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磁共振射頻發(fā)射場(chǎng)映像技術(shù)研究

發(fā)布時(shí)間:2020-09-23 09:21
   磁共振成像是臨床診斷中常用的安全有效的斷層成像技術(shù),其物理基礎(chǔ)是核磁共振現(xiàn)象。在磁共振成像中的過(guò)程中,射頻發(fā)射場(chǎng)(B1+)起著重要的作用。獲取實(shí)際成像時(shí)B1+場(chǎng)幅值的空間分布對(duì)許多磁共振應(yīng)用與研究來(lái)說(shuō)具有重大意義,如射頻場(chǎng)勻場(chǎng)技術(shù),縱向弛豫時(shí)間成像技術(shù),化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)和磁共振介電特性斷層成像技術(shù)等。(B1+ mapping)技術(shù)采用特定的成像序列,采集多幅圖像,根據(jù)磁共振信號(hào)的幅值或者相位變化消除信號(hào)中與發(fā)射場(chǎng)無(wú)關(guān)的信息,進(jìn)而計(jì)算出B1+場(chǎng)幅值大小。在現(xiàn)有的射頻發(fā)射場(chǎng)映像技術(shù)中,布洛赫-西爾格特偏移(Bloch-Siegert shift,BSS)法是目前最常用的方法之一,該技術(shù)利用頻率失諧的射頻脈沖改變了質(zhì)子旋轉(zhuǎn)的頻率,從而使相位發(fā)生偏移,偏移的大小與失諧脈沖的幅值大小相關(guān),最后通過(guò)檢測(cè)該相位偏移計(jì)算射頻發(fā)射場(chǎng)。在臨床磁共振成像系統(tǒng)中,常用多通道陣列線圈作為接收線圈。在這種情況下,若使用射頻發(fā)射場(chǎng)映像技術(shù)對(duì)B1+場(chǎng)幅值進(jìn)行映像,線圈的每個(gè)接收通道均能獨(dú)立接收信號(hào),獲取多組圖像。理論上,B1+場(chǎng)幅值的計(jì)算與接收通道無(wú)關(guān),因此,每個(gè)接收通道接收到的信號(hào)均能計(jì)算出B1+場(chǎng)幅值的大小。但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中,信號(hào)采集受到噪聲的影響,單個(gè)接收通道獲得的圖像在接近通道空間位置的區(qū)域具有高信噪比,而在距離接收通道較遠(yuǎn)的區(qū)域的信噪比較低。信噪比低時(shí),B1+場(chǎng)幅值的計(jì)算會(huì)出現(xiàn)較大誤差。因此需要結(jié)合所有接收通道采集的圖像計(jì)算B1+場(chǎng)幅值。本文首先從理論上研究了六種射頻發(fā)射場(chǎng)映像方法,然后選取BSS方法為例子進(jìn)行深入研究,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 BSS序列,最后針對(duì)臨床磁共振成像系統(tǒng)多用多通道陣列線圈作為接收線圈這一現(xiàn)狀,提出了一種通道結(jié)合方法,提高了發(fā)射場(chǎng)計(jì)算的精確度。BSS序列設(shè)計(jì)研究中,基于射頻脈沖和空間編碼梯度的設(shè)計(jì)理論,開(kāi)發(fā)了費(fèi)米脈沖(Ferrmi pulse)作為失諧脈沖,實(shí)現(xiàn)了空間編碼梯度,最終完成了 BSS序列。隨后在實(shí)際成像實(shí)驗(yàn)中,按照以下步驟檢驗(yàn)BSS序列的正確性:(1)使用示波器測(cè)量譜儀實(shí)際輸出的序列波形,觀察是否符合所設(shè)計(jì)的BSS序列波形(2)比較失諧脈沖造成的相位偏移的理論值和實(shí)測(cè)值;(3)以雙角法(double angle method,DAM)方法作為參考,對(duì)比DAM方法與BSS方法計(jì)算的B1+場(chǎng)幅值空間分布。結(jié)果表明,實(shí)際成像實(shí)驗(yàn)中序列波形符合BSS序列波形,相位偏移的理論值和實(shí)測(cè)值一致,DAM方法與BSS方法計(jì)算的B1+場(chǎng)幅值空間分布一致,BSS序列設(shè)計(jì)成功。在通道結(jié)合方法的研究中,本文將該方法與BSS法結(jié)合。通道結(jié)合方法以信號(hào)相位噪聲的概率密度分布為基礎(chǔ),推導(dǎo)出相位差概率密度函數(shù)。隨后采用最大似然法計(jì)算相位差的無(wú)偏估計(jì),實(shí)現(xiàn)通道結(jié)合。實(shí)驗(yàn)中將本方法與現(xiàn)有方法進(jìn)行比較,結(jié)果表明,本文提出的通道結(jié)合方法具有更高的魯棒性,在信噪比較差的情況下平均差異系數(shù)值為1.22%,B1+場(chǎng)幅值計(jì)算的準(zhǔn)確度更高。本文對(duì)幾種射頻發(fā)射場(chǎng)映像技術(shù)展開(kāi)了理論研究,并深入研究了 BSS法。在BSS序列設(shè)計(jì)研究中,本文介紹了 BSS序列設(shè)計(jì)以及驗(yàn)證的思路。在通道結(jié)合方法的研究中,本文提高了B1+場(chǎng)幅值計(jì)算的準(zhǔn)確度,對(duì)縱向弛豫時(shí)間成像等許多磁共振研究帶來(lái)重大提升,為實(shí)際成像中的數(shù)據(jù)處理提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】:南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位年份】:2019
【中圖分類(lèi)】:R445.2;O482.531
【部分圖文】:

