实验五硬脉冲回波序列确定硬脉冲射频 实验目的 1、了解硬脉冲的脉冲特性。 2、了解硬脉冲回波的形状。 3、掌握序列参数和采集参数对回波信号的影响 4、掌握如何确定硬脉冲射频的参数 、实验器材: 约1m大豆油试管样品;NM20台式磁共振成像仪一台 三、实验原理 1、硬脉冲 MRI中的射频磁场系统发射出中心频率为拉莫尔频率的射频电磁波,激发样 品质子群,而发生核磁共振效应。该电磁波并非为单一频率,而是以拉莫尔频率 为中心频率具有一定宽度的频带。根据频带宽度的不同,可将射频电磁波分为硬 脉冲和软脉冲 射频脉冲是时间门控的高频载波信号,是时间域信号(如图1所示)。载波频 率即为频率源产生的拉莫尔频率,是一个单一频率的信号。门控信号脉冲序列发 生器产生控制射频发射时序的信号。将图1信号进行傅立叶变换后,即得到其频 率域信号波形,它是一个SINC(--)函数形状(如图2所示)。硬脉冲时间 激发宽度较窄,但射频幅值较高,对应的频带较宽,可以激发较大范围的质子, 选择性较差;软脉冲时间激发宽度较宽,但射频幅值较低,对应的频带较窄,只 能激发较小进动频率范围的质子,选择性较好 由于矩形脉冲和SINC波形一对傅立叶变换对,因此也有磁共振系统用SINC 波形的时间域射频信号来获取规整的矩形频域信号来进行更好的激励选择,但难 度较高,本次实验装置采用矩形时间域信号来激发
实验五 硬脉冲回波序列确定硬脉冲射频 一、 实验目的： 1、了解硬脉冲的脉冲特性。 2、了解硬脉冲回波的形状。 3、掌握序列参数和采集参数对回波信号的影响。 4、掌握如何确定硬脉冲射频的参数 二、实验器材： 约 1ml 大豆油试管样品；NMI20 台式磁共振成像仪一台。 三、实验原理： 1、硬脉冲 MRI 中的射频磁场系统发射出中心频率为拉莫尔频率的射频电磁波，激发样 品质子群，而发生核磁共振效应。该电磁波并非为单一频率，而是以拉莫尔频率 为中心频率具有一定宽度的频带。根据频带宽度的不同，可将射频电磁波分为硬 脉冲和软脉冲。 射频脉冲是时间门控的高频载波信号，是时间域信号（如图 1 所示）。载波频 率即为频率源产生的拉莫尔频率，是一个单一频率的信号。门控信号脉冲序列发 生器产生控制射频发射时序的信号。将图 1 信号进行傅立叶变换后，即得到其频 率域信号波形，它是一个 SINC（ x sin x ）函数形状（如图 2 所示）。硬脉冲时间 激发宽度较窄，但射频幅值较高，对应的频带较宽，可以激发较大范围的质子， 选择性较差；软脉冲时间激发宽度较宽，但射频幅值较低，对应的频带较窄，只 能激发较小进动频率范围的质子，选择性较好。 由于矩形脉冲和 SINC 波形一对傅立叶变换对，因此也有磁共振系统用 SINC 波形的时间域射频信号来获取规整的矩形频域信号来进行更好的激励选择，但难 度较高，本次实验装置采用矩形时间域信号来激发
图1射频波形(时间域) fo 图2射频的频带范围(频域) 2、硬脉冲回波 硬脉冲回波序列是采用硬脉冲射频进行激励的自旋回波序列,其序列形式如 图3所示。P1和P2分别是90度和180度脉冲的施加时间,实验时注意观察其 长短关系。 图3中的参数分别是 D0:近似为重复时间(TR) D:90度射频与180度射频之间的时间间隔,近似为回波时间的一半(TE/2) D3:180度射频结束后到信号采集开始之间的时间间隔; P1:90度射频的施加时间 P2:180度射频的施加时间
