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什么是核磁共振驰豫时间和T2谱

北京拉莫尔科技发展有限公司

使用或接触过核磁共振设备的朋友们，可能都会碰到驰豫时间或T2谱的概念，只

有在充分理解它们的物理意义后才能更好地使用它们，因此，今天小编就来为大家科

普一下这方面的专业知识。

核磁共振现象发生的基本条件有两个：一是原子核在静磁场中要能发生能级分裂，

能满足这种条件的同位素其实有很多，只要原子核的质子数和中子数不全为偶数即可，

其中氢原子核（即质子）是最常见的研究对象。二是发射特定频率（业内又把该频率

称为拉莫尔频率）的电磁波使低能级的原子核能吸收电磁波能量跃迁到高能级的状态。

那什么是驰豫（Relaxation）呢，从字面上理解就是“松弛下来”的意思，它表示

体系从一种非平衡态向平衡态转变的过程。我们知道任何体系都会自发地从非平衡态

向平衡态过渡：比如样品刚放进磁体中时，由于原子核的磁矩开始是无规则地杂乱无

章排列着的，实际上此时体系正处于一种非平衡态。由于在外磁场的作用下，磁矩会

慢慢地沿着磁场方向进行有序排列，从而达到被磁化后的平衡态，这就是一个典型的

驰豫过程，在核磁共振领域它又被称为纵向驰豫过程。

图：原子核磁矩从无规则排列到有序排列

1

在沿着外磁场方向上的磁化矢量Mz随时间t的变化关系是一个e指数的演化行为，

如下图2所示的就是磁化矢量随时间的演化过程，特征时间T1就被称为纵向驰豫时间

或自旋-晶格驰豫时间（因为它表征了原子核与晶格环境交换能量的过程）：

/1

()(1tT)

MtMe





z0

图：沿外磁场方向的磁化矢量的演化过程

2Mz

原子核在磁场中被磁化仅仅是产生核磁共振的条件之一，第二个条件则是施加一

个特定频率的电磁波来激发原子核，使得磁矩从原来的平行于外磁场（Z轴）变成垂直

于外磁场方向（XY方向），由于原来的平衡态，XY方向上没有磁化矢量，而现在XY方

向存在磁化矢量，所以体系在射频电磁波的激发下达到了一个新的非平衡态。在撤去

射频电磁波后，体系将经过一个新的驰豫过程，称之为横向驰豫或自旋-自旋驰豫，重

新回到XY方向磁化矢量为零的平衡态。

0/2

()tT

MtMe





xy



图：方向上的磁化矢量随时间的演化过程

3XYMxy

横向驰豫过程对应的特征时间T2，就被称为横向驰豫时间或自旋-自旋驰豫时间

（因为它还表征了原子核自旋与自旋之间