示意圖,射頻場(chǎng),圓極化,分量


式中T為時(shí)間間隔。從公式可知,正弦線性極化射頻場(chǎng)只有幅值的一半起著翻逡逑轉(zhuǎn)磁化矢量的作用。根據(jù)這一點(diǎn),可以將射頻場(chǎng)分成兩個(gè)分量,一個(gè)為左旋(順逡逑時(shí)針)極化分量,另一個(gè)為右旋(逆時(shí)針)極化分量,如圖1-2所示:逡逑圖1-2射頻場(chǎng)圓極化分量示意圖。逡逑Fig.邋1邋-2邋The邋polarized邋components邋of邋RF邋field逡逑圖中綠色箭頭表示RF場(chǎng),藍(lán)色箭頭表示圓極化分量,其中順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的為左旋逡逑極化分量,逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的為右旋極化分量。實(shí)際上,為了增強(qiáng)射頻場(chǎng)的激勵(lì)作逡逑用,通常會(huì)在y軸上施加另-個(gè)正弦線性極化射頻場(chǎng):逡逑B(t)邋=邋b(coscot邋■邋x邋—邋sincot邋■邋y)邐(1-6)逡逑3逡逑

序圖,射頻脈沖,磁化矢量


圖2-2邋AFI序列時(shí)序圖逡逑Fig.2-2邋The邋diagram邋of邋AFI邋pulse邋sequence逡逑AFI方法采用特殊的磁共振序列,其時(shí)序圖如圖2-2所示。如圖中所示,AFI逡逑序列在一次重復(fù)時(shí)間內(nèi),施加了兩次翻轉(zhuǎn)角為a的射頻脈沖,采集了兩組信號(hào)Si逡逑和S2。要注意的是,射頻脈沖之間的時(shí)間間隔是不同的,在同一個(gè)TR內(nèi),兩個(gè)逡逑射頻脈沖之間的時(shí)間間隔設(shè)為TR,,第二個(gè)射頻脈沖與下一個(gè)TR的第一個(gè)射頻逡逑脈沖之間的時(shí)間間隔設(shè)為TR2。由于射頻脈沖的間隔時(shí)間不同,為了使磁化矢量逡逑能夠達(dá)到穩(wěn)態(tài),需要滿(mǎn)足TlcT&cT,。假設(shè)在每個(gè)射頻脈沖施加之前,橫向逡逑磁化矢量己經(jīng)被完全消除了,此時(shí),AFI的信號(hào)方程為[14]:逡逑10逡逑

線圖,相位,線圖,橫向磁化


邐(2-20)逡逑從式(2-20)可以看出,的相位是翻轉(zhuǎn)角的函數(shù),通過(guò)檢測(cè)該相位可以逡逑反推出翻轉(zhuǎn)角的大小。Mxy的變化曲線如圖2-5所示:逡逑2.5邐r邋[邋c邐c邋t邋c邋[邋i邋[邐-:逡逑0邋二 ̄ ̄—-——-逡逑1.5邐-逡逑'邋V逡逑X逡逑^邋1 ̄邋\、邋_逡逑B邋0.5^邐\邐-逡逑5邋0卜逡逑S邐\逡逑g邋-0.5邋卜邐\邐-(逡逑2邋-汁邐\邐-逡逑-1.5h邐、\、邐-逡逑-2h邐-__r逡逑25邋L邐[邐[邐L邐[邐[邐[邐c邐c邐邐逡逑■邋0邐20邐40邐60邐80邐100邐120邐140邐160邐180逡逑翻轉(zhuǎn)角(°)逡逑圖2-5邐相位大小曲線圖。橫軸表示翻轉(zhuǎn)角a的大小,縱軸表示Mxy相位大小。逡逑Fig.2-5邋Curve邋of邋Mxy.邋Transverse邋axis邋represents邋flip邋angle邋a,邋and邋vertical邋axis邋represents邋phase逡逑of邋Mxy.逡逑圖中可以看出,相位大小與翻轉(zhuǎn)角是邐對(duì)應(yīng)的。采用PS方法對(duì)Bf場(chǎng)逡逑幅值進(jìn)行映像,在檢測(cè)到橫向磁化矢量的相位大小后,可以使用插值的方式,逡逑14逡逑

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