核磁共振成像:物理原理和方法.pdf

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书籍描述

内容简介
《核磁共振成像——物理原理和方法》是《核磁共振成像学》的修订版,是全面描述核磁共振成像物理的学术专著,分为上、下册,整套书的部分图片采用彩色印刷。
  这本为上册,内容包括核磁共振成像(MRI)的空间编码机制、信号采集方法、脉冲序列时序原理、扫描K-空间轨迹的概念,自旋激发动力学方程、RF脉冲设计(包括激发k-空间概念)、分子自扩散测量方法、图像重建方法和MRI扫描仪结构以及运行原理;其中脉冲序列包括临床常用的SE、GE和IR序列以及高速成像EPI序列、Spiral序列、Turbo-Flash序列等。
  《核磁共振成像——物理原理和方法》部分内容适用于理、工科大学博士研究生MRI教材以及医科大学MRI博士研究生MRI教学参考书,全书适合于理工科大学MRI教师、科学院MRI基础研究人员、MRI企业高级工程技术人员参考以及对MRI有浓厚兴趣的其他人员研读或参考。

编辑推荐
《核磁共振成像——物理原理和方法》为“中外物理学精品书系-前沿系列”丛书之一,是一本全面描述核磁共振成像物理最新进展的学术专著。

作者简介
俎栋林,北京大学物理学院教授,多年从事核磁共振物理原理研究与教学,出版专著、教材多部; 高家红,北京大学物理学院教授,千人计划学者。

目录
第1章核磁共振基本原理
§1.1原子核的磁性
1.1.1原子核的自旋角动量和自旋磁矩
1.1.2原子核的磁化和顺磁磁化率
§1.2核磁共振条件
1.2.1塞曼能级和共振跃迁
1.2.2自由核磁矩的拉莫尔进动和共振章动
§1.3弛豫过程和弛豫时间
1.3.1自旋晶格相互作用,自旋晶格弛豫时间T1
1.3.2自旋自旋相互作用,自旋自旋弛豫时间T2
1.3.3相关时间
1.3.4人体水质子弛豫特性
1.3.5肿瘤鉴别
§1.4NMR量子力学描述
§1.5磁共振经典理论
1.5.1磁化强度矢量M和弛豫假设
1.5.2布洛赫方程和旋转坐标系
1.5.3布洛赫方程的稳态解
1.5.4NMR信号的高度、宽度、形状等特征量
1.5.5自旋核的动态(横向)磁化率
1.5.6主磁场不均匀引起的吸收线加宽
§1.6布洛赫方程的暂态解、脉冲傅里叶变换核磁共振
1.6.1磁化强度M的章动
1.6.2自由感应衰减
1.6.3FID信号的傅里叶变换
§1.7自旋回波(SE)
§1.8简单脉冲序列,弛豫时间T1、T2的测量
1.8.1反向恢复(IR)序列测量T1
1.8.2自旋回波序列(90°τ180°)测T2
1.8.3CP序列(90°τ180°2τ180°2τ…)测T2
1.8.4CPMG脉冲序列(90°τ180°y′2τ180°y′2τ…)
§1.9NMR信号检测与信噪比
1.9.1并联谐振和端电压
1.9.2NMR信号强度
1.9.3噪声和噪声系数
1.9.4NMR信噪比
参考文献
第2章NMR成像原理
§2.1空间编码原理
2.1.1NMR成像发展的历史背景
2.1.2线性磁场梯度
2.1.3投影
2.1.4背投影
2.1.5劳特伯NMR成像实验
§2.2傅里叶成像
2.2.1虚拟的劳特伯投影重建改进方案
2.2.2傅里叶成像实验
2.2.3二维傅里叶变换
2.2.4傅里叶成像技术与投影重建技术的比较
§2.3傅里叶成像理论
2.3.1峰形函数与滤波函数
2.3.2K空间
2.3.3MR图像重建公式
2.3.4恩斯特二维及多维谱理论简介
§2.4spinwarp傅里叶成像
§2.5层面选择
2.5.1层面取向和位置
2.5.2层面厚度
2.5.3层面选择激发
2.5.4sinc脉冲的截断效应
2.5.5汉明窗和汉宁窗
§2.6RF脉冲
2.6.1矩形脉冲,硬脉冲
