核磁共振T1弛豫時(shí)間 縱向弛豫過(guò)程及縱向弛豫意義
發(fā)布時(shí)間：2016-12-07
核磁共振T1弛豫時(shí)間 縱向弛豫過(guò)程及縱向弛豫意義
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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)子周圍環(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*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*低的能態(tài)?？v向弛豫過(guò)程就是質(zhì)子與周圍物質(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*初平衡狀態(tài)，4個(gè)質(zhì)子均處在低能級(jí)形成*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*初情況，這里沒(méi)有考慮到橫向弛豫過(guò)程。
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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）
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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)子與周圍環(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)B0（B0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。
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縱向弛豫時(shí)間應(yīng)用案例--造影劑弛豫率的測(cè)試：
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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) ． 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T1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T1造影劑弛豫率測(cè)試曲線：
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