实验一机械匀场和电子匀场实验 实验目的 1、了解磁场均匀性的概念与表示方法。 2、掌握永磁体的机械匀场和电子匀场的概念和基本方法。 3、掌握NMI20台式成像仪的主磁场均匀性调整的方法。 、实验器材 NMI20台式核磁共振成像仪一台,样品管(含样品)一根,无磁内六角扳手 4m、6mm各一把。 具体名词解释: 硬脉冲FID序列:时域较窄,幅值较高,的脉冲信号民,它可激励质子的 频带范围较宽,不具有很好的选择性 2:磁场不均匀情况下的T2弛豫时间。而72是在理想均匀磁场中的横向弛豫时间。 四、实验原理 1、主磁场的均匀性 磁场的均匀性是指在特定的容积限度内磁场的同一性,即穿过单位面积的磁 力线的数目的等同程度。在磁共振系统中,均匀性是以主磁场的百万分之一(ppm) 作为一个偏差单位来度量的,其数学定义为。 Bmax-B △B ppm 10 10 在某一个限定的空间范围内,式中:B0为主磁场中心磁感应强度(Gs);△B0 为磁感应强度最大值与最小值的差(Gs)。对于不同的主磁场大小,其偏差单位 也是不同的。例如对1.0T的磁共振,一个偏差单位即1个ppm为 1.0×101(0.001mT) 在MRI中,要进行空间编码(层选脉冲、相位编码和频率编码),就要在静 磁场上迭加微弱的梯度磁场。静磁玚均匀性越差,偏差越大,图像质量越差。而 且如果静磁场不均匀,在迭加上梯度磁场后,层位信号将发生偏离,引起图像失
实验一 机械匀场和电子匀场实验 一、实验目的： 1、了解磁场均匀性的概念与表示方法。 2、掌握永磁体的机械匀场和电子匀场的概念和基本方法。 3、掌握 NMI20 台式成像仪的主磁场均匀性调整的方法。 二、 实验器材 NMI20 台式核磁共振成像仪一台，样品管（含样品）一根，无磁内六角扳手 4mm、6mm 各一把。 三、 具体名词解释： 硬脉冲 FID 序列：时域较窄，幅值较高，的脉冲信号民，它可激励质子的 频带范围较宽，不具有很好的选择性。 * T2 ：磁场不均匀情况下的T2 弛豫时间。而T2 是在理想均匀磁场中的横向弛豫时间。 四、 实验原理 1、主磁场的均匀性 磁场的均匀性是指在特定的容积限度内磁场的同一性，即穿过单位面积的磁 力线的数目的等同程度。在磁共振系统中，均匀性是以主磁场的百万分之一（ppm） 作为一个偏差单位来度量的，其数学定义为。 6 0 0 6 0 max min 1ppm 10 ´10 D ´ = - = B B B B B 在某一个限定的空间范围内，式中：B0 为主磁场中心磁感应强度（Gs）；∆B0 为磁感应强度最大值与最小值的差（Gs）。对于不同的主磁场大小，其偏差单位 也 是 不 同 的 。 例 如 对 1.0T 的 磁 共 振 ， 一 个偏差单位即 1 个 ppm 为 6 1.0 10 - ´ T(0.001mT)。 在 MRI 中，要进行空间编码（层选脉冲、相位编码和频率编码），就要在静 磁场上迭加微弱的梯度磁场。静磁场均匀性越差，偏差越大，图像质量越差。而 且如果静磁场不均匀，在迭加上梯度磁场后，层位信号将发生偏离，引起图像失
真和畸变。 例如,中心磁场强度为300G6s,梯度磁场强度为0.15Gs/cm。在20cm直径 的球形体积内,静磁场的不均匀度为10ppm。那么,在X轴的几何失真为多大? △B=(10×3000÷10°=003Gs 沿X轴的几何失真为△X △B= 0.03Gs=0.2cm 梯度场强 0.15gs/cm 主磁体磁场均匀性越差,几何变形越大。 均匀性标准的规定还与所取的测量空间的大小有关。本实验装置所取的测量 空间范围为10m×10m×10mm的球形空间。医学磁共振由于需要给受检者提供 较大的受检范围,因此其磁场均匀性的空间范围一般为直径40~50cm的球形或 椭球形; 2、均匀性对组织T2的影响因素和匀场方式 主磁场的均匀性直接影响到组织的T2时间长短。根据磁共振成像理论,组 织的r与主磁场的不均匀性△B1之间的关系为:1=1+B。如图1所示 T272 当主磁场均匀性越低时,即T2越短,弛豫越快,即FID信号的拖尾越短。当主 磁场均匀性越高时,即T2越长,弛豫越慢,即FID信号的拖尾越长。理论上 当主磁场绝对均匀时,T2=T2,FID以组织固有的T2弛豫进行衰减。 信号幅度 T衰减 T我减 O 2二=== 图1主磁场不均匀性对组织T2的影响
