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核磁共振T2弛豫時間 橫向弛豫過程及橫向弛豫意義 T2造影劑弛豫率測試

來源:上海紐邁電子科技有限公司   2018年01月09日 10:54  

弛豫過程
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,當(dāng)射頻脈沖停止后,將迅速恢復(fù)到原來低能狀態(tài)的現(xiàn)象。恢復(fù)的過程即稱為弛豫過程,它是一個能量轉(zhuǎn)換過程,需要一定的時間反映了質(zhì)子系統(tǒng)中質(zhì)子之間和質(zhì)子周圍環(huán)境之間的相互作用。

完成弛豫過程分兩步進(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,這兩步是同時開始但獨立完成的,下面將簡單介紹橫向弛豫過程和弛豫時間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)繞外磁場進(jìn)動。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(對于π/2脈沖來說,為M0)逐漸衰減為0的過程稱為橫向弛豫過程。


下圖為處在外磁場(沿z軸)中4個質(zhì)子系統(tǒng)

 

(a)在射頻脈沖作用后zui初4個質(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)的觀點看,橫向弛豫過程是同種核相互交換能量的過程,故又稱為自旋-自旋弛豫過程。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稱為橫向弛豫時間(transverse relaxation time)又稱自旋-自旋弛豫時間,通常用Mxymax衰減63%時所需的時間,所以經(jīng)過一個T2時間,Mxy還存在37%
在實際工作中,一般認(rèn)為Mxy經(jīng)過5T2時間已基本衰減為零。
下圖表示π/2脈沖之后Mxy隨時間的衰減曲線:


在MRI中,通常用橫向弛豫時間T2來描述橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減的快慢,如果T2小就說明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減快。否則,若T2長就說明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減慢。
在給定外磁場中,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:橫向弛豫時間T2比縱向弛豫時間T1快5-10倍,也就是說在縱向磁化強(qiáng)度恢復(fù)到M0時,橫向磁化強(qiáng)度早已經(jīng)衰減為零。

橫向弛豫時間應(yīng)用案例–造影劑弛豫率的測試:

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的強(qiáng)度,增加組織或器官的對比度。根據(jù)顯像特點,可以將造影劑分為陽性造影劑( positive contrast agent) 和陰性造影劑( negative contrast agent) . 陰性造影劑會使影像比正常狀態(tài)更為暗,主要影響橫向弛豫時間T2值的變化,陰性造影劑又稱為T2造影劑。而造影劑的弛豫率是評價造影劑性能的主要參數(shù)之一。

下圖為T2造影劑弛豫率測試曲線:

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