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2.横向驰豫时间 90°RF 脉冲关闭后,在XY 平面内的MXY 以T2速率特征进行驰豫,呈指数衰减曲线形式,如下图所示。 T2驰豫过程符合: 式中:MXY(t)为t 时刻的横向磁化矢量值,M0为平衡态的磁化矢量值,t 为驰豫时间,T2 为驰豫时间常数。 上式中当t=T2时,MXY=M0e-1=37% M0,即MXY 衰减至最大值的37%时所经历的时间等于T2 值:T2=横向磁化矢量MXY 衰减至最大值63%的时间。不同组织的T2值不同。 回顾电磁学知识 宏观磁矢量产生的原因,由无到有的过程 举陀螺的例子让学生比较形象的理解进动过程 矢量的分解与合成 第二节 发生磁共振现象的基本条件 一、原子核的自旋与磁矩 (一)原子核的自旋和电磁场 〝自旋〞(spin):原子核及质子围绕着自身的轴进行旋转。 带有正电荷的质子的自旋类似于一个小磁体,产生一个与自旋同轴的电磁场,具有大小和方向。 磁场的方向可由环形电流的法拉第右手定则确定。 (二)原子核的磁矩 磁矩是矢量,有大小和方向。并非所有的原子核均可发生磁共振现象,只有具有磁矩的原子核才能在一定的条件下发生磁共振现象。 氢质子具有两个能态:低能态和高能态。这意味着一些氢质子绕自身轴进行自旋,产生一个磁场。另外一些氢质子以相反的方向自旋,并产生相反方向的磁场。 如果原子核内有偶数个质子,则这些配对质子的磁场将会抵消,总磁场为零;当原子核内有奇数个质子时,则都会产生一个净磁场,使原子核具有磁矩。实际上,任何存在奇数质子、中子或质子数与中子数之和为奇数的原子核均存在磁矩。 二、静磁场 (一)静磁场的作用 人体中有很多的氢质子,质子都有自身的一个小磁场,并且绕自己的轴进行旋转,具有磁矩。一般状态下质子的自旋是随机分布的,磁矩相互抵消,净磁场强度为零。 如果把人体放入一个强大的静磁场(B0)中将会出现:①质子将沿着静磁场的方向排列,产生净磁化矢量;②质子在自旋的同时,以静磁场的磁力线为轴进行〝进动〞(或称〝旋进〞)。 1.净磁化矢量的形成 2.质子在静磁场中的进动 无静磁场(B0)时,质子绕自身的轴旋转,产生一个自身的小磁场。当我们把自旋质子放入B0内时,质子开始〝摇摆〞,不仅绕自身的轴进行自旋,同时也绕B0的轴进行旋转,这样的运动状态称之为〝进动〞。质子绕B0轴的进动频率可以通过拉莫方程计算: 质子在B0的进动,使质子的旋转轴与B0轴存在着进动角,因而质子的磁化矢量在垂直于B0 的方向XY平面上有一个磁化分量。但质子的运动是随机的,其在XY 平面上的投影相互抵消而没有横向磁场分量存在。 (二)静磁场的类型 1.根据磁体的设计分类 (1)常导型磁体:根据线圈内的环形电流产生磁场的原理设计,磁场可以被开启和关闭。 (2)超导型磁体:根据用超导材料性能设计一个强大磁场,使用液氮或液氦作为制冷剂。磁场可以被开启和关闭。 (3)永磁型磁体:磁体由铁磁性物质组成,磁场持续存在,不能被关闭。 2.根据磁体的场强分类 根据磁体的场强分为:①超高场(4.0~7.0T);②高场(1.5~3.0T);③中场(0.5~1.4T);④低场(0.2~0.4T);⑤超低场(﹤0.2T)。 超高场主要用于研究,高、中场常见于超导型扫描仪,低场见于常导型和永磁型扫描仪。 三、射频脉冲 射频脉冲(RF)是一种交变电磁波(其磁场用B1 表示)。当静磁场(B0)的场强为0.2T~3.0T时,根据拉莫方程,处于B0中自旋质子的进动频率为8.5~127MHz,它属于电磁波谱内无线电波的频率范围;又因为它在MRI 中仅做短暂的发射,因此称为射频脉冲。 (一)射频脉冲的作用 1.翻转纵向磁化矢量 章动导致M0向XY 平面翻转,与Z轴形成一定的角度(θ): 式中: ω1为射频脉冲进动频率( ),t 为RF 脉冲的作用时间。我们可以通过控制RF 脉冲 的强度和作用时间,确定M0的翻转角度。 (1)90°翻转:当RF 脉冲的能量一定时: 因为 ,所以: 根据式上式如果保持射频脉冲的作用时间为tπ/2,MZ 就会被翻转90°。产生90° 翻转的脉冲称为90°RF 脉冲。 (2)180°翻转:用上式可以计算出M0产生180°翻转所需要的脉冲持续时间: 为了实现M0的180°翻转,可以使用一个相同强度射频脉冲但具有90°射频脉冲两倍的作用时间;或者具有90°射频脉冲两倍的强度但作用时间相同的脉冲。 (3)部分翻转:M0的翻转角度小于90°,可以通过降低射频脉冲的强度或持续时间来实现。M0的三种翻转形式在MRI 中都有具体的应用,它决定MR 成像序列,影响图像显示病变的敏感性及图像的质量。 2.形成横向磁化矢量 处于B0中的自旋质子所产生的纵向矢量
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