磁共振射频发射场映像技术研究

发布时间：2020-09-23 09:21

　　磁共振成像是临床诊断中常用的安全有效的断层成像技术,其物理基础是核磁共振现象。在磁共振成像中的过程中,射频发射场(B1+)起着重要的作用。获取实际成像时B1+场幅值的空间分布对许多磁共振应用与研究来说具有重大意义,如射频场匀场技术,纵向弛豫时间成像技术,化学交换饱和转移技术和磁共振介电特性断层成像技术等。(B1+ mapping)技术采用特定的成像序列,采集多幅图像,根据磁共振信号的幅值或者相位变化消除信号中与发射场无关的信息,进而计算出B1+场幅值大小。在现有的射频发射场映像技术中,布洛赫-西尔格特偏移(Bloch-Siegert shift,BSS)法是目前最常用的方法之一,该技术利用频率失谐的射频脉冲改变了质子旋转的频率,从而使相位发生偏移,偏移的大小与失谐脉冲的幅值大小相关,最后通过检测该相位偏移计算射频发射场。在临床磁共振成像系统中,常用多通道阵列线圈作为接收线圈。在这种情况下,若使用射频发射场映像技术对B1+场幅值进行映像,线圈的每个接收通道均能独立接收信号,获取多组图像。理论上,B1+场幅值的计算与接收通道无关,因此,每个接收通道接收到的信号均能计算出B1+场幅值的大小。但是在实际实验中,信号采集受到噪声的影响,单个接收通道获得的图像在接近通道空间位置的区域具有高信噪比,而在距离接收通道较远的区域的信噪比较低。信噪比低时,B1+场幅值的计算会出现较大误差。因此需要结合所有接收通道采集的图像计算B1+场幅值。本文首先从理论上研究了六种射频发射场映像方法,然后选取BSS方法为例子进行深入研究,设计并实现了 BSS序列,最后针对临床磁共振成像系统多用多通道阵列线圈作为接收线圈这一现状,提出了一种通道结合方法,提高了发射场计算的精确度。BSS序列设计研究中,基于射频脉冲和空间编码梯度的设计理论,开发了费米脉冲(Ferrmi pulse)作为失谐脉冲,实现了空间编码梯度,最终完成了 BSS序列。随后在实际成像实验中,按照以下步骤检验BSS序列的正确性:(1)使用示波器测量谱仪实际输出的序列波形,观察是否符合所设计的BSS序列波形(2)比较失谐脉冲造成的相位偏移的理论值和实测值;(3)以双角法(double angle method,DAM)方法作为参考,对比DAM方法与BSS方法计算的B1+场幅值空间分布。结果表明,实际成像实验中序列波形符合BSS序列波形,相位偏移的理论值和实测值一致,DAM方法与BSS方法计算的B1+场幅值空间分布一致,BSS序列设计成功。在通道结合方法的研究中,本文将该方法与BSS法结合。通道结合方法以信号相位噪声的概率密度分布为基础,推导出相位差概率密度函数。随后采用最大似然法计算相位差的无偏估计,实现通道结合。实验中将本方法与现有方法进行比较,结果表明,本文提出的通道结合方法具有更高的鲁棒性,在信噪比较差的情况下平均差异系数值为1.22%,B1+场幅值计算的准确度更高。本文对几种射频发射场映像技术展开了理论研究,并深入研究了 BSS法。在BSS序列设计研究中,本文介绍了 BSS序列设计以及验证的思路。在通道结合方法的研究中,本文提高了B1+场幅值计算的准确度,对纵向弛豫时间成像等许多磁共振研究带来重大提升,为实际成像中的数据处理提供理论指导。
【学位单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R445.2;O482.531
【部分图文】：

示意图,射频场,圆极化,分量

式中Ｔ为时间间隔。从公式可知，正弦线性极化射频场只有幅值的一半起着翻逡逑转磁化矢量的作用。根据这一点，可以将射频场分成两个分量，一个为左旋（顺逡逑时针）极化分量，另一个为右旋（逆时针）极化分量，如图１－２所示：逡逑图１－２射频场圆极化分量示意图。逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－２邋Ｔｈｅ邋ｐｏｌａｒｉｚｅｄ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ＲＦ邋ｆｉｅｌｄ逡逑图中绿色箭头表示ＲＦ场，蓝色箭头表示圆极化分量，其中顺时针转动的为左旋逡逑极化分量，逆时针转动的为右旋极化分量。实际上，为了增强射频场的激励作逡逑用，通常会在ｙ轴上施加另－个正弦线性极化射频场：逡逑Ｂ（ｔ）邋＝邋ｂ（ｃｏｓｃｏｔ邋■邋ｘ邋—邋ｓｉｎｃｏｔ邋■邋ｙ）逦（１－６）逡逑３逡逑

序图,射频脉冲,磁化矢量

图２－２邋ＡＦＩ序列时序图逡逑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，其时序图如图２－２所示。如图中所示，ＡＦＩ逡逑序列在一次重复时间内，施加了两次翻转角为ａ的射频脉冲，采集了两组信号Ｓｉ逡逑和Ｓ２。要注意的是，射频脉冲之间的时间间隔是不同的，在同一个ＴＲ内，两个逡逑射频脉冲之间的时间间隔设为ＴＲ，，第二个射频脉冲与下一个ＴＲ的第一个射频逡逑脉冲之间的时间间隔设为ＴＲ２。由于射频脉冲的间隔时间不同，为了使磁化矢量逡逑能够达到稳态，需要满足ＴｌｃＴ＆ｃＴ，。假设在每个射频脉冲施加之前，横向逡逑磁化矢量己经被完全消除了，此时，ＡＦＩ的信号方程为［１４］：逡逑１０逡逑

线图,相位,线图,横向磁化

逦（２－２０）逡逑从式（２－２０）可以看出，的相位是翻转角的函数，通过检测该相位可以逡逑反推出翻转角的大小。Ｍｘｙ的变化曲线如图２－５所示：逡逑２．５逦ｒ邋［邋ｃ逦ｃ邋ｔ邋ｃ邋［邋ｉ邋［逦－：逡逑0邋二￣￣—－——－逡逑１．５逦－逡逑＇邋Ｖ逡逑Ｘ逡逑＾邋１￣邋＼、邋＿逡逑Ｂ邋０．５＾逦＼逦－逡逑５邋0卜逡逑Ｓ逦＼逡逑ｇ邋－０．５邋卜逦＼逦－（逡逑２邋－汁逦＼逦－逡逑－１．５ｈ逦、＼、逦－逡逑－２ｈ逦－＿＿ｒ逡逑２５邋Ｌ逦［逦［逦Ｌ逦［逦［逦［逦ｃ逦ｃ逦逦逡逑■邋０逦２０逦４０逦６０逦８０逦１００逦１２０逦１４０逦１６０逦１８０逡逑翻转角（°）逡逑图２－５逦相位大小曲线图。横轴表示翻转角ａ的大小，纵轴表示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．逡逑图中可以看出，相位大小与翻转角是逦对应的。采用ＰＳ方法对Ｂｆ场逡逑幅值进行映像，在检测到横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

【相似文献】