·38· 核磁共振成像技术实验教程 匀场后达到了最均匀的状态，重复第(13)步，并记录在实验结果栏。 五、实验结果 (1)机械匀场的结果。 主磁场的均匀性： ppm。 (2)电子匀场后的最终结果。 主磁场的均匀性： ppm. 六、讨论与思考 (1)影响永磁体磁场均匀性的因素有哪些？ (2)校正磁场均匀性的方式主要有哪几种？ (3)磁场均匀性会影响到组织的T1、T2和T中的哪几个参数？ (4)主磁场的大小对T1、T2和T参数中的哪几个有影响？ 第二节 硬脉冲FID序列测量拉莫尔频率 一、实验目的 (1)理解核磁共振的基本原理。 (2)理解核磁共振中心频率和拉莫尔频率的关系。 (3)掌握拉莫尔频率的测量方法。 二、实验设备与器材 NMI20台式核磁共振成像仪；约10mm高的大豆油试管样品。 三、实验原理与方法 1.基本原理 当含氢样品被置于外磁场B。中时，样品会被磁化，产生能级分裂，分裂能 级间距为：△E=yB,。在该样品系统上垂直施加一个射频磁场B1,从量子力学 观点来看，射频场的能量为y,当该能量和分裂产生的能级间距相等，即hv= △E时，样品对外加射频能量吸收达到最大，产生的核磁共振信号也最强。因此 得到核磁共振产生的基本条件：hy=w=2rf。=yB。,即质子进动的拉莫尔 频率w=YB。,f。是外加射频磁场的中心频率，Y为样品物质的磁旋比，五为普 朗克常量，B。为主磁场的磁场强度。当2πf。=时，质子系统与射频场系统之 间产生能量交换，发生核磁共振
第三章原理性实验 ·39. 2.测量方法 宏观磁化矢量的弛豫可以通过Bloch方程进行描述和求解，但此过程中包含 着一个周定的进动项。由于进动项的存在，使得描述和求解都很困难。而进动项 并不对信号幅值产生任何影响，采用旋转坐标系能够方便地描述宏观磁化矢量的 弛豫过程。实验室坐标系中的NMR信号在旋转坐标系中就消除了进动项。当旋 转坐标系的旋转频率与拉莫尔频率完全相问时，线圈采集到的FD信号中的拉 莫尔频率成分就可被完全过滤掉，呈现出来的是一条呈指数递减规律的曲线。因 此，在实验中可以通过不断修改射频脉冲的中心频率，同时观察屏幕上的FD 信号。当FD信号的振荡频率逐步减小到基本上不出现振荡时，说明此时的射 频中心频率就是拉莫尔频率。图3-2-1分别给出了偏置共振、接近共振和共振状 态下的FD信号形状以及其频谱形式，可通过不断微小调节射频频率从而实现 完美共振状态。 偏置共振 接近共羰 共振 中心频率 图3-21共振与偏共振状态下FD信号的形状及其频谱 实现射频中心频率与拉莫尔频率相同的调节方法有两种：自动方法与手动 方法。 白动方法可在观察到FD信号后对信号进行频谱转换，谱图以射频中心频 率为中心，拉莫尔频率如偏离中心频率，则FD信号的峰值也会偏离中心，应 用自动确定中心频率的方法，选择峰值频率作为中心频率再次采集即可实现共振
·40… 核磁共振成像技术实验教程 状态。共振状态下的射频中心频率就是拉莫尔频率。 手动方法则要求实验者通过观察D信号的振荡情况，手动调节射频中心 频率，最终实现共振状态。这种方法更有利于初学者对核磁共振条件以及FD 信号的了解。 四、实验步骤 (1)启动计算机，运行WINMRIXP软件进入到软件操作界面。实验前须保 证磁体恒温系统开启超过5小时，使得磁体柜内温度尽量恒定。 (2)将装有10m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。 (4)单击工具栏上的按钮，进人脉冲序列选择对话框。选择硬脉冲 FID序列，在参数设置表中将中心频率主值SFL、偏移量（〗、接收增益RG分 别预设为23、100.00、2，其余参数默认。上述参数的具体意义参见第三篇软件 描述部分内容。（注意：每台仪器的偏移量(1因各磁场的场强略有偏差而 不同。) ①白动方法。 a点击品 进行单次采集，对偏移盘(1按20kH2步进长度逐渐增加直到 界面上出现FD信号。每次改变O1后只需按键盘回车键即得到确认，停止后选 择工具栏上的FT命令按钮·，对FD信号进行傅里叶变换，如图3-22 所示。 4540-35-0-25-20-5-10-$050152025303540:45 4 图32-2FID信岁经FT后的频谱形状
