Коротко и по делу.
Почему важна однородность основного поля $B_0$ - Резонансная частота спина определяется законом Лармора: ${\omega }_0=\gamma B_0$. Неоднородность $\Delta B_0(\mathbf{r})$ даёт частотный сдвиг $\Delta \omega (\mathbf{r})=\gamma \Delta B_0(\mathbf{r})$ и фазовое накопление $\varphi (\mathbf{r},t)=\gamma \Delta B_0(\mathbf{r})t$.
- Частотные сдвиги приводят к внефазировке сигнала внутри вокселя (intra‑voxel dephasing) и укорочению $T_2^{\ast }$, что снижает амплитуду сигнала и ухудшает SNR и контраст.
- Для спектроскопии неоднородность расширяет строчку (linewidth) и мешает разделению метаболитов.
Типичные артефакты при неоднородном $B_0$ - Локальная потеря сигнала (dropout) в границах воздух/ткань или у имплантов — из‑за сильной внефазировки.
- Геометрические искажения особенно в EPI (fMRI, DWI): смещение пикселей вдоль оси частотного кодирования/фазовой оси. Частотный сдвиг в Гц: $\Delta f=\gamma \Delta B_0/(2\pi )$; смещение в метрах около $\Delta x=\Delta f/(\text{BW per pixel})$.
- Размытие и снижение пространственного разрешения (укорочение $T_2^{\ast }$ → более широкая линия): приблизительная связь ширины линии и времени декадации $\Delta f\approx 1/(\pi T_2^{\ast })$.
- Бэндинговые артефакты в bSSFP (полосы потери сигнала при определённых $\Delta f$).
- Ошибки в МР‑спектроскопии: перекрытие пиков, потеря количественной точности.
- Химический сдвиг проявляется сильнее при неоднородности (ошибки в локализации жира/воды).
Как коррекция поля улучшает изображения
- Уменьшение $\Delta B_0$ снижает $\Delta \omega$ и фазовую дисперсию, что:
- восстанавливает сигнал (меньше внутривоксельной дефазировки) и повышает SNR,
- удлиняет эффективный $T_2^{\ast }$ → более узкие линии в спектрах и лучшее пространственное разрешение,
- уменьшает геометрические искажения и смещения пикселей, особенно в EPI,
- устраняет бэндинг в bSSFP и уменьшает зоны drop‑out.
- Для задач (fMRI, DWI, МР‑спектроскопия) это напрямую повышает точность локализации и количественную надёжность.
Способы коррекции поля
- Аппаратные: пассивный шим (ферромагн. вставки), активный шим — катушки первых/высших порядков, динамический (slice‑by‑slice) шим.
- Позиционные/набивные методы: размещение пациента, диэлектрические подушки для уменьшения локальных искажений.
- Программные: B0‑mapping (измерение карты $\Delta B_0(\mathbf{r})$) + последующая постобработка — unwarping, фазокоррекция, реконструкция с учётом карты поля; Z‑shim или многозондовыеприёмы для восстановления потерянного сигнала.
- Комбинации: предварительное шимирование + картирование поля для алгоритмической коррекции артефактов.
Итог: однородный $B_0$ уменьшает $\Delta \omega =\gamma \Delta B_0$, что снижает внефазировку и искажения, повышает SNR, пространственную и спектральную точность. Шимирование и B0‑коррекция — ключевые методы для улучшения качества изображений и надёжности измерений.