Главная / Медицинская визуализация / Магнитно-резонансная томография (МРТ) / Основы МРТ / Сигнал ядерного магнитного резонанса

Сигнал ядерного магнитного резонанса

Системы координат в МРТ (анг. frames of reference in MRI)

В глобальной системе координат XYZ, где ось Z направлена вдоль вектора магнитной индукции внешнего поля (лабораторная система координат), вектор магнитного момента прецессирует вокруг оси Z с Ларморовской частотой. Для удобства расчётов, чтобы не учитывать динамику вектора магнитного момента, используют систему координат X’Y’Z, вращающуюся вокруг оси Z c Ларморовской частотой (т.е. с частотой прецессирования спинов). В такой системе спины при постоянном внешнем магнитном поле стационарны.

Радиочастотные импульсы (анг. radiofrequency (RF) puls)

Рассмотрим, что произойдёт при воздействии импульса внешнего электромагнитного поля Ларморовской частоты (которая зависит от индукции внешнего магнитного поля B0) на тело, находящееся во внешнем магнитном поле B0.

Электромагнитное поле состоит из электрического и магнитного компонента. Если магнитный компонент B1 перпендикулярен B0, то на спины воздействует крутящий момент, который заставляет их поворачиваться вокруг вектора B1. Соответственно, вектор суммарной намагниченности тоже поворачивается.

В зависимости от магнитной индукции B1 и времени воздействия, спины поворачиваются на разный угол. При этом они продолжают прецессировать вокруг оси Z, но теперь в так называемой поперечной плоскости (transverse plane). Например, если спины повернулись на угол 90о, то они будут вращаться в плоскости XOY. В системе координат X’Y’Z спины не прецессирует, а просто поворачиваются.

Спины продолжают поворачиваться пока воздействует электромагнитное поле (чем больше энергия поля, тем быстрее поворачивается). Когда воздействие B1 прекращается, спин продолжает прецессировать (с Ламаровской частотой) вокруг оси Z.

Электромагнитное поле генерируется с помощью катушки. Как любой вращающийся магнит, создаёт электрический ток в окружающей его петле провода, так же ток создаёт прецессирующий вектор суммарной намагниченности. Этот ток и есть сигнал магнитного резонанса. Он может быть усилен и оцифрован для дальнейшее обработки. Ток имеет Ларморовскою частоту, зависящую от индукции внешнего поля B0.

Затухание свободной индукции (анг. free induction decay - FID)

Все спины прецессируют с одинаковой частотой, только при условии однородности внешнего поля, что в реальности не может быть обеспечено. Поэтому в разных областях объекта спины прецессируют с разной частотой. Таким образом, после воздействия электромагнитным полем, суммарная намагниченность максимальна, но из-за разности частот прецессирования (разной скорости вращения), направления спинов постепенно расходятся и суммарная намагниченность уменьшается и может стать нулевой, когда направления будут полностью случайны. Этот процесс называется дефазировкой или сдвигом по фазе (dephasing). В таком случае сигнал магнитного резонанса затухнет.

Сигнал магнитного резонанса известен так же как свободное затухание магнитной индукции (free induction decay - FID). Если мы наблюдаем суммарную намагниченность во вращающейся системе координат, то направление вектора будет постоянным, а его магнитуда будет со временем уменьшаться вследствие сдвига по фазе.

Если частота электромагнитного поля не совпадает с Ларморовской, то сигнал магнитного резонанса будет осциллировать на частоте, равной разнице Ларморовской частоты и частоты электромагнитного поля.

Ромашка
 
   Яндекс.Метрика