真和畸变。 例如，中心磁场强度为 3000Gs，梯度磁场强度为 0.15Gs/cm。在 20cm 直径 的球形体积内，静磁场的不均匀度为 10ppm。那么，在 X 轴的几何失真为多大？ (10 3000) 10 0.03Gs 6 DB = ´ ¸ = 沿 X 轴的几何失真为∆X 0.03Gs 0.15gs/cm 1 1 DX = ´ DB = ´ 梯度场强 =0.2cm 主磁体磁场均匀性越差，几何变形越大。 均匀性标准的规定还与所取的测量空间的大小有关。本实验装置所取的测量 空间范围为 10mm×10mm×10mm 的球形空间。医学磁共振由于需要给受检者提供 较大的受检范围，因此其磁场均匀性的空间范围一般为直径 40～50cm 的球形或 椭球形； 2、均匀性对组织T 2的影响因素和匀场方式 主磁场的均匀性直接影响到组织的 * T2 时间长短。根据磁共振成像理论，组 织的 * T2 与主磁场的不均匀性DB0 之间的关系为： 0 2 * 2 1 1 B T T = + gD 。如图 1 所示， 当主磁场均匀性越低时，即 * T2 越短，弛豫越快，即 FID 信号的拖尾越短。当主 磁场均匀性越高时，即 * T2 越长，弛豫越慢，即 FID 信号的拖尾越长。理论上， 当主磁场绝对均匀时， * T2 =T 2，FID 以组织固有的T 2弛豫进行衰减。 图 1 主磁场不均匀性对组织 T2 的影响
利用上述关系通过在显示器上观察FID信号的衰减快慢(即FID拖尾的长短 来调整两块磁极的平行度,从而达到调整主磁场的均匀性目的。当FID信号的拖 尾越长,即FID衰减包罗线越缓,表示磁场均匀性越高。 均匀性影响因素和匀场方式 永磁型磁共振的主磁场均匀性与磁极间的平行度有关,因此我们可以直接调 整两块磁极的平行度来达到匀场的目的;通过调整磁极平行度来达到的磁场均匀 性还不能完全满足成像的需要,因此还需要进行其他方式的匀场,主要包括无源 匀场和有源匀场。无源匀场是在磁极的内外表面贴小磁片或磁钢片,通过小磁片 或磁钢片对局部磁力线的改变从而调整磁场均匀性,本实验装置中由于磁极间的 均匀性较好,因此未采用无源匀场方式。有源匀场方式主要是根据通电线圈在线 圈周围会产生磁场,通过给不同方向的线圈施加合适的电流产生的微小磁场来对 主磁场的不均匀性进行校正。在医学磁共振里,一般用专用的匀场线圈进行有源 匀场的,本实验装置中用梯度线圈兼做匀场线圈,匀场电流调节好后,成像时施 加的梯度电流脉冲是叠加在稳定的匀场电流上的。 五、实验步骤: 1、NM20台式核磁共振成像仪各部分设备接口识别及连接详见安 装手册,连接结果如图2所示。 2、将NM2010射频电子柜背面的 TS WITCH开关设置在ON位置 (如下图所示);让恒温系统给磁体进行加热,使磁体柜的温度保持恒定。 TSWITCH ON OFF 3、在样品管中注入适量(见样品管上所标样品量的标记)的油样品; 并将样品管放入到探头线圈相应的位置(见样品上的位置标记)处
利用上述关系通过在显示器上观察 FID 信号的衰减快慢（即 FID 拖尾的长短） 来调整两块磁极的平行度，从而达到调整主磁场的均匀性目的。当 FID 信号的拖 尾越长，即 FID 衰减包罗线越缓，表示磁场均匀性越高。 3、均匀性影响因素和匀场方式 永磁型磁共振的主磁场均匀性与磁极间的平行度有关，因此我们可以直接调 整两块磁极的平行度来达到匀场的目的；通过调整磁极平行度来达到的磁场均匀 性还不能完全满足成像的需要，因此还需要进行其他方式的匀场，主要包括无源 匀场和有源匀场。无源匀场是在磁极的内外表面贴小磁片或磁钢片，通过小磁片 或磁钢片对局部磁力线的改变从而调整磁场均匀性，本实验装置中由于磁极间的 均匀性较好，因此未采用无源匀场方式。有源匀场方式主要是根据通电线圈在线 圈周围会产生磁场，通过给不同方向的线圈施加合适的电流产生的微小磁场来对 主磁场的不均匀性进行校正。在医学磁共振里，一般用专用的匀场线圈进行有源 匀场的，本实验装置中用梯度线圈兼做匀场线圈，匀场电流调节好后，成像时施 加的梯度电流脉冲是叠加在稳定的匀场电流上的。 五、 实验步骤： 1、 NMI20 台式核磁共振成像仪各部分设备接口识别及连接详见安 装手册，连接结果如图 2 所示。 2、 将 NM2010 射频电子柜背面的 TSWITCH 开关设置在 ON 位置 （如下图所示）；让恒温系统给磁体进行加热，使磁体柜的温度保持恒定。 3、 在样品管中注入适量（见样品管上所标样品量的标记）的油样品； 并将样品管放入到探头线圈相应的位置（见样品上的位置标记）处
