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MR基础知识 --- MR信号的由来

在开始之前

再次回顾MR信号的基础

氢质子(H)在强磁场作用下,将自动沿固定方向以Larmor频率旋转,如果这时有一个与此相同频率的射频(RF)对氢质子进行激发,从量子力学角度看氢质子会从低能态跃迁到高能态。

这叫做激发过程

对应射频的动作就是射频发射

  氢质子处于高能态时如果取消射频激发,那么它会自发的再从高能态下降的低能态,同时发出对应的电磁波。这叫做弛豫过程,对应射频的动作就是信号接收,当然信号也是射频。

那么可以把MR信号产生分解成两步:

激发过程 – 射频发射

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弛豫过程 – 信号接收

下面我们分别进行讨论:

讨论的前提条件:

氢质子在主磁场(B0)中,沿着笛卡尔坐标轴的Z方向旋转,RF射频垂直于B0方向,沿着XY平面激发,激发时间t。

激发过程

经磁化矢量M在射频激发过程中

经历了3个过程

1.在激发前,净磁化矢量M顺着Z方向,平行于B0。

2.激发开始,一个与Larmor频率相同的射频开始激发,并产生了一个垂直于B0场的射频场(RF)此时氢质子开始吸收射频能量,M开始从Z方向向XY平面转动,图中的螺旋线可以看做是M端点的运动轨迹。

3.激发停止,M方向停止改变,这时M产生了与Z轴的一个夹角,此夹角θ与激发的持续时间和射频场(RF)的大小有关。

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激发结果

通过这3个过程,净磁化矢量M已经不再沿着原有主磁场方向旋转,而是与Z轴产生了一个夹角θ。

这就是整个射频激发过程,方法是在垂直于主磁场方向施加一个射频场,其结果是净磁化矢量M产生了一个与B0方向的夹角θ。

如果持续施加射频场,那么M会最终沿着XY平面旋转,与Z轴垂直。

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弛豫过程

用简单的能量守恒来考虑

经过能量激发的氢质子在失去激发能量的情况下,会回归原有运动状态,也就是说在停止激发的状态下,θ是无法保持住的,净磁化矢量最终会自动的回归B0方向。

用两种方式来衡量弛豫过程

首先是对于Z轴来说,弛豫过程是M重新回归的过程,我们称作T1弛豫,我们定义M从0回归到63%的时间为T1。

对于XY平面来说,弛豫过程是M逐渐远离的过程,我们称作T2弛豫,我们定义M从100%下降到37%的时间为T2。

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看到这里,很多同学应该会很熟悉吧,这就是我们经常打交道T1和T2这两个参数。没错,他们就是从这里来的,同时每一种介质都有特定的T1和T2时间,这也是我们通过MR扫描能够分辨不同组织用来成像的基础,我们进行各种复杂高级的MR序列基本都是围绕着T1和T2展开的。

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文章名称:《MR基础知识 --- MR信号的由来》
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