2.6.2选择激发RF脉冲,软脉冲
2.6.3选择性饱和脉冲
参考文献
第3章临床基本通用脉冲序列
§3.1自旋回波脉冲序列
3.1.1基本单层面自旋回波脉冲序列的时序
3.1.2采样、采样率、采样带宽和频率编码方向线分辨率
3.1.3“混叠”问题和过采样
3.1.4数据矩阵与K空间
3.1.5二维图像的信噪比
3.1.6信噪比对场强的依赖性
3.1.7相位编码方向图像分辨率和梯度的选择
3.1.8自旋回波序列的像元素信号强度公式
3.1.9加权像
3.1.10成像时间
§3.2改进的自旋回波变型序列
3.2.1标准双回波和多回波序列
3.2.2对比度加权双回波序列
3.2.3快自旋回波(fSE)脉冲序列
3.2.4fSE的图像对比度
3.2.5fSE双回波图像
3.2.6快恢复快SE序列
3.2.7多层面SE脉冲序列(MSE)
3.2.8多层面快SE序列
3.2.9RF功率和特定吸收率(SAR)
§3.3反向恢复(IR)脉冲序列
3.3.1标准IR序列的时序
3.3.2快反向恢复序列(fast IR)
3.3.3多层面IR序列
3.3.4T1加权的IR实像动态范围
3.3.5对比度概念,差噪比(CNR)
§3.4对比度模型和压脂肪技术(STIR)
3.4.1本征对比度
3.4.2对SE序列图像的T1权重的分析
3.4.3IR序列的重T1对比度加权成像
3.4.4抑制脂肪的STIR技术
3.4.5抑制脑脊液的FLAIR技术
§3.5梯度回波(GE)脉冲序列
3.5.1GE序列基本概念
3.5.2允许小角倾倒
3.5.3单位时间信噪比、单位时间差噪比
3.5.4T*2弛豫效应
3.5.5磁化率效应
3.5.6三维成像
§3.6相干稳态GE脉冲序列(GRASS)
3.6.1残余横向磁化强度的重聚相
3.6.2稳态自由进动
3.6.3CEFAST(或PSIF)序列的时序
3.6.4对比度
3.6.5SSFP双回波
3.6.6True FISP序列
§3.7不相干GE序列,FLASH,恩斯特角
3.7.1破坏梯度回波(sGE)序列
3.7.2恩斯特角
3.7.3sGE序列的对比度
3.7.4破坏梯度回波序列的应用要领
3.7.5如何选用稳态自由进动GE和FLASH序列
§3.8超快FLASH脉冲序列
3.8.1自旋密度加权的超快FLASH成像
3.8.2T1加权反向恢复(IR)超快FLASH成像
3.8.3T2加权的超快FLASH成像
3.8.4化学位移选择性饱和超快FLASH成像
3.8.5NMR谱的超快FLASH成像
§3.9受激回波脉冲序列
3.9.1“8”球回波和受激回波
3.9.2间隔三个RF脉冲激发M⊥的相干路径和回波
3.9.3受激回波成像序列
参考文献
第4章单射成像和高速脉冲序列
§4.1提高成像速度的途径、K空间和高速序列类别
4.1.1半傅里叶成像和四分之一傅里叶成像
4.1.2归一化K空间
4.1.3脉冲梯度和在K空间的扫描轨迹
§4.2回波平面成像(EPI)序列
4.2.1原始EPI序列
4.2.2改进的EPI序列
4.2.3EPI序列对硬件的要求
§4.3常用或基本EPI序列
4.3.1SEEPI序列
4.3.2GEEPI序列
4.3.3IREPI序列
4.3.4单射EPI成像时间,最小回波间隔ESP及最大回波列长度
4.3.5EPI序列图像对比度
§4.4EPI序列的伪影
4.4.1化学位移伪影
4.4.2交错多射EPI
4.4.3N/2奈奎斯特鬼影
4.4.4奈奎斯特鬼影的校正
4.4.5图像畸变伪影
4.4.6图像畸变伪影的校正
4.4.7T*2感应的图像模糊
4.4.8体元内散相
§4.5EPI变型序列
4.5.1省略偶回波的EPI
4.5.2圆形EPI
4.5.3测量T*2map的变型EPI序列
4.5.4三维EPI,即回波体积成像(EVI)