4、用钥匙打开NM2013谱仪前面板的电源保护门:按一下 POWER 按钮来启动谱仪,进入 Windows操作系统的用户登录界面。单击用户名 输入密码并按回车键进入到 Windows操作系统界面 。 图2实验装置连线图 禁 5、启动计算机后,点击桌面图标进入到如图2-1所示界 面。再点击MRk按钮进入 WinMRIXP操作界面,如图2-2、NMI20MRI应 用软件窗口的各项功能详见软件操作手册。 MRIjx按钮 器 MRlJ8会me 上海阻电子科技有限公 图2-1核磁共振成像技术实验仪软件界面
4、 用钥匙打开 NM2013 谱仪前面板的电源保护门；按一下 POWER 按钮来启动谱仪，进入 Windows 操作系统的用户登录界面。单击用户名， 输入密码并按回车键进入到 Windows 操作系统界面。 图 2 实验装置连线图 5、 启动计算机后，点击桌面图标 进入到如图 2-1 所示界 面。再点击 按钮进入 WinMRIXP 操作界面，如图 2-2、NMI20MRI 应 用软件窗口的各项功能详见软件操作手册。 M R Ijx 按 钮 图 2-1 核磁共振成像技术实验仪软件界面
件】速项11采祥[一继型二维理国 |日 0Ha526 图22 WinMRIXP操作界面 6、将NM2010射频电子柜前面板 POWER开关设置在ON位置。 POWER按钮 日日a 三国 边电F料挂有限公词 图2-3NM2010面板图 7、在NM20MRP应用程序的界面上单击0=按钮(如图3所示), 进入脉冲序列的选择对话框,在脉冲序列列表框中选中硬脉冲Fid序列(如 图4所示),单击OK按钮进入到硬脉冲FID序列界面(如图5所示) 回 FinIRIXP 文件[E]选项[]采样[]一維处理[P]二维处理[T Reload Fxo 采样一维处理|二处理 arameter D3(us) Demo按钮 500 图3 WinMRIXP窗口菜单栏
图 2-2 WinMRIXP 操作界面 6、 将 NM2010 射频电子柜前面板 POWER 开关设置在 ON 位置。 图 2-3 NM2010 面板图 7、 在 NMI20MRIP 应用程序的界面上单击 按钮（如图 3 所示）， 进入脉冲序列的选择对话框，在脉冲序列列表框中选中硬脉冲 Fid 序列（如 图 4 所示），单击 OK 按钮进入到硬脉冲 FID 序列界面（如图 5 所示）： Demo 按钮 图 3 WinMRIXP 窗口菜单栏
脉冲序列窗口 请选择样本脉冲序列 脉冲序列图 反转恢复测T(HTR1D H_TISRID) 应序列的波形 自旋回波频率编码(s_ FCodinqsE1D) 像(s_GE2D 度回波成像s_GE8D) 反转恢复成像(s_R2D) 图4脉冲序列对话 FID信号 图5硬脉冲FID信号 8、在窗口的左侧参数列表中各参数的物理意义详见NM20MRI软 件操作手册。具体参数设置如下表: 参数名称pl|D3 SWDFWSFI ID RG NS DS (us)(us)(ms) (kHz)(kHz)(MHz)(kHz) 值 3510010002048 100 600 4
图 4 脉冲序列对话 FID 信 号 图 5 硬脉冲 FID 信号 8、 在窗口的左侧参数列表中各参数的物理意义详见 NMI20MRI 软 件操作手册。具体参数设置如下表： 参数名称 p1 (us) D3 (us) D0 (ms) TD SW (kHz) DFW (kHz) SF1 (MHz) O1 (kHz) RG NS DS 值 35 100 1000 2048 100 30 22 600 4 8 10
