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SE、GRE序列

1. 自旋回波序列SE
2. 梯度回波序列GRE

主磁体

磁体系统：主磁体、匀场线圈、梯度线圈、射频发射、接收线圈。

匀场线圈：提高磁场的均匀性。
梯度线圈：提供空间线性梯度场。用于空间定位、层面选择、决定图像空间分辨率。
射频发射、接收线圈：射频脉冲激发被检体产生磁共振信号，同时负责接收磁共振信号。

永磁型磁体均匀度受环境温度影响较大，磁场稳定性较差。

$K$ 空间

定义：也称傅里叶空间，是信号强度随位置变化的空间频率域。
是原始信号到图像间的一个过渡， $K$ 空间的每个采样点都包含了全层所有像素的信息。
$K$ 空间的中央低频信息对应图像对比度；外围高频信息对应图像边缘细节。
两个方向各采样 $256$ 次，所以是 $256 \times 256$ 。

磁共振成像原理

核磁共振原理主要是由原子核的自旋运动引起的，不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数来表示。

原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩。

磁：核磁，人体65%的重量来自于水，一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，氢原子的原子核带正电，并且会发生自旋，因此会有循环电流产生磁场，并且形成磁矩。

共振：在与静磁场 $B_0$ 垂直的方向上施加频率等于进动频率 $w$ 的电磁波 $H_1$ 时，原子核磁矩 $\mu_N$ 与 $H_1$ 作用产生力矩 $\tau$ ：

$\tau = \pmb{\mu}_N \times \pmb{H}_1$
$\tau$ 可能使质子的自旋改变方向，从电磁波吸收能量，并从 $M_1 = \frac{1}{2}$ 的能态跃迁至 $M_1 = -\frac{1}{2}$ 能态，这就是磁共振现象。（简单概括：磁共振现象就是磁场的强度和方向决定了原子核自旋的频率和方向，在磁场中旋转时，原子核吸收频率和进动频率相同的电磁波，是自身能力增加，部分质子能级跃迁。而一旦撤销外部射频照射，跃迁的质子恢复原状，并把多余的能量以电磁波的形式释放出来。）

成像：这些信号进行空间编码得到的图像，实质上就是人体原子核内质子的密度图，通过图像中弛豫时间差异，就能分辨出正常组织和病变组织。

磁共振成像过程

\vec{μ} \to \vec{M} \to {\vec{M}}_{x y} \to S (t) \to S (\vec{k}) \to I (\vec{x})

$\vec{\mu} \to \vec{M} \to \vec{M}_{xy} \to S(t) \to S(\vec{k}) \to I(\vec{x})$

$\vec{\mu}$ ：单个质子磁矩。

$\vec{M}$ ：宏观磁化量。

$\vec{M}_{xy}$ ：横向磁分量。

$S(t)$ ：磁共振信号。

$S(\vec{k})$ ：空间频率域形式。

$I(\vec{x})$ ：图像。

基本傅里叶成像方案（ $FID$ ）

梯度磁场叠加在主磁场上，用于磁共振信号的空间定位，包括层面选择、频率编码、相位编码。

$FID$ ： $free\ induction\ decay$ ，自由感应衰减信号。用于磁共振傅里叶成像的信号。

在静磁场 $\pmb{B}_0$ 中，原子核被磁化形成 $\pmb{M}_0$ ，

首先，施加 $90^o \ RF$ 脉冲激励所选成像层面。 $RF$ 脉冲作用之后，磁化强度矢量在静磁场 $\pmb{B}_0$ 作用下以 $w_0$ 的角频率进动，接受线圈中感应信号产生，感应信号的频率也为 $w_0$ 。该信号的振幅按指数规律衰减到 $0$ 。因此也称自由感应衰减信号（ $FID$ ）。 $FID$ 信号产生后，
施加宽度为 $t_1$ 的线性相位编码( $Y$ 轴)梯度磁场 $G_{phase\ encoding}$ ，在该梯度场作用时间内， $FID$ 缓慢衰减。经过 $t_1$ 时间后，关闭相位编码梯度磁场 $G_{phase\ encoding}$ ，
打开频率编码( $X$ 轴)梯度磁场 $G_{frequency\_encoding}$ ，持续 $t_2$ 时间。若成像矩阵为 $N \times M$ ，则需要对每个信号采集 $N$ 次，采集 $M$ 个不同的信号，整个过程重复 $M$ 次。重复采集时， $t_2$ 不变，两个编码梯度磁场 $G$ 不变，仅改变 $t_1$ ，第一次 $t_1 = 0$ ，第二次 $t_1 = \frac{t_2}{M}$ ，第三次 $t_1 = \frac{2t_2}{M}$ ，依次类推。

