Как работает МРТ - Часть 4 - Градиентное Эхо-эхо (GRE)

YOUTUBE · 24.11.2025 05:53

Ключевые темы и таймкоды

Введение в временную диаграмму МРТ

0:02

Пять временных графиков указывают приборам МРТ-сканера, что и когда делать для получения изображения.
Верхний график показывает радиочастотные импульсы, нижний график определяет включение спектрометра.
Последовательность импульсов градиентного эхо-сигнала является основополагающей в МРТ.

Основные принципы ЯМР

1:08

В присутствии магнитного поля ядра с магнитным моментом прецессируют.
Вектор намагниченности ядра описывается уравнением Блоха.
Уравнение Лармора связывает угловую частоту прецессии с напряженностью магнитного поля.

Вращающаяся система отсчета

2:05

Вращающаяся система отсчета иллюстрирует отличие частоты вращения от ларморовского резонанса.
Лабораторная система отсчета показывает частоты вращения, вращающаяся система отсчета - фазы вращения.

Градиент магнитного поля

4:19

Градиент магнитного поля позволяет локализовать вращения в пространстве.
Различные частоты вращения поступают из разных мест в пространстве.
Преобразование Фурье помогает разложить сигнал на отдельные частоты.

Градиентное эхо-сигнал

5:48

Градиентное эхо создается градиентом магнитного поля.
Отрицательный градиент смещает фазы вращений, положительный градиент восстанавливает когерентность.
Пик сигнала называется градиентным эхом.

Последовательность градиентного эхо-сигнала

7:32

Последовательность делится на три фрагмента: выбор фрагмента, фазовое кодирование и частотное кодирование.
Выбор фрагмента захватывает вращения в пределах определенного двухмерного фрагмента тела.
Фазовое кодирование кодирует местоположение спинов по фазе.
Частотное кодирование кодирует местоположение спинов по частоте вращения.

Частотное кодирование и считывание

10:11

Частотное кодирование включает АЦП для записи входящего ЯМР-сигнала.
Термины "частотное кодирование" и "считывание" часто используются взаимозаменяемо.

Введение в последовательность эхо-сигналов градиента

10:21

Обзор последовательности эхо-сигналов градиента.
Цель: объяснить связь между физикой, технологией и математикой.
Основные компоненты МРТ: магнит B0, градиентная катушка, радиочастотная катушка.

Функция магнита B0

11:20

Магнит создает магнитное поле в каждой точке сканера.
Поле должно быть коллинеарным оси Z и иметь нулевую величину.
Точность выполнения уравнения поля важна для точности МРТ.

Изоцентр и лазерное прицеливание

12:32

Изоцентр – центр отверстия магнита, где лучше всего соблюдаются условия поля.
Лазерный прицел помогает определить анатомическое местоположение пациента.
Сканер втягивает ложе, чтобы целевая ткань находилась ближе к изоцентру.

Градиентные катушки

13:29

Градиентные катушки изменяют поле B в направлениях X, Y и Z.
g-коэффициенты измеряются в миллитесла на метр.
Градиенты создают линейно изменяющиеся поля с высокой точностью.

Проектирование градиентных катушек

14:52

Пример градиента Z с парой Максвелла.
Пример градиентов X и Y с седловидной спиралью или катушкой Голея.
Современные методы проектирования включают моделирование и искусственный интеллект.

Радиочастотная катушка

16:45

Радиочастотная катушка передает и принимает радиочастотный сигнал.
Катушка "птичья клетка" обеспечивает однородные импульсы возбуждения.
Поле B1 отличается от основного поля B0.

Правила радиочастотной катушки

17:41

Первое правило: катушка не обладает пространственной избирательностью.
Второе правило: возбуждение испытывают только спины с частотой, совпадающей с полем B1.
Третье правило: катушка определяет векторную сумму всех спинов с поперечной намагниченностью.

