核磁共振成像：物理原理和方法

第1章核磁共振基本原理
§1.1原子核的磁性
1.1.1原子核的自旋角動量和自旋磁矩
1.1.2原子核的磁化和順磁磁化率
§1.2核磁共振條件
1.2.1塞曼能級和共振躍遷
1.2.2自由核磁矩的拉莫爾進動和共振章動
§1.3弛豫過程和弛豫時間
1.3.1自旋晶格相互作用,自旋晶格弛豫時間T1
1.3.2自旋自旋相互作用,自旋自旋弛豫時間T2
1.3.3相關(guān)時間
1.3.4人體水質(zhì)子弛豫特性
1.3.5腫瘤鑒別
§1.4NMR量子力學描述
§1.5磁共振經(jīng)典理論
1.5.1磁化強度矢量M和弛豫假設(shè)
1.5.2布洛赫方程和旋轉(zhuǎn)坐標系
1.5.3布洛赫方程的穩(wěn)態(tài)解
1.5.4NMR信號的高度、寬度、形狀等特征量
1.5.5自旋核的動態(tài)(橫向)磁化率
1.5.6主磁場不均勻引起的吸收線加寬
§1.6布洛赫方程的暫態(tài)解、脈沖傅里葉變換核磁共振
1.6.1磁化強度M的章動
1.6.2自由感應(yīng)衰減
1.6.3FID信號的傅里葉變換
§1.7自旋回波（SE）
§1.8簡單脈沖序列,弛豫時間T1、T2的測量
1.8.1反向恢復（IR）序列測量T1
1.8.2自旋回波序列(90°τ180°)測T2
1.8.3CP序列(90°τ180°2τ180°2τ…)測T2
1.8.4CPMG脈沖序列(90°τ180°y′2τ180°y′2τ…)
§1.9NMR信號檢測與信噪比
1.9.1并聯(lián)諧振和端電壓
1.9.2NMR信號強度
1.9.3噪聲和噪聲系數(shù)
1.9.4NMR信噪比
參考文獻
第2章NMR成像原理
§2.1空間編碼原理
2.1.1NMR成像發(fā)展的歷史背景
2.1.2線性磁場梯度
2.1.3投影
2.1.4背投影
2.1.5勞特伯NMR成像實驗
§2.2傅里葉成像
2.2.1虛擬的勞特伯投影重建改進方案
2.2.2傅里葉成像實驗
2.2.3二維傅里葉變換
2.2.4傅里葉成像技術(shù)與投影重建技術(shù)的比較
§2.3傅里葉成像理論
2.3.1峰形函數(shù)與濾波函數(shù)
2.3.2K空間
2.3.3MR圖像重建公式
2.3.4恩斯特二維及多維譜理論簡介
§2.4spinwarp傅里葉成像
§2.5層面選擇
2.5.1層面取向和位置
2.5.2層面厚度
2.5.3層面選擇激發(fā)
2.5.4sinc脈沖的截斷效應(yīng)
2.5.5漢明窗和漢寧窗
§2.6RF脈沖
2.6.1矩形脈沖,硬脈沖
2.6.2選擇激發(fā)RF脈沖,軟脈沖
2.6.3選擇性飽和脈沖
參考文獻
第3章臨床基本通用脈沖序列
§3.1自旋回波脈沖序列
3.1.1基本單層面自旋回波脈沖序列的時序
3.1.2采樣、采樣率、采樣帶寬和頻率編碼方向線分辨率
3.1.3“混疊”問題和過采樣
3.1.4數(shù)據(jù)矩陣與K空間
3.1.5二維圖像的信噪比
3.1.6信噪比對場強的依賴性
3.1.7相位編碼方向圖像分辨率和梯度的選擇
3.1.8自旋回波序列的像元素信號強度公式
3.1.9加權(quán)像
3.1.10成像時間
§3.2改進的自旋回波變型序列
3.2.1標準雙回波和多回波序列
3.2.2對比度加權(quán)雙回波序列
3.2.3快自旋回波（fSE）脈沖序列
3.2.4fSE的圖像對比度
3.2.5fSE雙回波圖像
3.2.6快恢復快SE序列
3.2.7多層面SE脈沖序列(MSE)
3.2.8多層面快SE序列
3.2.9RF功率和特定吸收率(SAR)
§3.3反向恢復（IR）脈沖序列
3.3.1標準IR序列的時序
3.3.2快反向恢復序列(fast IR)
3.3.3多層面IR序列
3.3.4T1加權(quán)的IR實像動態(tài)范圍
3.3.5對比度概念,差噪比(CNR)
§3.4對比度模型和壓脂肪技術(shù)(STIR)
3.4.1本征對比度
