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核磁共振T2弛豫時(shí)間橫向弛豫過程及橫向弛豫意義 T2造影劑弛豫率測試

更新時(shí)間：2018-01-09 點(diǎn)擊次數(shù)：10795次

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(shí)，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(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，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M_z恢復(fù)到zui初平衡狀態(tài)的M₀和橫向磁化強(qiáng)度M_xy要衰減到零，這兩步是同時(shí)開始但獨(dú)立完成的，下面將簡單介紹橫向弛豫過程和弛豫時(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M_xy 從zui大（對(duì)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(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M_xy；（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(diǎn)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M_xy隨時(shí)間衰減。而在π/2脈沖作用后，有如下關(guān)系： M_xy(t)=M_xymaxe^-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M_xymax衰減63%時(shí)所需的時(shí)間，所以經(jīng)過一個(gè)T2時(shí)間，M_xy還存在37% 在實(shí)際工作中，一般認(rèn)為M_xy經(jīng)過5T2時(shí)間已基本衰減為零。下圖表示π/2脈沖之后M_xy隨時(shí)間的衰減曲線：在MRI中，通常用橫向弛豫時(shí)間T2來描述橫向磁化強(qiáng)度M_xy衰減的快慢，如果T2小就說明橫向磁化強(qiáng)度M_xy衰減快。否則，若T2長就說明橫向磁化強(qiáng)度M_xy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(shí)間T2比縱向弛豫時(shí)間T1快5-10倍，也就是說在縱向磁化強(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(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T2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T2造影劑弛豫率測試曲線：

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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(shí)，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(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，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M_z恢復(fù)到zui初平衡狀態(tài)的M₀和橫向磁化強(qiáng)度M_xy要衰減到零，這兩步是同時(shí)開始但獨(dú)立完成的，下面將簡單介紹橫向弛豫過程和弛豫時(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M_xy 從zui大（對(duì)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(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M_xy；（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(diǎn)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M_xy隨時(shí)間衰減。而在π/2脈沖作用后，有如下關(guān)系： M_xy(t)=M_xymaxe^-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M_xymax衰減63%時(shí)所需的時(shí)間，所以經(jīng)過一個(gè)T2時(shí)間，M_xy還存在37% 在實(shí)際工作中，一般認(rèn)為M_xy經(jīng)過5T2時(shí)間已基本衰減為零。下圖表示π/2脈沖之后M_xy隨時(shí)間的衰減曲線：在MRI中，通常用橫向弛豫時(shí)間T2來描述橫向磁化強(qiáng)度M_xy衰減的快慢，如果T2小就說明橫向磁化強(qiáng)度M_xy衰減快。否則，若T2長就說明橫向磁化強(qiáng)度M_xy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(shí)間T2比縱向弛豫時(shí)間T1快5-10倍，也就是說在縱向磁化強(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(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T2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T2造影劑弛豫率測試曲線：

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