实验器材： NMI20Analyst 台式核磁共振成像仪

NMI20台式核磁共振成像仪的硬件系统框图

系统的主要性能指标 1、磁场强度：0.5T； 2、共振频率：21MHz～23MHz； 3、磁极直径：165mm； 4、磁极间隙：35mm； 5、磁场均匀度：2.5ppm （12mm12mm12mm）； 6、磁场稳定度：开机4小时后磁场达到稳定； 7、梯度磁场：X，Y方向>1mT/m；Z方向 >0.6mT/m； 8、切片厚度：最小可达1mm。

参数定义 Pi －射频硬脉冲的宽度（i=1,2） SPi – 射频软脉冲的宽度（i=1,2） RFAmpi – 射频软脉冲的强度 Di – 无射频脉冲时的延时参数 TD – NMR 信号的采样点数（复数点） SW – 谱宽，也就是采样频率 SF1 – 射频信号频率f的主值。通常共振频率f = SF1 + Offset Offset – 射频信号频率f的偏移量。一般有f = SF1 + Offset NS – 累加次数 Ci – 常数变量 RG – 接收机的增益，数值越大，增益越大

核磁共振的经典解释 总自旋 总自旋和总体积磁化 磁场对原子核的激发 驰豫过程与能量释放 表征核磁共振现象的参数 化学频移σ 质子浓度ρ 纵向弛豫时间T 1 横向弛豫时间T 2

实验内容 电子匀场 硬脉冲FID序列测量拉莫尔频率 旋转坐标系下的FID信号 反转恢复法测T1 饱和恢复法测T1 硬脉冲CPMG序列测量T2 自旋回波序列成像

电子匀场 主磁场均 匀性越低， 弛豫越快， FID信号的 拖尾越短。 当主磁场均 匀性越高时， 弛豫越慢， FID的信号 拖尾越长。

在调整GXSHIM、GYSHIM、GZSHIM后 得到均匀性为5.389PPM

电子匀场后的FID信号 此时O1=650KHZ T2最大，为了在图中显示拖尾尽量收敛于X轴 我们选取了TD=2048.

硬脉冲FID序列测量拉莫尔频率 硬脉冲FID序列序列示意图 硬脉冲FID序列其 序列形式如图所示。 硬脉冲FID序列是 采用90°硬脉冲后 采集FID信号的序 列，其序列参数分 别为： P1: 90°射频脉冲的 施加时间； D0:重复时间TR; D3:死时间，即90° 射频结束到线圈开 始采集信号之间的 时间间隔。 硬脉冲FID序列序列示意图

硬脉冲FID序列测量拉莫尔频率 为了测量拉莫 尔频率，要使 信号达到共振 状态，方法共 有两种：手动 方法和自动方 法。 我们将两者结 合起来使用， 先自动后手动 如图即为共振 时的信号。

硬脉冲FID序列测量拉莫尔频率 共振时的模信号

旋转坐标系下的FID信号 我们考察了数个参数对FID信号的影响 TD对FID信号的影响 P1对FID信号的影响 SW信号对FID信号的影响

旋转坐标系下的FID信号 ①TD对FID信号的 影响 我们取了TD=512、 1024、2048观 察FID信号，发 现在其它参数 不改变情况下， TD越大图像的 显示越完整， 但是单位时间 内的信号数是 固定不变的。

TD=1024

TD=2048

旋转坐标系下的FID信号 ②P1对FID信号 的影响：我们 取了P1为5μs、 20 μs 、 μs 的 时候的FID信 号模值，并在 20 ~35 μs间 一一测量比较 最后确定在 P1=23 μs时 FID的模值最 大。 图为P1=5us时 的信号。

P1=20us

P1=35us

P1=23US时的模值

旋转坐标系下的FID信号 ③SW信号对FID信 号的影响：我们 取了SW=200、 50、12KHZ时 的图像，由于采 样时间t=TD/SW， 因此SW越大则 采样时间越短， 图像越稀疏。图 为SW=200KHZ 时的信号。由于 信号采样时间过 短，出现了可以 观测到的失真。 失真

