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核磁共振T2弛豫時(shí)間 橫向弛豫過(guò)程及橫向弛豫意義 T2造影劑弛豫率測(cè)試

來(lái)源:上海紐邁電子科技有限公司   2018年01月09日 10:54  

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)單介紹橫向弛豫過(guò)程和弛豫時(shí)間T2。

 


在射頻脈沖的作用下,所有質(zhì)子的相位都相同,它們都沿相同的方向排列,以相同的角速度(或角頻率)繞外磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)。當(dāng)射頻脈沖停止后,同相位的質(zhì)子彼此之間將逐漸出現(xiàn)相位差,即失相位。
我們把質(zhì)子由同相位逐漸分散zui終均勻分布,宏觀表現(xiàn)為其橫向磁化強(qiáng)度矢量Mxy
從zui大(對(duì)于π/2脈沖來(lái)說(shuō),為M0)逐漸衰減為0的過(guò)程稱為橫向弛豫過(guò)程。


下圖為處在外磁場(chǎng)(沿z軸)中4個(gè)質(zhì)子系統(tǒng)

 

(a)在射頻脈沖作用后zui初4個(gè)質(zhì)子磁矩的橫向分量相同形成橫向磁化強(qiáng)度Mxy;(b)表示開(kāi)始失相位;
(c)為*失相位,橫向磁化強(qiáng)度衰減為零。


從物理學(xué)的觀點(diǎn)看,橫向弛豫過(guò)程是同種核相互交換能量的過(guò)程,故又稱為自旋-自旋弛豫過(guò)程。由于質(zhì)子自旋間的相互作用,其橫向磁化強(qiáng)度Mxy隨時(shí)間衰減。而在π/2脈沖作用后,有如下關(guān)系:

Mxy(t)=Mxymaxe-t/T2

上式中的T2稱為橫向弛豫時(shí)間(transverse relaxation time)又稱自旋-自旋弛豫時(shí)間,通常用Mxymax衰減63%時(shí)所需的時(shí)間,所以經(jīng)過(guò)一個(gè)T2時(shí)間,Mxy還存在37%
在實(shí)際工作中,一般認(rèn)為Mxy經(jīng)過(guò)5T2時(shí)間已基本衰減為零。
下圖表示π/2脈沖之后Mxy隨時(shí)間的衰減曲線:


在MRI中,通常用橫向弛豫時(shí)間T2來(lái)描述橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減的快慢,如果T2小就說(shuō)明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減快。否則,若T2長(zhǎng)就說(shuō)明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減慢。
在給定外磁場(chǎng)中,T2僅取決于組織,不同的組織由于其自旋-自旋相互作用效果不同,而這種效果取決于質(zhì)子間的接近程度。由于不同組織自旋-自旋相互作用效果不同,所以不同組織的T2不同,固體中的T2比液體中的T2短的多。特別注意的是:橫向弛豫時(shí)間T2比縱向弛豫時(shí)間T1快5-10倍,也就是說(shuō)在縱向磁化強(qiáng)度恢復(fù)到M0時(shí),橫向磁化強(qiáng)度早已經(jīng)衰減為零。

橫向弛豫時(shí)間應(yīng)用案例–造影劑弛豫率的測(cè)試:

MRI造影劑是為增強(qiáng)影像觀察效果而注入(或服用)到組織或器官的制劑,其通過(guò)內(nèi)外界弛豫效應(yīng)和磁化率效應(yīng)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) . 陰性造影劑會(huì)使影像比正常狀態(tài)更為暗,主要影響橫向弛豫時(shí)間T2值的變化,陰性造影劑又稱為T(mén)2造影劑。而造影劑的弛豫率是評(píng)價(jià)造影劑性能的主要參數(shù)之一。

下圖為T(mén)2造影劑弛豫率測(cè)試曲線:

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