3.4.2對SE序列圖像的T1權(quán)重的分析
3.4.3IR序列的重T1對比度加權(quán)成像
3.4.4抑制脂肪的STIR技術(shù)
3.4.5抑制腦脊液的FLAIR技術(shù)
§3.5梯度回波(GE)脈沖序列
3.5.1GE序列基本概念
3.5.2允許小角傾倒
3.5.3單位時間信噪比、單位時間差噪比
3.5.4T*2弛豫效應(yīng)
3.5.5磁化率效應(yīng)
3.5.6三維成像
§3.6相干穩(wěn)態(tài)GE脈沖序列(GRASS)
3.6.1殘余橫向磁化強度的重聚相
3.6.2穩(wěn)態(tài)自由進動
3.6.3CEFAST(或PSIF)序列的時序
3.6.4對比度
3.6.5SSFP雙回波
3.6.6True FISP序列
§3.7不相干GE序列,FLASH,恩斯特角
3.7.1破壞梯度回波（sGE）序列
3.7.2恩斯特角
3.7.3sGE序列的對比度
3.7.4破壞梯度回波序列的應(yīng)用要領(lǐng)
3.7.5如何選用穩(wěn)態(tài)自由進動GE和FLASH序列
§3.8超快FLASH脈沖序列
3.8.1自旋密度加權(quán)的超快FLASH成像
3.8.2T1加權(quán)反向恢復(IR)超快FLASH成像
3.8.3T2加權(quán)的超快FLASH成像
3.8.4化學位移選擇性飽和超快FLASH成像
3.8.5NMR譜的超快FLASH成像
§3.9受激回波脈沖序列
3.9.1“8”球回波和受激回波
3.9.2間隔三個RF脈沖激發(fā)M⊥的相干路徑和回波
3.9.3受激回波成像序列
參考文獻
第4章單射成像和高速脈沖序列
§4.1提高成像速度的途徑、K空間和高速序列類別
4.1.1半傅里葉成像和四分之一傅里葉成像
4.1.2歸一化K空間
4.1.3脈沖梯度和在K空間的掃描軌跡
§4.2回波平面成像(EPI)序列
4.2.1原始EPI序列
4.2.2改進的EPI序列
4.2.3EPI序列對硬件的要求
§4.3常用或基本EPI序列
4.3.1SEEPI序列
4.3.2GEEPI序列
4.3.3IREPI序列
4.3.4單射EPI成像時間,最小回波間隔ESP及最大回波列長度
4.3.5EPI序列圖像對比度
§4.4EPI序列的偽影
4.4.1化學位移偽影
4.4.2交錯多射EPI
4.4.3N/2奈奎斯特鬼影
4.4.4奈奎斯特鬼影的校正
4.4.5圖像畸變偽影
4.4.6圖像畸變偽影的校正
4.4.7T*2感應(yīng)的圖像模糊
4.4.8體元內(nèi)散相
§4.5EPI變型序列
4.5.1省略偶回波的EPI
4.5.2圓形EPI
4.5.3測量T*2map的變型EPI序列
4.5.4三維EPI，即回波體積成像(EVI)
§4.6漸開平面螺旋序列
4.6.1原始單射漸開平面螺線(spiral)掃描序列
4.6.2變型spiral序列
4.6.3典型spiral數(shù)學描述
4.6.4spiral序列的應(yīng)用和優(yōu)缺點
4.6.5模糊校正
§4.7RARE序列
§4.8GRASE序列
4.8.1GRASE脈沖序列
4.8.2GRASE相位編碼次序
4.8.3回波時間移動
4.8.4相位校正
§4.9高速STEAM序列
參考文獻
第5章自旋激發(fā)動力學與RF脈沖設(shè)計
§5.1自旋激發(fā)動力學
5.1.1旋轉(zhuǎn)坐標系
5.1.2RF磁場
5.1.3布洛赫方程
5.1.4布洛赫方程的小傾倒角近似解
5.1.5布洛赫方程的大傾倒角解
5.1.6RF脈沖度量參數(shù)
§5.2SLR脈沖設(shè)計
5.2.1硬脈沖近似和正SLR變換
5.2.2逆SLR變換
5.2.3多項式設(shè)計和SLR脈沖
5.2.4脈沖設(shè)計參數(shù)關(guān)系
5.2.5設(shè)計考慮和實例
§5.3復合脈沖
5.3.1二項式型復合脈沖