图 1 射频波形（时间域） 图 2 射频的频带范围（频域） 2、硬脉冲回波 硬脉冲回波序列是采用硬脉冲射频进行激励的自旋回波序列，其序列形式如 图 3 所示。P1 和 P2 分别是 90 度和 180 度脉冲的施加时间，实验时注意观察其 长短关系。 图 3 中的参数分别是： D0:近似为重复时间（TR）; D1：90 度射频与 180 度射频之间的时间间隔，近似为回波时间的一半（TE/2）; D3:180 度射频结束后到信号采集开始之间的时间间隔； P1:90 度射频的施加时间； P2: 180 度射频的施加时间；
脉冲序列图 当前脉冲序列:硬脉冲回波(H_SE1D) 180° 书y, D D1 图3 3、序列参数对回波信号的影响 MR信号是在读出梯度施加时才被线圈读出并送到后面的电子学线路进行 处理的。因此只有当读出梯度施加时,或者说线圈在谱仪的控制下处于接收状态 时才能接收到信号,因此序列参数必须使得质子群产生回波信号的时刻和线圈接 收同步才能获取最大幅值信号。否则即使质子群系统产生了回波,也不能获得最 大幅值的信号,或者根本不能获取回波信号。 例如当D1时间太长,达到10000微秒时,根据SE序列原理,回波最高幅 值应该在180度射频结束后的10000微秒时刻出现,而线圈在180度射频结束后 的150微秒内开始接收信号,信号接收时间为50004s,根据回波产生的原理,信 号接收过程结束后,回波信号还未产生,因此不能接收到回波信号。 4、采集参数对回波信号的影响 采集参数主要包括采样点数TD采样带宽SW,采样频率FW,计算点数SI。 这四个参数之间是有相互关系的。采样点数和采样频率共同决定采样时间,即 t=TD×FW SW=1/FW T=TD/SW 因此改变采集参数,可以改变信号采集时间。采集时间对回波信号的采集也
图 3 3、序列参数对回波信号的影响 MR 信号是在读出梯度施加时才被线圈读出并送到后面的电子学线路进行 处理的。因此只有当读出梯度施加时，或者说线圈在谱仪的控制下处于接收状态 时才能接收到信号，因此序列参数必须使得质子群产生回波信号的时刻和线圈接 收同步才能获取最大幅值信号。否则即使质子群系统产生了回波，也不能获得最 大幅值的信号，或者根本不能获取回波信号。 例如当 D1 时间太长，达到 10000 微秒时，根据 SE 序列原理，回波最高幅 值应该在 180 度射频结束后的 10000 微秒时刻出现，而线圈在 180 度射频结束后 的 150 微秒内开始接收信号，信号接收时间为 5000 m s,根据回波产生的原理，信 号接收过程结束后，回波信号还未产生，因此不能接收到回波信号。 4、采集参数对回波信号的影响 采集参数主要包括采样点数 TD,采样带宽 SW，采样频率 FW，计算点数 SI。 这四个参数之间是有相互关系的。采样点数和采样频率共同决定采样时间，即 t=TD×FW SW=1/FW T=TD/SW 因此改变采集参数，可以改变信号采集时间。采集时间对回波信号的采集也
是有影响的。 例如当采集点数由1024改变成2048时,采样时间增加一倍;当采样点数不 变,采样频率增加一倍,则采集时间缩短一半;采样带宽较小一半,采集时间则 增加一倍。 实验步骤: 1、启动计算机,点击桌面图标搜 进入到如图3-1界面。再点击MR按 钮进入 WinMRIXP操作界面,如图3-2 N MRIjx按钮 MRIJX-Advane 上狮组迈电子科技有限公曰 图3-1核磁共振成像技术实验仪软件界面 糟型电二 .=旦·杰合多 11 Fww切n300 +5261 图3-2 WinMRIXP操作界面
是有影响的。 例如当采集点数由 1024 改变成 2048 时，采样时间增加一倍；当采样点数不 变，采样频率增加一倍，则采集时间缩短一半；采样带宽较小一半，采集时间则 增加一倍。 一、 实验步骤： 1、启动计算机，点击桌面图标 进入到如图 3-1 界面。再点击 按 钮进入 WinMRIXP 操作界面，如图 3-2 M R Ijx 按 钮 图 3-1 核磁共振成像技术实验仪软件界面 图 3-2 WinMRIXP 操作界面
