保射頻脈沖 射頻脈沖 63.5-64.5 MHZG0射頻脈沖 射頻脈沖 64.5-65.5 MHZG0射頻脈沖 射頻脈沖 63.75-64.25 MHZG0射頻脈沖 射頻脈沖 63.5-64.5 MHZG0a

6、 b圖 16 頻率編碼示意圖 圖 a 示顱腦一橫斷面，施加了一前高后低的梯度場(chǎng)，G0 代表梯度場(chǎng)中點(diǎn)；圖b 僅以三行三列 9 個(gè)體素作為示意，中間一行由于位于梯度場(chǎng)中點(diǎn)（G0） ，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率保持 64 MHZ，最前面一行由于磁場(chǎng)強(qiáng)度升高，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率加快到 65 MHZ，最后面一行由于磁場(chǎng)強(qiáng)度降低，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率減慢為 63 MHZ。MR 信號(hào)采集后經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換即可解碼出不同頻率的 MR 信號(hào)，而不同頻率代

7、表前后方向上的不同位置。需要指出的是圖中為了說(shuō)明的簡(jiǎn)便起見(jiàn)，用 63 MHZ、64 MHZ、65 MHZ 來(lái)代表頻率編碼方向上 3 個(gè)不同體素內(nèi)質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，實(shí)際上真正的頻率編碼時(shí)，體素間的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率差別不可能有這么大。三、相位編碼 三、相位編碼在前后方向上施加了頻率編碼梯度場(chǎng)后，經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換的 MR 信號(hào)僅完成了前后方向的空間信息編碼，而左右方向上的空間定位編碼并未能實(shí)現(xiàn)（圖 17a） 。我們必須對(duì)左右方向的空間信息進(jìn)行相位編碼，

8、才能完成層面內(nèi)的二維定位（圖 17b） 。和頻率編碼一樣，相位編碼也使用梯度場(chǎng)，但與頻率編碼梯度場(chǎng)不同的是：（1）梯度場(chǎng)施加方向不同，應(yīng)該施加在頻率編碼的垂直方向上，還以顱腦橫斷面為例，如果頻率編碼梯度場(chǎng)施加在前后方向，則相位編碼梯度場(chǎng)施加在左右方向上（圖 17b） 。 （2）施加的時(shí)刻不同，頻率編碼必須在 MR 信號(hào)采集的同時(shí)施加，而相位編碼梯度場(chǎng)必須在信號(hào)采集前施加，在施加相位梯度場(chǎng)期間，相位編碼方向上（以左右方向?yàn)槔┑馁|(zhì)子將感受

9、到不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)（如左高右低） ，因而將出現(xiàn)左快右慢的進(jìn)動(dòng)頻率，由于進(jìn)動(dòng)頻率的不同，左右方向各個(gè)位置上的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的相位將出現(xiàn)差別（圖 17b） 。這時(shí)關(guān)閉左右方向的相位編碼梯度場(chǎng)，左右方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度的差別消失，各個(gè)位置的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率也恢復(fù)一致，但前面曾施加過(guò)一段時(shí)間梯度場(chǎng)造成的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的相位差別被保留下來(lái)（圖 17c） ，這時(shí)采集到的MR 信號(hào)中就帶有相位編碼信息，通過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換可區(qū)分出不同相位的 MR 信號(hào)，而不同的相位則代表左右方向

10、上的不同位置。a b c 圖 17 相位編碼示意圖 相位編碼示意圖 仍以圖 16 的顱腦橫斷面為例，但僅以圖 16 中的進(jìn)動(dòng)頻率為 64 MHZ 的一行體素作為相位編碼的示意。圖 a 示在施加相位編碼梯度前，左右方向上各體素中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率均為64 MHZ，相位也一致（空箭所示） ；圖 b 示在左右方向上施加一個(gè)左高右低的梯度場(chǎng)，