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第 04 章

04-01
自旋晶格弛豫时间(T1)

04-02
T1的微观意义

04-03
T1的宏观意义:脉冲序列

部分饱和脉冲序列
反转恢复脉冲序列
04-04
自旋自旋弛豫时间(T2)

04-05
T2的宏观意义:脉冲序列

自旋回波脉冲序列
04-06
T1和T2的测量

体外测定
活体测定
T1/T2成像和T1/T2加权成像
医学诊断中弛豫时间的测定


04-04  自旋自旋弛豫时间(T2)

自旋体系被射频脉冲激发之后,最初的行为像一个相干系统,也就是说,宏观磁化矢量的所有微观组分都以相同的相位绕外磁场方向进动。但是,随着时间的消逝,如图04-15所示,微观组分进动相位不一致了,观测到的信号强度开始降低。


图04-15
横向弛豫促使自旋发生散相,因此,观测到的宏观磁化矢量逐渐变小。

















信号在x'-y'平面内的衰减要比z-轴方向磁化矢量衰减快得多。x'-y'平面内的净磁化矢量的这个额外的衰减是微观组分失去相位一致性的过程,部分源自于样品不同位置的自旋感受到的静磁场的微弱不同所引起的Larmor频率的微小差别。

这就是自旋-自旋弛豫或者横向弛豫,其特征时间常数用T2表示。


T2受以下因素影响:

spaceholder 600 共振频率(磁场强度)。
  共振频率对T2的影响没有对T1的影响那么显著;
spaceholder 600 温度;
spaceholder 600 所测自旋的流动性(微观粘度);
spaceholder 600 是否邻近大分子、顺磁离子或分子、或者存在其他外部干扰。


对于低粘度液体,T2与T1近似相等;固体或者缓慢涌动的体系(即高粘度体系),由于受相邻原子核诱导产生的静磁场的影响,T2远远小于T1。固体中,T2通常很短,导致信号在最初的1毫秒内就完全消失;而在液体中,信号可以持续几秒钟。在很大程度上,这就是医学成像中骨骼或者肌腱等致密固体结构呈现低信号或者没有信号的原因。

随着场强的增大,最初T2也像T1一样随着场强增大而增大。但随后,T1继续随场强增大而增大,T2则保持不变甚至开始下降,这可能是因为微观磁易感性的不同引起了T2*效应。

因此,如果以T1、T2对自旋体系的微观流动性作图,T1的变化趋势呈抛物线式且在相应的Larmor频率处取最小值,而T2则持续下降,参见图04-16。


图04-16
Zone 1:低粘度物质,分子运动迅速,通常为小分子物质和自由态水分子;
Zone 2:高粘度物质,分子运动缓慢,通常为大分子物质和结合态水分子。


纯水的T2大约是3秒,且T1与T2的比值等于1。组织的T1值往往低于1秒。大多数组织中,T1与T2的比值在5到10之间。在0.1T的场强下,肌肉组织的T1与T2的比值大约等于5。

实践中,在同样的场强下,同一个样品会出现两种不同的T2值。这是因为原子核感受到的局部磁场不均匀性是由两种现象引起的。

spaceholder 600 由相邻的其他原子核或者不成对电子的磁矩诱导产生局部静磁场和振荡磁场;
spaceholder 600 主磁场B0的不均匀性。

这导致所观测到的信号衰减比T2快。这种衰减被称之为T2*,读作T2星,参见图04-17。


图04-17
T2和T2*。因为磁场不均匀性和微观磁易感性,T2*信号衰减比T2的快。但是,如果再施加一个射频脉冲,T2*信号能再现。


It is important to understand that T2* is not a constant and cannot be used for diagnostic purposes. It is a fluctuant time (range) for loss of phase coherence among spins oriented at an angle to the static magnetic field. However, these inhomogeneities can easily change, but for a given experiment (a single examination) T2* can be calculated in a similar way as T1 of complex systems (see the container example, Figure 04-06) by adding the R2 relaxation rates.

图04-06中的例子可知,把不同组分的弛豫速率R1进行累加即可算出复杂多组分体系T1的值。同理,把不同组分的弛豫速率R2进行累加即可算出复杂体系T2*的值。观察到的R2*的值,与真实的自旋-自旋弛豫速率R2相关,也与由磁场不均匀性诱导的R2´(R2inh)相关:

R2* = R2 + R2inh

使用自旋回波可以消除磁场不均匀性效应,回波信号强度取决于回波时间TE。回波时间是指从最初的90°射频脉冲开始激发到形成回波信号之间的时间。这就是最常见成像脉冲序列:自旋回波序列。自旋回波序列是磁共振成像中标准脉冲序列,也是临床诊断的主要序列。即使推出了针对某些诊断问题的特殊脉冲序列,如果出现可疑结果,依然要用自旋回波序列来排疑。


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