2、将装有10mm高大豆油的样品管小心放置入磁体柜上方样品孔内。 3、开启射频单元及梯度放大器的电源(如下两图所示)。 POWER按钮 国 B 上海立电子科技有限公司 NM200射频单元面板 POWER开关 上海组电子科技有限公 NM2011梯度单元面板 4、重复实验一和实验二的内容,使系统处于磁共振实验状态。 下的硬脉冲FID序列,通过调节P1值使信号幅值达到最大值, 记录下来此时的PI值,以作后面使用(此步骤参照本教程实验三步骤5)。 5、单击υem按钮,弹出 Demo Pulse sequence对话框,选择硬脉冲回波( H SElD) 序列,再点击OK按钮,如图4所示,其脉冲序列主要由90度和180度射频 脉冲及其回波信号组成。选择硬脉冲回波序列后,系统会自动提供一个标准 的回波信号参考图,如图5所示,这也是我们调节的理想目标
2、将装有 10mm 高大豆油的样品管小心放置入磁体柜上方样品孔内。 3、开启射频单元及梯度放大器的电源（如下两图所示）。 NM2010 射频单元面板 NM2011 梯度单元面板 4、重复实验一和实验二的内容，使系统处于磁共振实验状态。 5、选择 下的硬脉冲 FID 序列，通过调节 P1 值使信号幅值达到最大值， 记录下来此时的 P1 值，以作后面使用(此步骤参照本教程实验三步骤 5)。 5、单击 按钮,弹出 Demo Pulse Sequence 对话框，选择硬脉冲回波（H_SE1D） 序列，再点击 OK 按钮，如图 4 所示，其脉冲序列主要由 90 度和 180 度射频 脉冲及其回波信号组成。选择硬脉冲回波序列后，系统会自动提供一个标准 的回波信号参考图，如图 5 所示，这也是我们调节的理想目标
pHw硬脉冲回波 脉冲序列区 请选择样本脉冲序列 脉冲序列图 硬脉神Fd(HsPD) 硬脉冲回波(HSE1D 硬脉冲CPNG( H CPMG1D) D 反转恢复测T1(HTR1D) 饱和恢复测T1(HT1sRD 软脉冲Fd(s_sP1D) 软脉冲回波(S_SE1D) 频率编码( H-FCodingSP1D 单脉冲双相位编码成像(H_ PCodingSP2 自旋回波频率编码(s_ FCodingSE1D) 自旋回波成像(S_SE2D) 梯度回波成 GE2D 梯度回波成像(S_GE3D) 反转恢复成像(SLIR2D) OK OK X Ca 图4硬脉冲回波序列 4T∩ 图5硬脉冲回波信号 6、首先设置射频频率O值(见图6),使它稍微偏离上述测定的中心频率,然 后再将采集点数TD分别设置为128、256、512、1024、2048(见图6)。然 后使用单次采集Gs工具,此时出现初步结果,观察此时信号的情况,如图7 所示为TD为2048时出现的波形
硬脉冲回波 OK 脉冲序列 图 4 硬脉冲回波序列 图 5 硬脉冲回波信号 6、首先设置射频频率 O1 值（见图 6），使它稍微偏离上述测定的中心频率，然 后再将采集点数 TD 分别设置为 128、256、512、1024、2048（见图 6）。然 后使用单次采集 工具，此时出现初步结果，观察此时信号的情况，如图 7 所示为 TD 为 2048 时出现的波形
