【MR技术】化学位移 Chemical Shift

2020
10/11

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CTMR技术园蒋强盛
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感谢徐老师的分享!

本文作者:徐露露 江苏省人民医院 放射科



【作者注1】

这种效应与氢核附近的基团或原子的吸电子或供电子作用有关。在氢核附近有电负性(吸电子作用)较大的原子或基团时,则氢核的电子云密度降低,将使共振峰的位置移向低场(谱图的左方);反之,屏蔽作用将使共振峰的位置移向高场(谱图的右方).1.5T时引起的绝对频率差异约215Hz,3.0T时绝对频率差异会是1.5T时的两倍,约430Hz。


【作者注2】

位置的判断是采用水的共振特性进行的。1.5T 时氢质子共振频率63.86HZ.肝脏,肾脏,视神经,硬膜囊,肌肉,神经束…椎管内:eg.脂肪瘤 大多数教材给的经典图片都是脂肪包围水,即左图


【作者注3】

Chemical shift artefact (of the firstkind, which is what this is) CAN also occur in the phase encoding direction in echo-planar imaging (EPI). But as a rule of thumb, its a frequency encoding direction only phenomenon.To understand why it doesn’t occur in thephase encoding direction in general, please continuing reading.


【作者注4】

The signals that we measure in MRI are a combination of signals from all over the object being imaged.

It so happens that any signal (even if you simply make one up and draw a squiggle) is composed of a series of sine waves, each with an individual frequency and amplitude. The Fourier transform takes the signal (or squiggle!) and works out what those constituent frequencies and amplitudes are.
(That is to say, it converts the signal from the time domain into the frequency domain.)
Since we spatially encode the signal with magnetic field gradients which make frequency and (rate of change of) phase relate to position, if we can separate out the frequencies we can say where what frequencies and amplitudes should be plotted to create the image. You’ll see this in action in a couple of slides time.上段MRI信号波形看似杂乱无章,但我们也可以说是有规律的。规律分两面
1.这段复杂的信号的不断的重复,就是一种规律
2.傅里叶转换,使其分解,变得有规律


【作者注5】

正弦信号和指数衰减信号的乘积产生一个衰减的正弦函数


【作者注6】

时间外溢怎么办?窄带宽意味着,Td增大,但是限于当前的波形,Td增大,溢出了信号范围,那么如何处理呢?

增大波形的长度,即降低梯度场斜率,延长回波信号时间。


【作者注7】

梯度场降低的前提:满足奎尼斯特定律。降低梯度场,所带来的是图像上更大的位移来解释220MHZ的频率差。


【作者注8】

Some manufacturers quote bandwidth, andyou must use the equation above to work out the effect on the image. Some quote bandwidth per pixel (the bottom half of the equation). Some quote water/fat shift in pixels already, and you must use this value to work back to bandwidth, should you need it.

Notes:

Frequency matrix is usually the larger ofthe two numbers e.g. 256*128.

We use the Larmor equation to get from 3.5ppm to 224 Hz.

Δωcs= γδB0 andso Δfcs = (γ/2π)δB0 =(2.675x108rad s-1T-1/ 2π) x (3.5x10-6) x(1.5T) = 224 Hz.


【作者注9】

由于噪声分布在整个频谱中是相当均匀的,因此限制BW可以减少与信号混合的噪声量。A slightly bumpy analogy is a motor way, where you have a speed limit and the number of cars per hour is limited. If you increase the speed limit, more cars will pass per hour and the noise for the neighbors rises as well.