§4.6渐开平面螺旋序列
4.6.1原始单射渐开平面螺线(spiral)扫描序列
4.6.2变型spiral序列
4.6.3典型spiral数学描述
4.6.4spiral序列的应用和优缺点
4.6.5模糊校正
§4.7RARE序列
§4.8GRASE序列
4.8.1GRASE脉冲序列
4.8.2GRASE相位编码次序
4.8.3回波时间移动
4.8.4相位校正
§4.9高速STEAM序列
参考文献
第5章自旋激发动力学与RF脉冲设计
§5.1自旋激发动力学
5.1.1旋转坐标系
5.1.2RF磁场
5.1.3布洛赫方程
5.1.4布洛赫方程的小倾倒角近似解
5.1.5布洛赫方程的大倾倒角解
5.1.6RF脉冲度量参数
§5.2SLR脉冲设计
5.2.1硬脉冲近似和正SLR变换
5.2.2逆SLR变换
5.2.3多项式设计和SLR脉冲
5.2.4脉冲设计参数关系
5.2.5设计考虑和实例
§5.3复合脉冲
5.3.1二项式型复合脉冲
5.3.2其他定型复合脉冲设计理论
§5.4绝热脉冲设计
5.4.1绝热激发原理和绝热条件
5.4.2绝热反向180°脉冲设计
5.4.3绝热章动物理机制
5.4.490°绝热激发脉冲
5.4.5绝热旋转180°重聚脉冲
5.4.6偏离共振效应
§5.5复合绝热脉冲
5.5.1任意章动角绝热平面旋转
5.5.2BIR脉冲的矢量描述
5.5.3BIR4脉冲
5.5.4绝热脉冲的应用
§5.6二维RF脉冲,二维空间选择激发
5.6.1RF激发k空间
5.6.2RF激发k空间中采样速度、采样密度和采样函数
5.6.3离散k空间分析
5.6.4产生回波平面型轨迹的梯度、RF脉冲波形计算
5.6.5产生spiral轨迹的梯度、RF脉冲波形计算
5.6.6产生径向轨迹的梯度、RF脉冲波形计算
§5.7空间频谱RF脉冲设计
5.7.1SPSP脉冲
5.7.2二维空间一维谱RF脉冲设计
§5.8具有多项式相位响应(PPR)的宽带RF脉冲
5.8.1设计方法
5.8.2结果
参考文献
第6章扩散磁共振成像
§6.1扩散对磁共振信号的影响
6.1.1扩散现象的物理描述
6.1.2在平衡态、稳态条件下如何观察扩散
6.1.3扩散对MR信号的影响
§6.2自旋回波扩散磁共振成像序列
6.2.1支配磁化强度M扩散输运的BlochTorrey方程
6.2.2磁共振扩散测量方法和脉冲序列
6.2.3扩散磁共振成像
6.2.4自旋回波(SE)扩散成像序列
6.2.5扩散加权像(DWI)的临床应用价值
§6.3b因子计算
6.3.1在扩散系数测量的自旋回波序列中b因子的计算
6.3.2在脉冲梯度SE序列中b因子随脉冲波形的变化
6.3.3在扩散MRI中成像编码梯度对b因子的贡献
6.3.4在SE扩散成像实验中的扩散时间和扩散梯度的“滤波”效应
6.3.5裁剪脉冲序列使bi和bct最小
§6.4扩散MRI灵敏度及其生物系统中的扩散效应
6.4.1最小可测量的扩散系数
6.4.2最佳梯度因子b
6.4.3生物系统中微观动力学和微观结构效应
6.4.4受限制扩散
6.4.5各向异性扩散
6.4.6在多隔间系统中的扩散
6.4.7代谢扩散
§6.5受激回波扩散成像序列
6.5.1受激回波序列
6.5.2测量扩散的双极脉冲梯度受激回波序列
6.5.3受激回波扩散成像
6.5.4受限制扩散的STEAM成像
6.5.5动物中枢神经系统的扩散加权STEAM成像研究
6.5.6人脑的扩散加权高速STEAM成像序列
6.5.7在异质系统中测量扩散的魔不对称梯度受激
回波(MAGSTE)序列
§6.6扩散EPI成像序列
6.6.1运动伪影
6.6.2EPI扩散加权成像(DWI)序列
6.6.3扩散加权图像的畸变
§6.7扩散张量MR成像
6.7.1有效扩散张量Deff