采样一维处 90度脉冲宽度P Parame Pl(us 16.0 P2(us) 1e180度脉冲宽度P2 D1(u 1200 90度脉冲与180度脉 D3(us) 冲之间的间隔时间D1 Do(ms) swH100死时间B35 DFW(KPz) SF1(MHz) 22 采集点数TD 01KH+2)58980Q ▲谱宽Sw|30 NS 8 图6硬脉冲回波参数设置框 图7TD为2048时的波形 8、将D1时间分别设置为1000、3000、5000、8000、10000(见图6),然 后使用单次采集③s工具,此时出现初步结果,观察此时信号的情况。如图8所 示为D1等于10000时出现的波形。如图9所示D1改变为4500时候出现的波形
90 度脉冲宽度 P1 180 度脉冲宽度 P2 90 度脉冲与 180 度脉 冲之间的间隔时间 D1 死时间 D3 采集点数 TD 谱宽 SW 图 6 硬脉冲回波参数设置框 图 7 TD 为 2048 时的波形 8、将 D1 时间分别设置为 1000、3000、5000、8000、10000（见图 6），然 后使用单次采集 工具，此时出现初步结果，观察此时信号的情况。如图 8 所 示为 D1 等于 10000 时出现的波形。如图 9 所示 D1 改变为 4500 时候出现的波形
图8D1为10000时出现的波形 1886733 图9D1为4500时候出现的波形 9、将SW分别设置为10、30、50、.80、100(见图6),然后使用单次采集6s 工具,此时出现初步结果,观察此时回波信号在时间和形状上变化情况。图10 所示为SW为50时的信号采集情况
图 8 D1 为 10000 时出现的波形 图 9 D1 为 4500 时候出现的波形 9、将 SW 分别设置为 10、30、50、80、100（见图 6），然后使用单次采集 工具，此时出现初步结果，观察此时回波信号在时间和形状上变化情况。图 10 所示为 SW 为 50 时的信号采集情况
53419 30q0 图10SW为50Hz时采集的信号 10、过上述3种参数的调节对采集回波信号的影响,合适的选择参数,使回 波完全出现在信号窗口,FID信号尽量少进入信号窗口,同时使回波中心处于采 样时间的中点处。 l1、将90度脉冲的脉宽P1设置为第二步找到的数值,然后从小到大调节 P2的值,使回波信号幅值达到最大,一般P2和P1的大致关系为:P2=2P1,调 节的最佳结果如图11所示
图 10 SW 为 50Hz 时采集的信号 10、过上述 3 种参数的调节对采集回波信号的影响，合适的选择参数，使回 波完全出现在信号窗口，FID 信号尽量少进入信号窗口，同时使回波中心处于采 样时间的中点处。 11、将 90 度脉冲的脉宽 P1 设置为第二步找到的数值，然后从小到大调节 P2 的值，使回波信号幅值达到最大，一般 P2 和 P1 的大致关系为：P2=2P1，调 节的最佳结果如图 11 所示
图11调节达到最佳状态的硬脉冲回波信号 五、实验结果 1、序列参数D1对采集的回波信号的影响规律是 2、采集点数TD对采集的回波信号的影响规律是 3、接收带宽SW对采集的回波信号的影响规律是」 六、结果讨论与思考 1、在射频幅值相同的情况下,180度射频和90度射频在施加时间上有什么规 2、为什么在硬脉冲回波序列中只通过调整射频施加时间来达到调整射频角度的 目的? 3、为什么在硬脉冲回波中采用时间域方波信号作为射频信号?
图 11 调节达到最佳状态的硬脉冲回波信号 五、实验结果 1、序列参数 D1 对采集的回波信号的影响规律是 ； 2、采集点数 TD 对采集的回波信号的影响规律是 ； 3、接收带宽 SW 对采集的回波信号的影响规律是 ； 六、结果讨论与思考 1、在射频幅值相同的情况下，180 度射频和 90 度射频在施加时间上有什么规 律？ 2、为什么在硬脉冲回波序列中只通过调整射频施加时间来达到调整射频角度的 目的？ 3、为什么在硬脉冲回波中采用时间域方波信号作为射频信号？