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核磁共振T1弛豫時(shí)間 縱向弛豫過(guò)程及磁共振T1造影劑的應(yīng)用

來(lái)源:上海紐邁電子科技有限公司   2017年12月27日 09:42  

弛豫過(guò)程

在核磁共振現(xiàn)象中,弛豫是指原子核發(fā)生共振且處在高能狀態(tài)時(shí),當(dāng)射頻脈沖停止后,將迅速恢復(fù)到原來(lái)低能狀態(tài)的現(xiàn)象?;謴?fù)的過(guò)程即稱為弛豫過(guò)程,它是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程,需要一定的時(shí)間反映了質(zhì)子系統(tǒng)中質(zhì)子之間和質(zhì)子周?chē)h(huán)境之間的相互作用。

完成弛豫過(guò)程分兩步進(jìn)行,即縱向磁化強(qiáng)度矢量Mz恢復(fù)到zui初平衡狀態(tài)的M0和橫向磁化強(qiáng)度Mxy要衰減到零,這兩步是同時(shí)開(kāi)始但獨(dú)立完成的,下面將簡(jiǎn)單介紹縱向弛豫過(guò)程和弛豫時(shí)間T1

 


熱力學(xué)的一個(gè)普通原理就是所有的系統(tǒng)都趨向于自己zui低的能態(tài)。縱向弛豫過(guò)程就是質(zhì)子與周?chē)镔|(zhì)進(jìn)行熱交換,或者說(shuō)質(zhì)子將多余能量通過(guò)晶格擴(kuò)散出去,使其從高能級(jí)躍遷到低能級(jí),因此
這一過(guò)程又稱為自旋-晶格弛豫過(guò)程。
T1弛豫時(shí)間描述了自旋系統(tǒng),兩能級(jí)布局?jǐn)?shù)從開(kāi)始到熱平衡的快慢。


下圖給出了由4個(gè)質(zhì)子組成的系統(tǒng)之弛豫過(guò)程

 

 

(a)表示zui初平衡狀態(tài),4個(gè)質(zhì)子均處在低能級(jí)形成zui初的縱向磁化強(qiáng)度矢量M0;(b)為π/2脈沖激發(fā)后的非平衡狀態(tài),低能級(jí)的高能級(jí)質(zhì)子數(shù)相等,此時(shí)縱向磁化強(qiáng)度為零;
(c)與(d)表示進(jìn)行的縱向弛豫過(guò)程,在這一過(guò)程中縱向磁化強(qiáng)度逐漸從零恢復(fù)到zui初情況,這里沒(méi)有考慮到橫向弛豫過(guò)程。

 

縱向磁化強(qiáng)度分量Mz向平衡狀態(tài)的M0恢復(fù)的速度與它們離開(kāi)平衡位置的成都成正比,當(dāng)π/2脈沖作用后,可得到縱向磁化強(qiáng)度Mz的恢復(fù)表達(dá)式:

Mz(t)=M0(1-e-t/T1

上式中的T1稱為縱向弛豫時(shí)間(longitudinal relaxation time)簡(jiǎn)稱T1,通常用Mz由零恢復(fù)到M0的63%時(shí)所需要的時(shí)間來(lái)確定T1,即縱向弛豫時(shí)間T1為Mz恢復(fù)到0.63M0時(shí)所需的時(shí)間,如下圖所示:


 

縱向弛豫時(shí)間T1的大小取決于外磁場(chǎng)和質(zhì)子與周?chē)h(huán)境之間的相互作用(即組織的性質(zhì))。它是組織的固有特性,在外磁場(chǎng)給定后,不同組織的T1值都有相應(yīng)的固定值,但不同的組織T1值是有很大的差異的。

外磁場(chǎng)B0B0的大?。?duì)組織的縱向弛豫時(shí)間T1也有影響,大多數(shù)組織的縱向弛豫時(shí)間T1隨外磁場(chǎng)的B0的減小而變小。但對(duì)于純水(又稱為自由水或游離水)來(lái)說(shuō)卻并非如此,其T1值不隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。

縱向弛豫時(shí)間應(yīng)用案例–造影劑弛豫率的測(cè)試:

核磁共振造影劑是為增強(qiáng)影像對(duì)比效果而使用的制劑,其通過(guò)影響周?chē)M織的弛豫快慢從而間接地改變組織信號(hào)的強(qiáng)度,增加組織或器官的對(duì)比度。根據(jù)顯像特點(diǎn),可以將造影劑分為陽(yáng)性造影劑( positive contrast agent) 和陰性造影劑( negative contrast agent) . 陽(yáng)性造影劑會(huì)使影像比正常狀態(tài)更為明亮變白,主要影響縱向弛豫時(shí)間T1值的變化,陽(yáng)性造影劑又稱為T(mén)1造影劑。而造影劑的弛豫效率是評(píng)價(jià)造影劑性能的主要參數(shù)之一。

下圖為T(mén)1造影劑弛豫率測(cè)試曲線:

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