6.7.2b矩阵
6.7.3扩散张量成像(DTI)
6.7.4最佳b值选择以及优势方向
6.7.5只用7次DWIs确定D的简单方法
6.7.6扩散椭球
6.7.7扩散张量Deff的不变量及导出量
6.7.8扩散张量成像数据的处理
6.7.9扩散张量成像在临床的应用
6.7.10图像畸变问题
§6.8基于DTI的神经纤维束造影
6.8.1纤维束跟踪算法理论
6.8.2纤维束追踪算法的执行步骤
6.8.3神经纤维束造影的临床应用
6.8.4MR神经纤维束造影所面临的问题
§6.9复杂神经纤维结构成像
6.9.1q空间成像概念
6.9.2扩散谱成像
6.9.3高角度分辨扩散加权成像(HARDI)
6.9.4多张量扩散模型——FORECAST方法
6.9.5q球成像
6.9.6评述和讨论
6.9.7基于交叉纤维成像的纤维束造影
§6.10扩散峰度成像
6.10.1任意阶扩散张量成像
6.10.2扩散峰度成像(DKI)
6.10.3从DKI导出ODF估计
参考文献
第7章MR图像重建
§7.1傅里叶重建
7.1.1填零
7.1.2移相
7.1.3数据窗函数
7.1.4矩形视野
7.1.5多线圈数据重建
7.1.6图像变形校正
7.1.7缩放比例
7.1.8基线校准
§7.2方格化重建
7.2.1方格化变换的基础
7.2.2重建时间
7.2.3方格化核
7.2.4密度补偿
7.2.5方格化数学
§7.3并行采集MRI
7.3.1SENSE重建
7.3.2SMASH重建
7.3.3灵敏度校准
7.3.4AUTOSMASH和VDAUTOSMASH
7.3.5GRAPPA重建
7.3.6SPACE RIP重建算法
7.3.7PILS重建算法
7.3.8并行采集MRI方法的重新分类
7.3.9PRUNO重建算法
7.3.10UNFOLD算法
§7.4部分傅里叶重建
7.4.1填零
7.4.2零差处理
7.4.3迭代的零差处理
§7.5相位差重建
7.5.1相位差map重建一般步骤和反正切函数主值范围
7.5.2反正切运算
7.5.3相位阵列多线圈数据
7.5.4可预期相位误差和伴随场的校正
7.5.5图像变形校正
7.5.6图像比例缩放
7.5.7噪声掩模
§7.6观共享重建
7.6.1K空间关键孔技术
7.6.2BRISK技术
7.6.3TRICKS技术
7.6.4实时成像和滑动窗重建
7.6.5心电触发电影(CINE)采集
7.6.6分段心脏采集和观共享
参考文献
第8章MRI扫描仪概论
§8.1MRI扫描仪总体结构简介
8.1.1磁体部分
8.1.2谱仪电子学部分
8.1.3计算机部分
§8.2MRI主磁体系统简介
8.2.1超导磁体系统
8.2.2永磁磁体系统
8.2.3电磁体
§8.3MRI梯度系统
8.3.1度量梯度线圈优劣的指标
8.3.2超导MRI梯度线圈传统结构
8.3.3永磁或电磁MRI系统的梯度线圈结构
8.3.4梯度线圈的新发展
8.3.5梯度放大器和开关时间
8.3.6振动伪影的校正
§8.4MRI的RF线圈系列
8.4.1RF线圈的功能和本征物理特性
8.4.2LC谐振槽路
8.4.3RF线圈设计考虑要点
8.4.4螺线管及变型螺线管线圈
8.4.5蝶形线圈
8.4.6在圆柱内产生横向磁场的线圈
8.4.7鸟笼形线圈
8.4.8RF线圈系列
8.4.9TEM线圈
8.4.10表面线圈和相位阵列线圈
§8.5射频发射/接收系统
8.5.1概述
8.5.2发射/接收(T/R)开关
8.5.3RF线圈和发射机的匹配
8.5.4RF线圈和接收机前放的连接
8.5.5正交混合器和正交调制器
8.5.6发射通道
8.5.7RF功率放大器
参考文献

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