5.3.2其他定型復合脈沖設(shè)計理論
§5.4絕熱脈沖設(shè)計
5.4.1絕熱激發(fā)原理和絕熱條件
5.4.2絕熱反向180°脈沖設(shè)計
5.4.3絕熱章動物理機制
5.4.490°絕熱激發(fā)脈沖
5.4.5絕熱旋轉(zhuǎn)180°重聚脈沖
5.4.6偏離共振效應(yīng)
§5.5復合絕熱脈沖
5.5.1任意章動角絕熱平面旋轉(zhuǎn)
5.5.2BIR脈沖的矢量描述
5.5.3BIR4脈沖
5.5.4絕熱脈沖的應(yīng)用
§5.6二維RF脈沖,二維空間選擇激發(fā)
5.6.1RF激發(fā)k空間
5.6.2RF激發(fā)k空間中采樣速度、采樣密度和采樣函數(shù)
5.6.3離散k空間分析
5.6.4產(chǎn)生回波平面型軌跡的梯度、RF脈沖波形計算
5.6.5產(chǎn)生spiral軌跡的梯度、RF脈沖波形計算
5.6.6產(chǎn)生徑向軌跡的梯度、RF脈沖波形計算
§5.7空間頻譜RF脈沖設(shè)計
5.7.1SPSP脈沖
5.7.2二維空間一維譜RF脈沖設(shè)計
§5.8具有多項式相位響應(yīng)(PPR)的寬帶RF脈沖
5.8.1設(shè)計方法
5.8.2結(jié)果
參考文獻
第6章擴散磁共振成像
§6.1擴散對磁共振信號的影響
6.1.1擴散現(xiàn)象的物理描述
6.1.2在平衡態(tài)、穩(wěn)態(tài)條件下如何觀察擴散
6.1.3擴散對MR信號的影響
§6.2自旋回波擴散磁共振成像序列
6.2.1支配磁化強度M擴散輸運的BlochTorrey方程
6.2.2磁共振擴散測量方法和脈沖序列
6.2.3擴散磁共振成像
6.2.4自旋回波(SE)擴散成像序列
6.2.5擴散加權(quán)像(DWI)的臨床應(yīng)用價值
§6.3b因子計算
6.3.1在擴散系數(shù)測量的自旋回波序列中b因子的計算
6.3.2在脈沖梯度SE序列中b因子隨脈沖波形的變化
6.3.3在擴散MRI中成像編碼梯度對b因子的貢獻
6.3.4在SE擴散成像實驗中的擴散時間和擴散梯度的“濾波”效應(yīng)
6.3.5裁剪脈沖序列使bi和bct最小
§6.4擴散MRI靈敏度及其生物系統(tǒng)中的擴散效應(yīng)
6.4.1最小可測量的擴散系數(shù)
6.4.2最佳梯度因子b
6.4.3生物系統(tǒng)中微觀動力學和微觀結(jié)構(gòu)效應(yīng)
6.4.4受限制擴散
6.4.5各向異性擴散
6.4.6在多隔間系統(tǒng)中的擴散
6.4.7代謝擴散
§6.5受激回波擴散成像序列
6.5.1受激回波序列
6.5.2測量擴散的雙極脈沖梯度受激回波序列
6.5.3受激回波擴散成像
6.5.4受限制擴散的STEAM成像
6.5.5動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的擴散加權(quán)STEAM成像研究
6.5.6人腦的擴散加權(quán)高速STEAM成像序列
6.5.7在異質(zhì)系統(tǒng)中測量擴散的魔不對稱梯度受激
回波(MAGSTE)序列
§6.6擴散EPI成像序列
6.6.1運動偽影
6.6.2EPI擴散加權(quán)成像(DWI)序列
6.6.3擴散加權(quán)圖像的畸變
§6.7擴散張量MR成像
6.7.1有效擴散張量Deff
6.7.2b矩陣
6.7.3擴散張量成像(DTI)
6.7.4最佳b值選擇以及優(yōu)勢方向
6.7.5只用7次DWIs確定D的簡單方法
6.7.6擴散橢球
6.7.7擴散張量Deff的不變量及導出量
6.7.8擴散張量成像數(shù)據(jù)的處理
6.7.9擴散張量成像在臨床的應(yīng)用
6.7.10圖像畸變問題
§6.8基于DTI的神經(jīng)纖維束造影
6.8.1纖維束跟蹤算法理論
6.8.2纖維束追蹤算法的執(zhí)行步驟