SW=50KHZ

SW=12KHZ

反转恢复测T1序列 反转恢复测T1序列示意图

反转恢复测T1序列 反转恢复测T1序列结构如图所示，该序列首先施加一个 180度射频脉冲，使纵向磁化矢量强度MZ翻转到-Z轴上， 然后该磁化矢量强度以T1时间常数进行自由驰豫，经过一 定时间τ1后， MZ有所减小，此时沿水平方向上再施加一 个90度射频脉冲，记录此时产生的FID信号峰值。然后等 待足够长时间后，一般需要5T1时间，以使 完全恢复到初 始状态。接着重复第一个周期的步骤，但τ2比τ1延长，同 样在施加90度射频脉冲后，记录下此FID信号，此时的信 号幅度会比上个周期的信号幅度有所减小。

反转恢复测T1序列 经过n次实验后，根据每次得到的FID信号峰值就能描绘出 MZ的恢复曲线，由此曲线就可以定出T1的值。 因为 因此通过该序列不断改变D1参数值，并记录每次的FID信 号幅值，就能拟合得到T1的值。 

反转恢复测T1序列

饱和恢复测T1序列 饱和恢复测T1序列示意图

饱和恢复测T1序列 饱和恢复测T1序列，和反转恢复测T1序列类似，其结构如 图所示，不同的是两个射频脉冲都是90度射频脉冲，在 不同的时间间隔τ情况下，施加第二个90度射频脉冲，并 记录FID信号幅值，然后通过曲线拟合即可求出T1的值。 拟合的方程与反转法相似： 饱和恢复法由于测量时横向弛豫已经在dephasing中迅速 结束，所以该方法可以克服射频不均匀性影响，理想情况 下t=0时： Mz（t）=0

饱和恢复测T1序列

硬脉冲CPMG序列测量T2 硬脉冲回波序列示意图

硬脉冲CPMG序列测量T2 硬脉冲CPMG序列示意图

硬脉冲CPMG序列测量T2 硬脉冲CPMG序列是在自旋回波脉冲序列基础上，多次施 加180度脉冲，从而可以得到多个回波信号的回波脉冲序 列

硬脉冲CPMG序列测量T2 在 脉冲之后，经过时间τ的散相之后，再加上180度的重 聚焦脉冲，在2τ时刻得到第一个回波信号，之后又开始散 相运动，在3τ时，再施加第二个 的重聚焦脉冲，同样会 在4τ时，横向磁化矢量又会汇聚而形成第二个回波信号， 如此重复，可产生多个回波信号，不过回波信号的幅度在 逐步减小。该序列采集到的信号如图所示。 由每一个回波的峰值 形成的指数衰减曲线就是T2衰减曲线，因此可以利用这个 峰值衰减规律来测得样品的T2值。

硬脉冲CPMG序列测量T2 单组份拟合 双组份拟合 T2拟合：C1=200

硬脉冲CPMG序列测量T2 回波链长度C1 单组份拟合 T2/ms 双组份拟合 T2/ms T2（1） T2（2） 200 95.52 228.27 47.32 500 88.47 233.46 42.03 1000* 92.91 / 1000** 89.78 236.37 48.04 2000*** 76.84 -1.0285*10E15 43.10 *: TD=4256，CPU浮点运算溢出，双组份无法拟合 **: TD=3000 ***: 回波链过长，噪声过大

自旋回波成像 自旋回波序列示意图

自旋回波成像 自旋回波脉冲成像序列中，各参数如下所示： D0：重复时间TR； D1：为相位编码时间； D2：相位平衡梯度施加时间； D4和D5：死时间， 一般设为100us； SP1、SP2 ：分别是90º和180º脉冲的脉冲宽度；

自旋回波成像 X方向

自旋回波成像 X方向

自旋回波成像 X方向K空间

自旋回波成像 Y方向

自旋回波成像 Z方向

自旋回波成像 Z方向K空间