这一过程称为傅里叶成像，通过采集各 $t_2$ 时间内的 $FID$ 信号来完成傅里叶成像的编码。

空域和空间频率域信号的关系

图像 $\frac{二维傅里叶变换}{}$ $K$ 空间信号

$K$ 空间信号 $\frac{二维傅里叶逆变换}{}$ 图像

质子（ $H$ 原子）密度决定信号强度，信号强度反映图像亮度。

对于 $2D$ 磁共振傅里叶成像，其成像的傅里叶表达式为：

S (k_{x}, k_{y}) = \iint ρ (x, y) e^{- i 2 π (k_{x} x + k_{y} y)} d x d y

$S(k_x, k_y) = \iint\limits \rho(x,y) e^{-i2 \pi (k_x x + k_y y)} dxdy$

其中， $S$ 为 $K$ 空间位置编码， $\rho(x,y)$ 是质子密度， $k_x = \gamma G_x t_x$ ， $\gamma$ 是磁旋比， $G_x$ 是频率编码， $t_x$ 是频率编码持续时间。

对于 $3D$ 磁共振成像，在 $2D$ 相位编码和频率编码的基础上再加上选层梯度相位编码，其成像的傅里叶表达式为：

S (k_{x}, k_{y}, k_{z}) = ∭ ρ (x, y, z) e^{- i 2 π (k_{x} x + k_{y} y + k_{z} z)} d x d y d z

$S(k_x,k_y,k_z) = \iiint\limits \rho(x,y,z) e^{-i2 \pi (k_x x + k_y y + k_z z)} dxdydz$

$T_1$ 看解剖、 $T_2$ 看病变。

1. 自旋回波序列SE

序列：射频脉冲( $RF\ pulses$ )、梯度场、信号采集时间等相关参数的设置及时间排列的组合。

在核系统上加 $90^o \ RF$ 脉冲，经过 $T1=\frac{TE}{2}$ 秒再加 $180^o \ RF$ 脉冲，再过 $\frac{TE}{2}$ 秒就出现一个回波，叫自旋回波（ $spin\ echo,\ SE$ ）。

$90^o \ RF$ 脉冲：激发信号。

$180^o \ RF$ 脉冲：采集信号。又叫重聚脉冲，作用是使质子的相位发生翻转，在之后的时间重聚，从而消除因主磁场不均匀性对图像的影响。

相位：质子绕进动轴旋转的角度。

$TR$ ：重复时间，决定 $T_1$ 。

$TE$ ：回波时间，决定 $T_2$ 。

$ETE$ ： $effective\ echo\ time$ ，有效回波时间。指与最终图像对比度最相关的回波时间（填充到 $K$ 空间中央的回波决定图像的对比度，其 $TE$ 值为 $ETE$ ）。

$TI$ ：反转时间。指反转恢复类脉冲序列中， $180^o$ 反转脉冲与 $90^o$ 激励脉冲之间的时间间隔。

$NEX$ ： $number\ of\ excitation$ 信号激励次数，又叫信号采集次数( $number\ of\ acquisition,NA$ )。指每一个相位编码步采集信号的重复次数。 $NEX$ 增大，有利于提高图像信噪比，减少伪影，但所需扫描时间延长。

$ES$ ： $echo\ spacing$ 回波间隔时间。指快速成像序列的回波链中相邻两个回波之间的时间间隔。 $ES$ 长短影响 $TE$ 长短。

$FoV$ ： $field\ of\ view$ 扫描视野。由图像在水平和垂直两个方向的距离确定的。最小 $FoV$ 由梯度场强度的峰值和梯度间期决定的。

$SNR$ ： $signal\ noise\ ratio$ 信噪比。信号和噪声的比例。 $SNR = \frac{S}{N}$ 。

由于 $FID$ 信号对磁场不均匀非常敏感，因此在磁共振临床成像中，用 $SE$ 代替 $FID$ 完成磁共振傅里叶成像。