6.8.3神經(jīng)纖維束造影的臨床應(yīng)用
6.8.4MR神經(jīng)纖維束造影所面臨的問題
§6.9復雜神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)成像
6.9.1q空間成像概念
6.9.2擴散譜成像
6.9.3高角度分辨擴散加權(quán)成像(HARDI)
6.9.4多張量擴散模型——FORECAST方法
6.9.5q球成像
6.9.6評述和討論
6.9.7基于交叉纖維成像的纖維束造影
§6.10擴散峰度成像
6.10.1任意階擴散張量成像
6.10.2擴散峰度成像(DKI)
6.10.3從DKI導出ODF估計
參考文獻
第7章MR圖像重建
§7.1傅里葉重建
7.1.1填零
7.1.2移相
7.1.3數(shù)據(jù)窗函數(shù)
7.1.4矩形視野
7.1.5多線圈數(shù)據(jù)重建
7.1.6圖像變形校正
7.1.7縮放比例
7.1.8基線校準
§7.2方格化重建
7.2.1方格化變換的基礎(chǔ)
7.2.2重建時間
7.2.3方格化核
7.2.4密度補償
7.2.5方格化數(shù)學
§7.3并行采集MRI
7.3.1SENSE重建
7.3.2SMASH重建
7.3.3靈敏度校準
7.3.4AUTOSMASH和VDAUTOSMASH
7.3.5GRAPPA重建
7.3.6SPACE RIP重建算法
7.3.7PILS重建算法
7.3.8并行采集MRI方法的重新分類
7.3.9PRUNO重建算法
7.3.10UNFOLD算法
§7.4部分傅里葉重建
7.4.1填零
7.4.2零差處理
7.4.3迭代的零差處理
§7.5相位差重建
7.5.1相位差map重建一般步驟和反正切函數(shù)主值范圍
7.5.2反正切運算
7.5.3相位陣列多線圈數(shù)據(jù)
7.5.4可預期相位誤差和伴隨場的校正
7.5.5圖像變形校正
7.5.6圖像比例縮放
7.5.7噪聲掩模
§7.6觀共享重建
7.6.1K空間關(guān)鍵孔技術(shù)
7.6.2BRISK技術(shù)
7.6.3TRICKS技術(shù)
7.6.4實時成像和滑動窗重建
7.6.5心電觸發(fā)電影(CINE)采集
7.6.6分段心臟采集和觀共享
參考文獻
第8章MRI掃描儀概論
§8.1MRI掃描儀總體結(jié)構(gòu)簡介
8.1.1磁體部分
8.1.2譜儀電子學部分
8.1.3計算機部分
§8.2MRI主磁體系統(tǒng)簡介
8.2.1超導磁體系統(tǒng)
8.2.2永磁磁體系統(tǒng)
8.2.3電磁體
§8.3MRI梯度系統(tǒng)
8.3.1度量梯度線圈優(yōu)劣的指標
8.3.2超導MRI梯度線圈傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)
8.3.3永磁或電磁MRI系統(tǒng)的梯度線圈結(jié)構(gòu)
8.3.4梯度線圈的新發(fā)展
8.3.5梯度放大器和開關(guān)時間
8.3.6振動偽影的校正
§8.4MRI的RF線圈系列
8.4.1RF線圈的功能和本征物理特性
8.4.2LC諧振槽路
8.4.3RF線圈設(shè)計考慮要點
8.4.4螺線管及變型螺線管線圈
8.4.5蝶形線圈
8.4.6在圓柱內(nèi)產(chǎn)生橫向磁場的線圈
8.4.7鳥籠形線圈
8.4.8RF線圈系列
8.4.9TEM線圈
8.4.10表面線圈和相位陣列線圈
§8.5射頻發(fā)射/接收系統(tǒng)
8.5.1概述
8.5.2發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)
8.5.3RF線圈和發(fā)射機的匹配
8.5.4RF線圈和接收機前放的連接
8.5.5正交混合器和正交調(diào)制器
8.5.6發(fā)射通道
8.5.7RF功率放大器
參考文獻