第93頁

投票推薦 加入書籤 小說報錯

  兩年後,一個叫勞特伯的化學家在自然雜誌上發表了一篇僅兩頁的文章,描述了梯度磁場的重要構想,

  1975年,物理學家曼斯菲爾德發展了勞特伯的思路,兩人共同獲得2003年諾貝爾生理學獎。

  勞特伯在提出梯度磁場前就已經在磁共振波譜學領域有所建樹,

  20世紀初,物理學家大佬泡利指出原子核中存在自旋。他是奧地利物理學家,量子力學研究的先驅者之一。

  自旋類似自轉,這個叫原子核的帶電小球在自轉,自轉會讓小球表面產生電流,但自旋不是自轉,嚴謹一點來說,是一個固有屬性。

  電流會產生磁場,獲得一個向上的磁矩。每個原子核都可以視作一個小磁體。

  氫的原子核僅由一個質子組成,因此,在核磁共振里,直接用質子指代它。

  由於質子的分布均勻隨即,磁矩相互抵銷,所以大腦並不存在磁性。

  除非給腦子施加一個主磁場,主磁場強度非常大,在主磁場B0的作用下,質子會分成兩個能級,一些去低能級,與主磁場同向,一些去高能級,反向。低能級質子比高能級質子多幾個,但他們與B0並不完全平行,而是存在一個角度。

  那麼,質子保持本身自旋的同時,還會以B0為軸旋轉。這個類似陀螺一樣的運動叫做進動。B0旋轉的角頻率就是進動頻率。

  進動頻率=磁旋比*主磁場。

  整個磁共振的基石是質子密度決定信號強度。信號強度對應圖像亮度。信號強度經由計算機處理後,得到了圖像。

  質子密度加權成像。

  加權,突出重點的意思。

  影響報告會有兩頁,T1看解剖,T2看病變。

  那麼,如何僅僅通過一個信號獲取層上各個位置的質子含量?

  傅立葉變換是一個經典的數學工具,可以將疊加在一起的信號單獨分離出來。

  用線性代數,畫一個縱軸和一個橫軸,大腦的X軸和Y軸的兩個梯度磁場就能選層。

  先打開Y軸的梯度磁場,場強線性排布,越靠上的質子轉的越快,持續一段時間後關閉磁場,質子進動頻率會恢復一致。但轉動的相位差保留了下來,越靠上的質子轉的相位越大,這就是相位編碼。

  接著,打開X軸的磁場,質子進動頻率形成的差異叫做頻率編碼。

  進行頻率編碼的同時,接收線圈開始採集信號,信號填充至一個叫做K空間的矩陣,這是一個動量空間。它就是原始信號到成像之間的過渡。

  原始信號存儲在這裡,這裡的每個採樣點都包含了全層所有像素的信息。

  由於傅立葉變換本身的特性,它區分不同頻率MR信號的能力很強,但區分相位差別的能力較差,所以信號的相位編碼需要多次重複進行。

  使第一個像素與第二個像素相位差180°,採集第二個MR信號前,把相位編碼梯度略降低一些,使第一個像素與第三個像素相位相差180°,以此類推,直到第一個像素與第256個像素相位相差180°。

  也就是說需要用不同的相位編碼梯度製造出256個180°的相位差才能完成相位編碼。

  但這個角度不是一定的,只要空間頻率有一點點差異,都能進行成像。

  我國放射科大佬,楊正漢教授在入門教材《磁共振成像技術指南》弱化了K空間,是寫給技師和醫生的通俗講法,

  但,與極化碼的原理一樣,K也是很重要的一個存在,可以推倒公式。

  K空間的坐標是K=yGt,G是不變的常數,t是時間,

  那麼,深入數學本質

  傅立葉在1807年就宣稱,任何一個周期函數都可以視作一系列不同頻率振幅的正弦波的疊加。給出了名叫傅立葉級數的公式。

  接下來我們要講一講正交基。

  正交和基。

  基是一個單位量,高中學過,兩個垂直向量相乘為0,翻過來也一樣,向量相乘有一個更高級的叫法,內積。

  在傅立葉級數里,任何一項和除自己外的其餘項內積都為0.但cos(wt)和它自己的內積結果為π。

  說明sin、cos、和1正是這個數學空間裡的一組正交基,這個性質可以用來求正交基的係數。

  傅立葉變換公式里,知道時域信號就能知道頻域信號。

  那麼,反傅立葉變換公式就和磁共振信號的表達式一一對應。

  由公式回到現實,大腦是三位的,有三個方向的信息,那麼,就要用到多維傅立葉變換。

  變成二維傅立葉變換。

  那麼,就出現一個平面波。

  平面波取消了K,不是時域信號,而是空域信號。

  在這裡,波隨空間位置變化而變化。

  將一張圖像里每個像素的亮度用高度來表達,就能理解這句話。幅度隨位置空間的變化而變化。

  任何一個複雜的周期信號都可以分解成一系列正弦波的疊加。只不過這裡是正弦波的二維平面波。平面波疊加無法像一維那樣直觀,但我們能得到二維傅立葉級數。

  接著,推廣到非周期的平面波信號,就是二維傅立葉反變換。

  同理可以得到三維反傅立葉級數。

  無限個空間頻率的平面波疊加的結果,就是橫面灰度值。

  如果算出其他位置的結果,就得到了一張圖像。

  但磁共振信號是時域信號,第一步將它變成空間頻率信號,然後用梯度磁場,決定信號大小。<hr>

  Tips:如果覺得不錯,記得收藏網址 或推薦給朋友哦~拜託啦 (>.<)

  <span>傳送門: | |

章節目錄