核磁共振成像技術實驗教程

序
前言
第一篇 核磁共振成像原理與設備結構
第一章 核磁共振及其成像的基本原理
第一節 核磁共振現象
第二節 弛豫與核磁共振信號
第三節 核磁共振信號的空問定位
第四節 核磁共振圖像重建
第五節 核磁共振脈沖序列
第二章 核磁共振成像系統
第一節 概述
第二節 磁體子系統
第三節 射頻子系統
第四節 梯度磁場子系統
第五節 譜儀及計算機系統
第六節 磁屏蔽與射頻屏蔽
第二篇 核磁共振成像技術實驗項目
第三章 原理性實驗
第一節 機械勻場和電子勻場
第二節 硬脈沖FID序列測量拉莫爾頻率
第三節 旋轉坐標系下的FID信號
第四節 FID信號一維處理與增益調整
第五節 硬脈沖回波序列確定硬脈沖射頻
第六節 軟脈沖FID序列確定軟脈沖射頻
第七節 軟脈沖回波序列
第八節 反轉恢復法測T1
第九節 飽和恢復法測T1
第十節 硬脈沖CPMG序列測量T2
第十一節 乙醇的化學位移測量
第四章 成像技術實驗
第一節 自旋回波序列成像
第二節 自旋回波權重像
第三節 一維梯度編碼成像
第四節 單脈沖雙相位編碼成像
第五節 反轉恢復序列成像
第六節 二維梯度回波序列成像
第七節 采樣參數對圖像大小及形狀的影響規律
第八節 三維梯度回波序列成像
第五章 硬件結構實驗
第一節 射頻線圈的調諧與匹配
第二節 射頻開關與前置放大器
第三節 射頻功率放大器與射頻波形調制電路
第四節 數據處理過程（模擬部分）實驗
第五節 梯度功率放大器
第六節 譜儀系統結構與控制信號
第七節 高頻數字記憶示波器的使用
第六章 應用拓展實驗
第一節 2D-FFT圖像重建的仿真實驗
第二節 核磁共振圖像質量評價實驗
第三節 3DFFT圖像重建的仿真實驗
第四節 牙膏含氟量的測量
第五節 芝麻含油率的測定
第三篇 NMI20台式核磁共振成像儀器
第七章 儀器硬件系統
第一節 系統結構與安裝
第二節 部件接插口
第三節 系統硬件連線
第四節 系統開關機
第八章 儀器軟件系統
第一節 軟件界面
第二節 菜單欄
第三節 工具欄
第四節 功能選項
參考文獻

核磁共振成像理論和關鍵技術以物理學為基礎，涉及多個學科。自從1945年Bloch和Purcell發現核磁共振現象，Bloch因此推導出求解核磁共振定量計算方程一Bloch方程以來，已有很多科學家在核磁共振成像及其應用方面做出了杰出的貢獻。其中，特別提到的是Lauterbur和Mansfiled實現核磁共振成像（NMRI）的劃時代貢獻，從而使得NMRI成為一個新的學科，其技術研究的深度和廣度不斷增加，其應用的範圍在日益擴大。

核磁共振目前主要有兩個分支學科︰核磁共振波譜學與核磁共振成像學。

核磁共振波譜學基于化學位移，依賴于自旋核在分子中的不同位置，實際上是原子外的電子之間的相互作用，以及電子和原子之間相互作用對原子核自旋頻率的影響，使之可以用于測量高分子的化學成分和分子結構，主要用于液體內的高分子成分和結構的測量，結合一些特殊技術也可以做固體高分辨核磁共振波譜分析。目前，波譜儀對氫核的最高自旋頻率已經達到90OMHz，主磁場的場強超過 T。核磁共振波譜學已經進人成熟期，在化學和生物大分子的測量方面做出了巨大的貢獻，在材料科學和制藥工業方面也具有重要貢獻。

核磁共振成像學實現物體內部物質的成像，具有廣泛的應用。其中，最為廣泛的應用是在生物醫學領域。自20世紀70年代開始研究，到80年代中期誕生商業水平的核磁共振成像系統之後，其發展速度是驚人的。最重要的一個發展趨勢是NMRI主磁場的場強不斷提高（目前實現的全身掃描系統已達到10T的水平），成像空間的開放度也在不斷提升，相應的圖像質量不斷提高和可用的成像參數不斷增多。除了醫用NMRI設備每年以超過10％增加外，在石油測井和尋找地下水源等領域都取得了長足的進步。在醫學應用方面，目前只有醫用NMRi設備能夠同時實現人體的解剖、生理和腦認知心理成像，並可以用于診斷解剖、生理和認知心理方面的疾病。

隨著NMRI事業的發展，我國對于核磁共振成像方面的人才需求量增加的速度也非常驚人，這為國內的NMRI教學提出了新的挑戰，目前國內能夠培養這方面專門人才的院校不多，與國外差距較大。研發方面，完全具有自主知識產權的技術很少。在發達國家，很多獲得了博士學位的醫學物理工作者和醫生一起開展了大量的臨床應用研究工作，使得醫院對疾病的診療水平不斷提高。在設各研發方面，我國高檔的NMRI設備市場基本上被外國公司或者跨國公司佔有，國內對核心技術的開發研究還很少。在從業人員培養和教學方面，往往缺乏用于NMRI的教學實驗，使得NMRI的理論理解起來比較抽象，對復雜硬件結構的關鍵技術不能直觀地進行實際測試，學生對數據采集、原始數據的處理以及圖像後處理等關鍵技術的理解不容易深入，加之涉及知識領域多，在有限的授課時間內，要完全理解NMRI的關鍵技術是非常困難的，實踐的機會更少。為了解決這個問題，該書作者做了很多努力，這是他們在改善我國NMRI教學領域這種落後狀態的一種嘗試。

目前，我國具有NMR實驗條件的高校為數不少，但主要是在高校的化學系實驗室和近代物理實驗室，其設備基本上是20世紀的連續波核磁共振儀器，不能夠進行核磁共振成像的實驗；而醫用核磁共振成像儀價格昂貴，設備系統被廠家封閉，無法直接提供給廣大學生進行實際操作和練習。張學龍教授等人基于國內的這種狀況，編寫了這本教程，填補了這方面的空白。同時，他們利用上海紐邁電子科技有限公司生產的、能夠用于教學實驗的台式核磁共振成像儀，開發了30多個教學實驗項目，這是對NMRI教學的一大貢獻。相信在整個教學過程中，這些實驗的內容和水平將會不斷地得到完善和提升，對國內高校相同或相近專業的核磁共振成像教學將會有很大的促進作用，這是一項非常有意義的工作。

本教程在編寫上邏輯清楚，以知識點進行內容編排，對于學生掌握每個知識點並融會貫通具有重要的指導意義。–該教程的出版，對于綜合大學普通物理實驗中的高級物理實驗，以及核磁共振成像有關的專業，如醫學影像技術（醫學）、醫學影像工程（工學）、生物醫學工程和醫療器械工程等，在提高NMRI教學質量方面會有重要作用。該書作者所做的工作，符合當前教學現代化發展的需要，對提高學生的動手能力具有開創性的意義，彌補了國內在核磁共振成像技術實驗教學方面的不足。相信本教程會受到學生、教師和相關領域的工程技術人員的歡迎。