Пример с фантомами

18:48

Фантомы – готовые образцы для тестирования и калибровки.
Пример с трубками для воды и осевыми срезами.
Увеличение изображения вращений в фантомах для демонстрации процесса.

Вращения и фантом

19:30

Вращения и фантом находятся в равновесии, направлены в направлении нулевого поля B.
Векторы магнитного момента вращения раскрашены в соответствии с напряженностью магнитного поля.
Возбуждение вращений в пределах желаемого среза осуществляется по правилу номер два.

Применение градиента

20:29

Градиент задает напряженность магнитного поля в пространстве.
Левый и правый края среза имеют разные напряженности поля.
Гиромагнитное соотношение спинов определяет частоту прецессии для каждой напряженности поля.

Ширина полосы пропускания

21:14

Толщина двух срезов соответствует диапазону частот дельта-омега.
Градиент соединяет физические местоположения с определенными частотами.
Импульс B1 возбуждает все вращения в срезе и ни одно за его пределами.

Синхроимпульс и толщина среза

21:58

Ширина полосы пропускания обратно пропорциональна длительности синхроимпульса.
Толщина среза прямо пропорциональна ширине полосы пропускания.
Толщина среза может изменяться в зависимости от силы градиента.

Временная диаграмма и градиенты

22:57

Градиент z - градиент выбора среза, y - градиент фазового кодирования, x - частота.
Смещение спинов в поперечную плоскость магнитного поля.

Проблема дефазировки

23:38

Спины смещаются по фазе из-за градиента.
Векторная сумма возбужденных спинов близка к нулю.
Исправление: прокрутка градиента назад для изменения фазы спинов.

Синхроимпульс и несущая частота

25:08

Синхроимпульс модулирует несущую частоту, настроенную на частоту вращения Лармора.
Теорема о сдвиге Фурье смещает местоположение среза.
Выбор среза уменьшает проблему с трех точек до двух.

Двухмерная карта магнитных моментов

26:43

Поперечная составляющая магнитного момента определяет сигнал.
Обнаруженный сигнал - интеграл всех спиновых магнитных моментов.
Восстановление изображения по записанному сигналу.

Преобразование Фурье и градиенты

29:00

Сигнал s представляет собой преобразование Фурье m.
Градиенты влияют на карту вращения.
Применение градиента в направлении x и его влияние на спины.

Лабораторная анимация и прецессия

29:34

Вращения вправо испытывают более сильное поле и имеют более высокую частоту прецессии.
Вращения влево имеют более низкую частоту прецессии.
Амплитуды частот зависят от плотности спинов в центре и по краям кругового профиля фантома.

Уравнение фазы вращения

30:32

Уравнение фазы вращения упрощается без y-градиента.
Сигнал представляет собой обратное преобразование Фурье одномерной проекции y на ось x.
Частотное кодирование указывает на точки x, из которых пришли частоты вращения.

Восстановление двухмерного изображения

31:21

Построение одномерной проекции m из двухмерной карты спинов mxy.
Применение градиентов x и y дает разные углы проекции.
Синограмма показывает проекции под разными углами.

Реконструкция изображения

32:15

Размытие проекций обратно по пространству изображения.
Сложение размытых проекций для реконструкции изображения.
Метод обратной проекции, предложенный Полом Лаутербергом в 1973 году.

Преобразование Фурье и фазоры

33:09

Проекционный профиль содержит комплексный фазор.
Фазоры Фурье в каждой точке омега сообщают количество спинов в точке x.
Градиент y изменяет фазу спинов в зависимости от их местоположения.

Фазовое кодирование

34:58

Изменение фазы спинов отражает их расположение в перпендикулярном измерении.
Фазовое кодирование связано с изменением фазы спинов при градиенте y.
Математическое выражение для фазового кодирования.

