核磁共振成像的弛豫机理ppt课件

1、磁共振成像的弛豫机理 汪兴生命学院v平衡形状v 质子系统在外磁场中，产生一纵向磁化强度矢量M0，形状是不随时间改动的，称为平衡形状v非平衡形状v 在射频脉冲作用下， M0的方向偏离外磁场方向核磁共振的宏观描画v纵向的定义：我们称和外磁场方向一致的方向为纵向v在外磁场B0的作用下，质子产生能级分裂，而对于质子而言只需1/2和-1/2两个形状核磁共振的宏观描画v微观粒子在热平衡形状下满足波尔兹曼分布规律，处于低能级的核子数多于处于高能级的核子数。纵向磁化和纵向磁化矢量每个质子产生的核磁矩的大小是一样的，由上图可知，M+M-，因此宏观纵向磁化矢量方向和M+的纵向一样,即与外磁场的方向一样，记为M0在

2、横向上，由统计学规律可知，横向上的磁矩矢量和为0纵向磁化强度矢量M0的章动v向人体发射脉冲的频率等于质子绕外磁场进动拉莫尔角频率，质子吸收能量跃迁到高能级，产生核磁共振纵向磁化强度变化平面翻转图纵向磁化强度矢量M0的章动v质子在遭到磁场作用后会绕外磁场以角速度0进动，由于射频脉冲的作用，质子同时还要绕x轴以角速度1进动，导致磁化强度M0绕z轴按螺旋形向x0y平面运动，这种螺旋形运动方式称为章动什么是弛豫过程v在核磁共振成像中，弛豫是指原子核发生共振且处在高能形状时，当射频脉冲停顿后，将迅速回到原来的低能形状;v当射频脉冲停顿后，质子系统所发生的过程，也就是质子系统把从射频脉冲吸收的能量释放出来

3、的过程;v即射频脉冲停顿后，从非平衡形状恢复到平衡形状的过程射频脉冲与翻转角11B 式中，B1为射频脉冲中磁场B1的大小，为射频脉冲继续作用时间，为质子的旋磁比经过改动脉冲磁场的大小，作用时间来改动偏转角的大小。使M0产生偏转角的射频脉冲称为角脉冲，其中以Pi/2脉冲最为常用翻转角的计算公式为：v部分翻转情况下纵向磁化强度矢量和横向磁化强度矢量大小Mz，Mxy分别为：00c o ss inzx yMMMM弛豫过程v封锁射频脉冲以后，将会发生两种情况：v1高能级质子将跃迁至低能级；v2质子彼此间将出现相位差。v 两种情况同时发生且相互独立。根据这两种不同的情况，将弛豫过程分为：v1纵向弛豫过程v

4、2横向弛豫过程纵向弛豫过程以Pi/2脉冲为例v又称为自旋-晶格弛豫过程v对Pi/2翻转、Pi翻转和部分翻转来说，其纵向弛豫时间分别是Mz从0、-M0和M0cos恢复到M0的过程纵向弛豫过程ab纵向弛豫过程cd纵向磁化强度分量Mz恢复表达式纵向磁化强度分量Mz向平衡形状的恢复的速度与它们分开平衡位置的程度成正比，因此有01zzMMdMdtT 负号表示恢复，T1具有时间的量纲。Pi/2脉冲作用后，可以解得纵向磁化强度分量Mz恢复表达式为1/0( )(1)t TzMtMe纵向弛豫时间v上式中的T1称为纵向弛豫时间， Mz是时间的指数增长函数，t从射频脉冲停顿的时辰开场。v通常用Mz由零恢复到M0的6

5、3%时所需求的时间来确定T1的大小，T1恢复曲线如下：纵向弛豫时间常数影响要素取决于热激发跃迁几率受多种机制造用 核-电子弛豫、四级作用弛豫、自旋转动弛豫、化学位移各向异性弛豫、标量弛豫对于同一组织，在不同的磁场作用下，常数的大小也不一样。外磁场增大，常数也增大。v从实际上来说，从Mz恢复到M0需求的时间是无穷长的时间，然而，当t=5T1时，纵向磁化强度矢量Mz曾经恢复了99.33%，非常接近于M0。v因此在实践中我们用5T1表示Mz恢复到它初始磁化矢量M0所需的时间。vT1的大小取决于外磁场和质子与周围环境之间的相互作用即组织的性质。v纵向弛豫时间是组织的固有特性，在外磁场给定以后，不同生物

6、组织都有不同的弛豫时间。0.5T和1.5T磁场下部分组织的纵向弛豫时间组织0.5T下的纵向弛豫时间1.5T下的纵向弛豫时间T1比率1.5T/0.5T脑脊液74000740001.0骨骼肌肉6008701.5灰质6569201.4肝脏3234901.5脂肪组织2152601.2横向弛豫过程 v在射频脉冲作用下，一切质子相位都一样。v脉冲停顿以后，发生失相位v我们把质子从同相位逐渐分散最终均匀分布，宏观表现为其横向磁化强度矢量Mxy从最大逐渐衰减为零的过程为横向弛豫过程横向弛豫过程abc上述过程和纵向弛豫过程是同时独立进展的失相位的成因v1、质子自旋-自旋相互作用v2、外磁场的不均匀性质子自旋-自

7、旋相互作用v一个质子的自旋磁场能够会影响临近它的质子v假设质子A的自旋磁矩与外磁场B0平行，而质子B的自旋磁矩与外磁场B0反平行。这样A质子遭到磁场是B0减去质子B所产生的小磁场B。由拉莫尔方程可知，A的进动角频率降低；反之，A的进动角频率上升质子自旋-自旋相互作用v从物理学的观念看，横向弛豫过程是质子间交换能量的过程，故又称为自旋-自旋弛豫过程。v横向磁化强度Mxy随时间按下式规律衰减：2x yx yd MMd tT 对于Pi/2脉冲作用后，上式的解为2/m ax( )t TxyxyMtMe质子自旋-自旋相互作用v类比纵向弛豫过程给出相关定义：vT2被称为横向弛豫时间，又称为自旋-自旋弛豫时

8、间，它是Mxymax衰减63%时所需求的时间v在实践任务中，根本以为经过5T2，Mxy减为零v横向弛豫时间比纵向弛豫时间快510倍Pi/2脉冲衰减曲线在MRI中，通常用横向弛豫时间来描画横向磁化强度衰减的快慢。在人体中，不同组织的T2不同。这主要由于不同组织的自旋-自旋相互作用不同，而这种作用取决于质子与质子之间的接近程度。固体中自旋-自旋作用呵斥的失相位更加明显外磁场的不均匀性v在外磁场不均匀的情况下，质子角频率彼此存在差别，他们都接近于真正的拉莫尔频率。v磁场的均匀性差别通常在百万分之几，但是这种微小的差别依然会呵斥质子的失相位。v思索到两种要素时，Pi/2脉冲作用后其横向磁化强度矢量Mxy随时间的衰减规律为*2/m ax( )t TxyxyMtMe当磁场绝对均匀时，*22TT，普通情况下两者不一样v在不完全均匀的磁场中*22TT*221 /1 /TTB 且满足：式中，1/T称为弛豫率，B表示磁场的不均匀性0B 时，组织