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三維核磁共振
實驗目的
1. 了解相位編碼在多維核磁共振中的使用。
2. 自制樣品的三維核磁共振成像觀察。
3. 了解立體影像數據的各種閱讀和觀察方式。
4. 通過老鼠了解人體磁共振的診斷。
實驗器材
實驗儀器HT-3DNMR-25 核磁共振成像教學儀
三維核磁共振正交采集及反演軟件
三維核磁共振立體顯示軟件

實驗原理
三維核磁共振成像的突出特點是能產生物體整個立體空間的像，而且在空間的三個正交方向均可達到很高的分辨率，是目前藥物研究領域和動物實驗中重要的研究手段。三維成像可以避免因二維層選過厚而帶來的分辨率下降或因二維層選過薄導致信噪比下降等問題，也不存在二維多層層選成像所固有的信息遺漏問題。我們知道，二維多層層選成像在各成像層之間或多或少會存在干涉，要減少干涉就得增大間隙，增大間隙就會遺漏信息。因此，三維核磁共振成像是射頻效率*的成像方案，尤其對于靜止物體，是偽影極小分辨率*的成像方案。
三維核磁共振成像儀器框圖如圖（儀器裝置的原理圖）。三維核磁共振成像的時序圖如圖。
 
儀器裝置原理圖

三維數據采集是由一維的頻率編碼和二維的相位編碼組成，通過 次的采集（Np是列數，Ns是層數），得到三維的K空間，經過三維傅立葉反演變換得到三維核磁共振圖像。采集全過程必須嚴格保證樣品固定不變和磁場不變，否則，將無法進行三維反演。
 
三維核磁共振成像的SE序列時序圖

內容及步驟
   儀器實驗裝置采用的HT-3DNMR-25三維核磁共振教學儀，該教學儀是由恒溫磁鐵、電源、主機、計算機和操作軟件組成，以下將分別介紹各個組成部分。
  儀器介紹：
    恒溫磁體是由磁體、恒溫控制系統、梯度線圈、射頻線圈組成。電源是用來提供各種工作電源、恒溫系統的加熱電源及其梯度電流驅動放大器電路；主機包括脈沖序列控制器和射頻系統（國外資料稱為譜儀）。它們的安裝過程如下：
1.連線：根據儀器組成介紹來連接。作為教學中需要跟蹤觀察的信號放在正面，正面連接如圖（正面連線圖）；其它電路連接放置背面，背面連接如圖（背面連線圖）。
 
正面連線圖

全面觀察脈沖序列需要用到4通道數字存儲示波器，而該示波器的價格是極其昂貴的，一般情況下全面觀察脈沖序列我們是不作要求的。如果有條件的話，可以將信號輸出、XYZ的梯度監視輸出到示波器中觀察，是可以觀察到與圖（SE序列時序圖）一樣的信號。
2.連接完畢后可以將樣品放入探頭中，樣品一般是采用不易變質的核桃。
 
背面連線圖
軟件介紹及實驗操作：
1．共振頻率設置
上面步驟完成后我們就可以開始運行軟件程序。運行軟件*步是進行共振頻率設置。按下“參數設置”頁面，接著按下“自動采集”，會出現采集的信號圖及傅立葉變換的頻譜圖，同時出現閃動的“采集”字樣如圖（共振信號采集）。如果不出現采集圖說明串行通訊口設置可能錯誤，這時需要適當調整串行通訊口：調節“頻率設置”中間的按鈕，直至出現圖中的圖形。頻率調節范圍是18.00-20.00MHz，均勻度調節在二維磁共振實驗中已詳細描述，這就不累贅了。
圖（共振信號采集）
2．脈沖設置
如圖（脈沖序列設置），由于不同廠家生產的儀器存在一定的差異，我們需要根據廠家提供的參數來設置脈沖序列。
 
脈沖序列設置
2.1點擊三維成像切換界面，點擊三維采集后X、Y梯度相位編碼由-128mA掃描至126mA，掃描結束后采集自動停止閃爍X、Y梯度電流顯示126mA。按三維富里葉變換（傅立葉變換廠家翻譯為富里葉變換）得到了三維立體數據。
 
圖（三維軟件界面）
2.2點擊水平面、冠狀面或矢狀面的層數選擇按鈕大圖顯示該方向該層數的二維圖，小圖顯示該層的具體位置。如果要得到各圖層，可以選擇盤符、文件夾、文件名進行多層圖像保存。在文件夾下用縮略圖即可觀察多層圖片。如圖（核桃三維多層）。也可按下立體顯示觀察不同角度的立體視圖。立體顯示圖像自動旋轉基本可以看清各個角度，也可停止旋轉調節不同角度觀察，詳細見廠家的使用說明書。
   
    核桃三維多層                        立體顯示軟件
3.小動物三維磁共振觀察：
將麻醉或毒死的動物放入儀器中，可以是小青蛙、鱔魚頭部或四周齡小鼠。下面以四周齡小鼠頭部和胸部為例。將四周齡小鼠放入儀器中（注意用塑料袋包好，以防組織液或血液流出日后腐爛發臭）。按上述操作得到三維磁共振數據，可以以不同方向多層保存，如圖（老鼠三維磁共振多層冠狀圖）和（老鼠三維磁共振多層矢狀圖），也可采用三維立體顯示如圖（老鼠三維立體圖）。
 
老鼠三維磁共振多層冠狀圖
 
老鼠三維磁共振多層矢狀圖

 
老鼠三維立體圖

注意事項
1.必須保證樣品固定不動，老鼠必須深度麻醉或死亡，以免發生運動偽影。
2.在磁體熱穩定后方可采集。

思考題
醫學影像臨床應用中采用三維磁共振現在主要面臨的難題是什么。