Двухмерное преобразование Фурье

36:07

Сигнал представляет собой сложные фазоры, соответствующие двумерным пространственным частотам.
Использование формализма k-пространства для обработки сигналов.
Двухмерные синусоиды и их организация по пространственным частотам kx и ky.

Правила k-пространства

37:41

Интервал между дискретными частотами k-пространства обратно пропорционален полям обзора изображения.
Границы Найквиста определяют максимальную воспроизводимую пространственную частоту.
Две таблицы данных содержат одинаковое количество точек данных в kx и ky.

Градиенты и k-пространство

38:55

Применение градиентов y и x к вращениям создает пространственные частоты.
Пространственные частоты соответствуют местоположениям в k-пространстве.
Фазовый переход указывает на

Определение местоположения в пространстве наблюдений

40:30

Выражение для фазы вращения в точках x и y с учетом градиентных функций времени gx и gy.
Пространственная частота k равна количеству циклов или радиан на единицу расстояния в пространстве.
Связь между градиентами и пространственными частотами kx и ky.

Градиентные графики и k-пространство

41:59

Градиентные графики во времени указывают значение k и местоположение в k-пространстве.
Параметрические графики kx и ky обеспечивают траекторию в k-пространстве.
Градиентные формы волн показывают скорость движения в k-пространстве.

Примеры градиентов и их траекторий

43:16

Положительный градиент x и отрицательный градиент y увеличивают kx и уменьшают ky.
Положительные значения gx и gy увеличивают kx и ky, отрицательные значения уменьшают kx и увеличивают ky.
Спиральная траектория охватывает весь центр k-пространства за один снимок.

Сигнал, собираемый спектрометром

44:19

Сигнал является векторной суммой всех спиновых фазоров в образце.
Карта вращения mxy и фазовое ядро определяют векторную сумму.
Упрощение обсуждения предполагает идеальное возбуждение спинов.

Визуализация сигнала в k-пространстве

46:15

Анимация градиентов и их влияния на k-пространство.
Пространственные частоты kx и ky определяют вклад в восстановленное изображение.
Векторная сумма спинов и фазор k-пространства.

Последовательность эхо-сигналов с градиентным воспроизведением

49:07

Сбор данных по одной строке регистрового пространства за раз.
Положительный градиент в y и отрицательный градиент в x для получения kx и ky nyquist.
Последовательность импульсов GRE и ее влияние на эхо-сигналы.

Градиентное эхо и растровое сканирование

51:10

Градиентное эхо — это растровое сканирование k-пространства.
Время получения одного фрагмента изображения зависит от количества фазовых кодировок.
Частота изменения градиента и длительность считывания не влияют на время сканирования.

Последовательность импульсов МРТ

52:07

Градиенты не достигают рабочей силы мгновенно, существует скорость нарастания.
Амплитуды градиентов для фазового и частотного кодирования соответствуют формуле k.
Важно учитывать интегралы для точного следования траекториям в k-пространстве.

Фазовое и частотное кодирование

52:54

Фазовое и частотное кодирование перемещают в k-пространстве, но имеют разные направления кодирования.
Быстрое считывание уменьшает смещение по фазе, но увеличивает дельта времени ожидания.
Пропускная способность приемника влияет на отношение сигнал/шум и наличие временной частоты Найквиста.

Артефакты фазового перехода

54:48

Уменьшение поля зрения для фазового кодирования изменяет размер шага.
Вращения за пределами поля зрения могут вызывать артефакты фазового перехода.
Важно следить за направлением кодирования фазы и избегать вращений за пределами поля зрения.

Эхо-плоскостная визуализация

55:44

Многострочное получение данных ускоряет работу.
Эхо-плоскостная визуализация собирает все данные в одном кадре.
Это часто используется для быстрого получения данных.

Заключение и дальнейшие темы

56:25

Обзор основ физики МРТ.
Обсуждение различных последовательностей импульсов и методов ускорения.
Упоминание других методов диагностики: рентген, КТ, УЗИ, ядерная медицина.