9、单击按钮(如图6所示),观察窗口右侧有无FD信号;通过 调整脉冲主频偏移量O1的大小(可按每次增大或减小1~2KHz为基准来 寻找FID信号),直到找到FID信号为止。具体FD信号外观见图7所示 回 Win rip 文件[]选项[]采样[A]一维处理[P]二维处理[ 采样|一维处理|二维处理 GS按钮 3(us) Do(ms) 6,500 图6 WinMRIXP菜单栏 2+与主融场的均匀性有关 图7硬脉冲FID信号 10、用4mm无磁的内六角扳手松开磁体柜顶盖上4颗内六角螺丝,小心 地打开顶盖(注意不要损坏样品管)。 11、用6mm无磁的内六角扳手缓慢地调整磁体柜内两个圆盘形磁极之 (左侧)上六颗内六角螺丝,同时观察监视器上的FID信号。最终监视器上 的FID信号衰减达到最缓慢的时候,也就是主磁场最均匀的状态 12、小心地将磁体柜的盖子盖上,用4mm的内六角扳手紧固磁体柜盖 子上4颗内六角螺丝
9、 单击 按钮（如图 6 所示），观察窗口右侧有无 FID 信号；通过 调整脉冲主频偏移量 O1 的大小（可按每次增大或减小 1～2KHz 为基准来 寻找 FID 信号），直到找到 FID 信号为止。具体 FID 信号外观见图 7 所示。 GS 按 钮 图 6 WinMRIXP 菜单栏 图 7 硬脉冲 FID 信号 10、用 4mm 无磁的内六角扳手松开磁体柜顶盖上 4 颗内六角螺丝，小心 地打开顶盖（注意不要损坏样品管）。 11、用 6mm 无磁的内六角扳手缓慢地调整磁体柜内两个圆盘形磁极之一 （左侧）上六颗内六角螺丝，同时观察监视器上的 FID 信号。最终监视器上 的 FID 信号衰减达到最缓慢的时候，也就是主磁场最均匀的状态。 12、小心地将磁体柜的盖子盖上，用 4mm 的内六角扳手紧固磁体柜盖 子上 4 颗内六角螺丝
13、单击按钮(如图7所示)停止扫描,点击鼎按钮(如图7所示) FFTID 弹出一对话框,如图所示 S选择默认值,点击OK按钮,将FID信号进行傅里叶变换 窗口如下图所示 图8一维傅里叶处理后的信号图形 单击一维处理进入一维处理界面(如图10所示),单击相校正(见图11)进入 相位校正 PC1 相位校正对话框 X Cance 点击PC0增减按钮直到 FFT变换后的曲线峰值均在基线以上呈左右对称状态,如下图所示
13、单击 按钮(如图７所示)停止扫描，点击 按钮(如图７所示)， 弹出一对话框，如图所示： S1 选择默认值，点击 OK 按钮，将 FID 信号进行傅里叶变换。 窗口如下图所示： 图 8 一维傅里叶处理后的信号图形 单击 进入一维处理界面(如图 10 所示)，单击 （见图 11）进入 相位校正对话框 ，点击 PC0 增减按钮直到 FFT 变换后的曲线峰值均在基线以上呈左右对称状态，如下图所示：
X Cue 两端平齐 图9相位校正后的图形 单击工按钮(见图11,使信号峰完整落在图像显示区。单击圳按钮(见 图11)选择曲线在ⅹ方向上的测量范围,再点击按钮(见图11)使测 量单位以ppm为单位(ppm计算方法:若此时中心频率为23MHz,则一个 ppm为23Hz),最后点击灘毒离(见图11)测出信号峰的半高宽度(如图 12所示),并记录在机械匀场主磁场均匀性的空格线上。 a VinIRIXP 文件[E]选项[Q]采祥[]一维处理[]二维处理【T 采样|一维处理|二维处理 Stop按钮 一维处理 7500 7000 SWIK 图10 WinMRIXP菜单栏
两端平齐 图 9 相位校正后的图形 单击 按钮（见图 11），使信号峰完整落在图像显示区。单击 按钮（见 图 11）选择曲线在 X 方向上的测量范围，再点击 按钮（见图 11）使测 量单位以 ppm 为单位（ppm 计算方法：若此时中心频率为 23MHz，则一个 ppm 为 23Hz），最后点击 （见图 11）测出信号峰的半高宽度（如图 12 所示），并记录在机械匀场主磁场均匀性的空格线上。 Stop 按 钮 FFT 按 钮 一 维 处 理 图 10 WinMRIXP 菜单栏
采 维处理|二维处理 权函数处理Fid C指数加权LB 显示类型 作图类型 显示实部 作图模式 C显示模谱 C縮放模式 工 合 位校正 基线校正 设置中心频率测量谐线距离 峰值提取 分段积分 分段积分处理 T1拟合 T2拟合 图11一维处理工具 图12测量谱线距离
图 11 一维处理工具 图 12 测量谱线距离
