三维核磁共振成像实验介绍

三维核磁共振
实验目的
1.了解相位编码在多维核磁共振中的使用。
2.自制样品的三维核磁共振成像观察。
3.了解立体影像数据的各种阅读和观察方式。
4.通过老鼠了解人体磁共振的诊断。
实验器材
实验仪器HT-3DNMR-25核磁共振成像教学仪
三维核磁共振正交采集及反演软件
三维核磁共振立体显示软件

实验原理
三维核磁共振成像的突出特点是能产生物体整个立体空间的像，而且在空间的三个正交方向均可达到很高的分辨率，是目前药物研究领域和动物实验中重要的研究手段。三维成像可以避免因二维层选过厚而带来的分辨率下降或因二维层选过薄导致信噪比下降等问题，也不存在二维多层层选成像所固有的信息遗漏问题。我们知道，二维多层层选成像在各成像层之间或多或少会存在干涉，要减少干涉就得增大间隙，增大间隙就会遗漏信息。因此，三维核磁共振成像是射频效率极高的成像方案，尤其对于静止物体，是伪影极小分辨率极高的成像方案。
三维核磁共振成像仪器框图如图（仪器装置的原理图）。三维核磁共振成像的时序图如图。

仪器装置原理图

三维数据采集是由一维的频率编码和二维的相位编码组成，通过次的采集（Np是列数，Ns是层数），得到三维的K空间，经过三维傅立叶反演变换得到三维核磁共振图像。采集全过程必须严格保证样品固定不变和磁场不变，否则，将无法进行三维反演。

三维核磁共振成像的SE序列时序图

内容及步骤
仪器实验装置采用的HT-3DNMR-25三维核磁共振教学仪，该教学仪是由恒温磁铁、电源、主机、计算机和操作软件组成，以下将分别介绍各个组成部分。
仪器介绍：
恒温磁体是由磁体、恒温控制系统、梯度线圈、射频线圈组成。电源是用来提供各种工作电源、恒温系统的加热电源及其梯度电流驱动放大器电路；主机包括脉冲序列控制器和射频系统（国外资料称为谱仪）。它们的安装过程如下：
1.连线：根据仪器组成介绍来连接。作为教学中需要跟踪观察的信号放在正面，正面连接如图（正面连线图）；其它电路连接放置背面，背面连接如图（背面连线图）。

正面连线图

全面观察脉冲序列需要用到4通道数字存储示波器，而该示波器的价格是极其昂贵的，一般情况下全面观察脉冲序列我们是不作要求的。如果有条件的话，可以将信号输出、XYZ的梯度监视输出到示波器中观察，是可以观察到与图（SE序列时序图）一样的信号。
2.连接完毕后可以将样品放入探头中，样品一般是采用不易变质的核桃。

背面连线图
软件介绍及实验操作：
1．共振频率设置
上面步骤完成后我们就可以开始运行软件程序。运行软件diyi步是进行共振频率设置。按下“参数设置”页面，接着按下“自动采集”，会出现采集的信号图及傅立叶变换的频谱图，同时出现闪动的“采集”字样如图（共振信号采集）。如果不出现采集图说明串行通讯口设置可能错误，这时需要适当调整串行通讯口：调节“频率设置”中间的按钮，直至出现图中的图形。频率调节范围是18.00-20.00MHz，均匀度调节在二维磁共振实验中已详细描述，这就不累赘了。
图（共振信号采集）
2．脉冲设置
如图（脉冲序列设置），由于不同厂家生产的仪器存在一定的差异，我们需要根据厂家提供的参数来设置脉冲序列。

脉冲序列设置
2.1点击三维成像切换界面，点击三维采集后X、Y梯度相位编码由-128mA扫描至126mA，扫描结束后采集自动停止闪烁X、Y梯度电流显示126mA。按三维富里叶变换（傅立叶变换厂家翻译为富里叶变换）得到了三维立体数据。

图（三维软件界面）
2.2点击水平面、冠状面或矢状面的层数选择按钮大图显示该方向该层数的二维图，小图显示该层的具体位置。如果要得到各图层，可以选择盘符、文件夹、文件名进行多层图像保存。在文件夹下用缩略图即可观察多层图片。如图（核桃三维多层）。也可按下立体显示观察不同角度的立体视图。立体显示图像自动旋转基本可以看清各个角度，也可停止旋转调节不同角度观察，详细见厂家的使用说明书。

核桃三维多层立体显示软件
3.小动物三维磁共振观察：
将麻醉或毒死的动物放入仪器中，可以是小青蛙、鳝鱼头部或四周龄小鼠。下面以四周龄小鼠头部和胸部为例。将四周龄小鼠放入仪器中（注意用塑料袋包好，以防组织液或血液流出日后腐烂发臭）。按上述操作得到三维磁共振数据，可以以不同方向多层保存，如图（老鼠三维磁共振多层冠状图）和（老鼠三维磁共振多层矢状图），也可采用三维立体显示如图（老鼠三维立体图）。

老鼠三维磁共振多层冠状图

老鼠三维磁共振多层矢状图

老鼠三维立体图

注意事项
1.必须保证样品固定不动，老鼠必须深度麻醉或死亡，以免发生运动伪影。
2.在磁体热稳定后方可采集。

思考题
医学影像临床应用中采用三维磁共振现在主要面临的难题是什么。

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