第三章原理性实验 ·41· b.点击维处理进入一维处理选项卡。单击相位校正按钮进人相位校正对 话框，调节零级相位校正PC0数值框中的值，使谱线基部处在同一水平位置上.， 如图3-2-3所示，选择OK确定。 3660药4800：生10529找9势0移 图32-3一维处理界面及相位 ℃.选择基线归零工按钮，把谱线基部下拉到坐标零基线位置，如图3-2-4 所示。 淑09。。前 图32-4基线归零后的频谱图 d.使用频域显示调整斜按钮，选择以谱蜂为中心点的局部谱线进行显示。 具体方法为将鼠标先后对称地点击谱峰中心左右两侧，如图3-2-5所示，鼠标松 开后，选择的局部谱线就会得到放大显示，如图3-2-6所示。 ®.使用中按钮，把谱线中心峰值处设置为中心频率，如图3-26所示。 设定后系统会出现一个对话框，确定后系统就会在下次采集时采用设定的中心频 率，即找到了系统的中心频率
·42· 核磁共振成像技术实验教程 ,4得 1 43-40-35-30-25-205510-5.:0,5.-10-15,225.3035.4045 图3-2-5局部谱线制示图 : 图3-26中心频*设置 f.再次选择单次采集1具s·,观看FID信号振荡情况。重复上述步骤直 至FD信号出现单调无振荡时，表示在完全共全状态，如附3-2-7所示。此时， 射频中心频率SF1(MHz)十OI(kHz)的值即为磁场的拉莫尔频率。记录该 值在实验结果栏内。 ②手动方法。 a.使用单次采集工具$进行信号采集，如图3-28所示，该表明当前 设置的频率和拉莫尔频率有一定差距。 b.调整射频频率，即增大或减少O1值，来寻找合适的射频频率，调整方向 为使信号变疏（即使频率差变小），如图3-2-9所示
第三章 原理性实验 43 4454806004540000005150140010000001000机机 10 12 图3-27 完全共振时的信号 750 248042.9 16 18 .:20 图3-2-8 偏共振时的信号
·44 核磁共振成像技术实脸教程 232177.0 4 4 6 10 *,1214 18 20 图3-2-9逐步减小偏共振的程度，信号振荡频率变小 1496185 ; - 、 1: 10 2 18 20 图3-2-10 最后达到完全共振时信号
第三章原理性实验 ·45▣ c.当采集信号比较稀疏时，再细调O】值，直到谱线出现如图3-2-10所示效 果，此时说明设定的射频频率和拉莫尔频率重合，该频率即为拉莫尔频率。 五、实验结果 (1)应用自动方法测量到的拉莫尔频率为 (2)应于动方法测量到的拉莫尔频率为 六、讨论与思考 (1)如何描述核磁共振信号产的基本原理？ (2)如何应用白动力法进行射频频率的测量？ (3)讨论和比较两种中心频率测量方法之间的异同。 (4)理论上的旋转坐华标系在系统中是用何种硬件器件来实现的？ 七、仿真设计 试用Matlab编写简单程序，分别绘出偏共振状态、近共振状态以及共振状 态下的FID信号。 第三节 旋转坐标系下的FID)信号 一、实验目的 (I)了解并掌握FID信号的特点。 (2)“了解实验室坐标系和旋转坐标系下的F1D信号的差别。 (3)掌握通过调整射频信号的幅度来改变射频脉冲角度。 二、实验设备与器材 NMI20台式核磁共振教学成像仪；约10mm高的大豆油试管样品。 三、实验原理与方法 1.FTD信号特点 置于静磁场B。中的质子群系统体现出沿主磁场方向(Z)的宏观磁化矢量 M,垂直施加特定频率的90°射频场B1后，宏观磁化矢量M以B1为轴反转到 XY平面。射频场结束后，磁化矢量要恢复到原始Z方向，即弛豫过程。弛豫过 程包括三个分过程：纵向磁化矢量的指数递增、横向磁化矢量的指数递减、绕主 磁场的进动。体外放置的封闭线圈可检测到磁化矢量的变化，形成FD信号