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两年后,一个叫劳特伯的化学家在自然杂志上发表了一篇仅两页的文章,描述了梯度磁场的重要构想,
1975年,物理学家曼斯菲尔德发展了劳特伯的思路,两人共同获得2003年诺贝尔生理学奖。
劳特伯在提出梯度磁场前就已经在磁共振波谱学领域有所建树,
20世纪初,物理学家大佬泡利指出原子核中存在自旋。他是奥地利物理学家,量子力学研究的先驱者之一。
自旋类似自转,这个叫原子核的带电小球在自转,自转会让小球表面产生电流,但自旋不是自转,严谨一点来说,是一个固有属性。
电流会产生磁场,获得一个向上的磁矩。每个原子核都可以视作一个小磁体。
氢的原子核仅由一个质子组成,因此,在核磁共振里,直接用质子指代它。
由于质子的分布均匀随即,磁矩相互抵销,所以大脑并不存在磁性。
除非给脑子施加一个主磁场,主磁场强度非常大,在主磁场b0的作用下,质子会分成两个能级,一些去低能级,与主磁场同向,一些去高能级,反向。低能级质子比高能级质子多几个,但他们与b0并不完全平行,而是存在一个角度。
那么,质子保持本身自旋的同时,还会以b0为轴旋转。这个类似陀螺一样的运动叫做进动。b0旋转的角频率就是进动频率。
进动频率=磁旋比主磁场。
整个磁共振的基石是质子密度决定信号强度。信号强度对应图像亮度。信号强度经由计算机处理后,得到了图像。
质子密度加权成像。
加权,突出重点的意思。
影响报告会有两页,t1看解剖,t2看病变。
那么,如何仅仅通过一个信号获取层上各个位置的质子含量?
傅里叶变换是一个经典的数学工具,可以将叠加在一起的信号单独分离出来。
用线性代数,画一个纵轴和一个横轴,大脑的x轴和y轴的两个梯度磁场就能选层。
先打开y轴的梯度磁场,场强线性排布,越靠上的质子转的越快,持续一段时间后关闭磁场,质子进动频率会恢复一致。但转动的相位差保留了下来,越靠上的质子转的相位越大,这就是相位编码。
接着,打开x轴的磁场,质子进动频率形成的差异叫做频率编码。
进行频率编码的同时,接收线圈开始采集信号,信号填充至一个叫做k空间的矩阵,这是一个动量空间。它就是原始信号到成像之间的过渡。
原始信号存储在这里,这里的每个采样点都包含了全层所有像素的信息。
由于傅里叶变换本身的特性,它区分不同频率r信号的能力很强,但区分相位差别的能力较差,所以信号的相位编码需要多次重复进行。
使第一个像素与第二个像素相位差180°,采集第二个r信号前,把相位编码梯度略降低一些,使第一个像素与第三个像素相位相差180°,以此类推,直到第一个像素与第256个像素相位相差180°。
也就是说需要用不同的相位编码梯度制造出256个180°的相位差才能完成相位编码。
但这个角度不是一定的,只要空间频率有一点点差异,都能进行成像。
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