Pro úplné pochopení cvičení je velmi podstatné prostudovat a pochopit slidy z přednášek.

Ve cvičení budeme používat program na simulování Blochových rovnic a budeme sledovat, co se děje s magnetizací po vybuzení excitačním pulsem a za použití gradientů.

Nejdříve si stáhněte programy. [nove byl do kodu pridan soubor bloch.mexw64 pro 64bit windows (2. brezen 2011)]

Úkol 1

Spusťte si skript relaxation.m. Tento skript simuluje chování jednoho voxelu s počáteční magnetizací M₀ = [0, 0, 1] po vybuzení RF pulsem a následnou relaxaci. Skript Vám vykreslí průběh magnetizací v x-ovém směru (červeně) a z-ovém směru (modře) jednak pouze během vysílání pulsu a potom po dobu 4s. Pro MRI zobrazování je nejdůležitejší xy-ová složka magnetizace, kterou můžeme změřit a pomocí které můžeme učit vlastnosti zobrazované látky vyplývající z původní magnetizace M₀ a časů T₁ a T₂.

Spusťe si časové průběhy pro různý flip-angle (ve skryptu pulseAngle). Zobrazte pro úhly 180˚ a 90˚. Zkuste měnit relaxační časy T₁ a T₂ v rozmezí 800-1400ms resp. 100-250ms. Pozorujte a zhodnoťte , jak se s časy T₁ a T₂ mění doba nutná pro návrat do rovnovážného stavu (určete souvislosti mezi T₁, T₂ a prmůběhy M_z, M_xy).


Úkol 2

Spusťte si skript weighting.m. Vykreslí Vám, co se děje při opakovaném excitaci sérií 90˚ pulsů. Zobrazujeme chování dvou látek se stejným časem T₂, ale různým T₁.
Pokud necháme nastavený čas TR opakování (čas za který je vyslán následující RF puls) na 4 sekundy, vrátí se vektor M_z do rovnovážného stavu. Signál bude stejný pro obě látky i přesto, že mají různý čas T₁. Přijmutý signál bude vážený hustotou protonů.

Změnte čas opakování TR tak, aby se složky magnetizace M_z nestihly vrátit zpět do rovnovážného stavu. Jaký to má efekt na průběh M_x pro každou z látek? Jak lze tohoto efektu využít pro zobrazování? Zobrazte průběh celé sekvence pro vhodně zvolený čas opakování TR.


Úkol 3

Spusťte si skript selection.m. V tomto skriptu se zobrazuje několik bodů umístěných na ose x (souřadnice y a z jsou nulové). Při využití tzv. gradientů můžeme lokálně změnit velikost magnetického pole. Tím změníme i rezonanční frekvenci spinů.

Excitačním pulsem obsahujícím pouze určité frekvence můžeme vybudit pouze atomy v námi zvolené oblasti.

V našem případě máme šířku RF pulsu pevně danou a budeme měnit pouze velikost gradientu ve směru x.
Naším úkol je vybudit pouze oblast v rozmezí -2mm až 2mm na ose x.

Postup:

Spusťte skript selection.m
Obrázek 1 zobrazuje excitační puls. Na obrázku 2 je jeho spektrum. Zjistěte jaké frekvence (maximální a minimální) jsou obsaženy v tomto pulsu (pouze voxely s touto rezonanční frekvencí budou tímto pulsem vybuzeny). Puls není přesně čtvercový, proto berte v úvahu pouze frekvence s amplitudou větší než polovina maximální amplitudy.

Chceme vybudit pouze body v rozmezí -2mm až 2mm. Proto by rezonanční frekvence bodu na souřadnici 2mm měla být rovna zjištěné maximální frekvenci v RF pulsu. Spočtěte velikost indukce gradientního pole B_g [T/mm] tak, aby toto platilo. Použijte vzorec:

f [Hz] = 42.58e6[Hz/T] * B(x)[T],

kde f je Larmorova frekvence, 42.58 gyromagnetický poměr vodíku dělený 2pi a B magnetická indukce. Použijte princip superpozice. Dejte si pozor na dvě věci - zjištěná frekvence je v kHz a souřadnice bodu ve kterém hledáte B je 2mm.
Dosaďte hodnotu gredientu do proměnné GRAD. Pozorujte, že krátce po RF pulsu jsou vybuzené pouze body v oblasti -2mm až +2mm.
Tato technika se používá při MRI snímání pro vybuzení pouze určitého řezu obrazem (bez použití selekce řezu bychom měřili součet signálu přes všechny řezy).

Pokud jste nedosáhli požadovaného efektu, změňte GRAD experimentálně. Přidejte obrázek do zprávy.