【作者注10】

缺点


【作者注11】

之前讲的化学位移伪影又称为第一类化学位移伪影。引入第二类化学位移伪影。


【作者注12】

可以用正弦函数图解表示. 当TE不是典型值时,即呈现T2*像,出现黑带亮带。


【作者注13】

SE序列因为存在180°脉冲的作用而不出现这一同反相效果。


【作者注14】

还是分两种情况讨论。(因为位移的亮带再次和位移处的信号相减,还是表现为低信号。)假如位移到了脂肪,那就是亮信号,假如还是水,此时水脂相减,低信号


【作者注15】

讲完了这一对孪生兄弟,来几个小tips。采集带宽是50KHz


【作者注16】

当带宽不变,我们可以调节FOV的大小,即FOV可大可小,这一调节过程其实伴随着Gx的变化,只不过这一变化是隐性的,我们无法直接得知。Eg.FOV减小,那我必然要升高Gx来匹配FOV中频率的变化与BW一致,即必须要满足尼奎斯特定律。相反,若要增大FOV,那必然要降低Gx来使二者的乘积依然等于BW。但我们往往关注的是最小FOV,eg,扫描老鼠时。此时在一定带宽下,有一个最小FOV,此时也必然存在最大Gx。若仍想继续减小FOV,受限于Gx无法完成调节,即需要更大的Gx(不可能)来使得FOV和Gx乘积匹配BW。此时,我们不妨降低BW(显然不是增大,若增大,那就更需要增大Gx了)尝试将BW减小,然后便可以继续减小FOV。解释:基于尼奎斯特定律。

梯度场模式不同,有可能带给人的舒适度不同。厂家觉得神经刺激症状仍在可接受范围内。Whisper/normal/fast


【作者注17】

带宽不变,调节FOV时。当带宽不变,我们可以调节FOV的大小,即FOV可大可小,这一调节过程其实伴随着Gx的变化,只不过这一变化是隐性的,我们无法直接得知。Eg.FOV减小,那我必然要升高Gx来匹配FOV中频率的变化与BW一致,即必须要满足尼奎斯特定律。相反,若要增大FOV,那必然要降低Gx来使二者的乘积依然等于BW。但我们往往关注的是最小FOV,eg,扫描老鼠时。此时在一定带宽下,有一个最小FOV,此时也必然存在最大Gx。若仍想继续减小FOV,受限于Gx无法完成调节,即需要更大的Gx(不可能)来使得FOV和Gx乘积匹配BW。此时,我们不妨降低BW(显然不是增大,若增大,那就更需要增大Gx了)尝试将BW减小,然后便可以继续减小FOV。解释:基于尼奎斯特定律。



【作者注18】

鸡蛋就好比人体组织,在常规的序列图像上,你是可以看出这是鸡蛋的,但在EPI中,由于弥散梯度的或者B值的存在,自由水扩散,使得“鸡蛋”形状不在,看不出鸡蛋的样子。唯一能够识别的就是肿瘤的水分子,受到肿瘤细胞的束缚,扩散受限。仍然保存“鸡蛋”的形状。

【版权说明

上述“打鸡蛋”的视频来源于 GE MR 培训工程师沈永老师,在此特此表示感谢!


【作者注19】

迂回填充就好比锯木头,来回锯木头 比锯到头,抽出来再重新锯,速度要快!


【作者注20】

介绍带宽的因素。一部分K空间指的是半傅里叶采集,往往是比一半的K空间多一点点。


【作者注21】

重聚焦脉冲可以有效克服CS多导致的相位累计,所以,在每个回波信号间,存在的CS是可以被估算的,作为一个数值在傅里叶转换中被考虑进去。

普通的GRE序列中每一次回波都是在新的脉冲序列作用下开始。


【作者注22】

相位编码方向上的带宽通常称为伪带宽。这里需要解释的是:在一定范围内调整接收带宽,随着带宽的增加最短TE或ESP会相应变短,但在某个拐点后我们发现随着接收带宽的增加最短TE、ESP不再变短而是变长了,这个拐点在一定程度上反映了梯度切换性能。

带宽是一把双刃剑,调高频率带宽,梯度场场强也会增大,爬升回落时间也会增加。所以,不要试图调整2Δv来缩短ESP。


【作者注23】

由于EPI回波链是由读出梯度场的连续正反向切换产生的正反向回波链,因此产生的信号在K空间内填充是一种迂回轨迹。DWI是压脂成像,抑制化学位移伪影。


【作者注24】

这张主要介绍相位差的增大。在EPI中,正是迂回采集,使得频率编码梯度场的极性切换更加快速,而不再像传统序列(读出梯度先从小到大填充K空间一行,接着再从小到大,填充第二行),梯度场的极性出现剧烈的切换,使得采集速度获得提高。正是采集速度的提高,使得水脂相位差异减小,进而减轻了原本频率编码方向上的化学位移伪影。但相位上的变化,带来的是频率的变化Δp=Δf Δt


本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:guikequan@hmkx.cn
关键词:
Shift,化学位移,FOV,梯度场,MR,技术

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