永磁磁共振系统讲座——中场永磁MRI实现的主要成像方法及成像序.PDF

永磁磁共振系统讲座 ——第六讲 中场永磁MRI 实现的主要成像方法及成像序列 (上) 高嵩 俞燕明 包尚联 高嵩先生， 博士，北京大学医学部讲师；俞燕明先生，北京大学医学物理和工程 北京市重点实验室博士研究生；包尚联先生，博士导师、教授，北京大学北京市 医学物理和工程重点实验室主任，北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心主任。 前面几讲介绍了目前国内已经实现的中场永磁磁体的设计、匀场和工艺技术， 为把原来只有在超导 MRI 设备上才能实现的很多脉冲序列和方法，在中场永磁 MRI 系统上的实现创造了条件。本讲和下一讲，将重点介绍这方面的情况。 MRI 成像方法和成像序列是 MRI 系统的重要组成部分，跟磁体的场强、主磁场 的均匀性、梯度切换率和线性度等多种硬件的技术指标和实现能力有关。因此， 能否把高级序列移植到中场 MRI 系统上已经成为当前研究的热点。本文简要介绍 几种高级成像方法和成像序列，并分析了其在中场 MRI 系统上实现的可行性。 一 MRI 的扩散加权成像 1. 磁共振扩散成像的物理原理 扩散是微观粒子由于热运动引起的物质由高浓度区域向低浓度区域的传输。 例如将黑色的墨汁滴入清水中就可以明显地观察到墨汁分子在重力作用下在水中 扩散的现象。微观粒子在不同环境实现的扩散，都可以用扩散系数来描述它们的 扩散能力。人类对扩散的研究已近两个世纪，在这一漫长的历程中人们提出了许 多方法来测量扩散系数。但这些方法都依赖于对溶质的浓度梯度的测量，而且不 能测量自扩散效应，所以不适用于用 MRI 设备测量人体内水分子的扩散。 磁共振扩散加权成像技术(DWI)提供了一种非侵入性的、无创的测量人体内 水分子扩散系数的方法。脉冲梯度自旋回波(PGSE)法是 DWI 中使用最多的方法。 该序列将一对梯度脉冲配置在 180 度脉冲两侧，它们比一般 脉 冲序列中的梯 度磁场强度大且持续时间长，因而蕏的信号随着自旋核扩散时离开寝位置的距离 增加而逐步衰减。测量这个过程中有关物理量，可以得到水分子的扩散系数及扩 散的各向异性程度等信息。这一方法已尷地应用于测量人体内水分子的自扩散。 水分子扩散对磁共振信号的影响可以通过布洛赫方程来研究。布洛赫方程提 供了解释脉冲激发后 NMR 现象的最简单、也是最科学的模型，可以很好地解释 磁化强度在磁场作用下的演化过程。布洛赫方程加入扩散项后可得 ∨ ∨ ( ∂M ∨ ∨ M x i+M y j M z −M O ∨ 2 r r γ(M ×B) − − K +D∇ M (r,t) （1） ∂t T 2 T 1 忽略弛豫项并设主磁场及梯度磁场沿 z 方向，将正交化可得 ⊥ ( , ) r r r r ∂M + r t 2 −iγ(r⋅G)M + (r,t) +D∇ M + (r,t) （2 ） ∂t 解这个方程得 ′′ ′′ t t t r r lnA(t)= 2 ′′ ′ ′ ′ ′ （3 ） −Dγ dt [( G(t )dt ) •( G(t )dt )] +ln A(0) ∫ ∫ ∫ 0 0 0 对于常规 PGSE 脉冲序列可得 2 2 2 1 ln(A(t)/A(0))= −Dγ G δ (Δ− δ) (4) 3 由方程可以看出水分子扩散对磁共振信号的影响，可以用扩散梯度加权的方 法进行估计，布洛赫方程也是 DWI 的理论基础。 自由水分子的扩散是