磁共振成像 射頻場的作用

一、磁共振的產(chǎn)生（一）產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象的基本條件

“核”：共振躍遷的原子核

“磁”：主磁場B0和射頻磁場RF

“共振”：當(dāng)射頻磁場的頻率與原子核進(jìn)動的頻率一致時原子核吸收能量，發(fā)生能級間的共振躍遷。

核磁共振信號產(chǎn)生三個基本條件：1．能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核；2．恒定的靜磁場（外磁場、主磁場）；3．產(chǎn)生一定頻率電磁波的交變磁場（射頻磁場RF）。MZ是MR成像中有用的磁化矢量，與B0平行疊加于B0

，但MZ不是振蕩磁場，無法檢測出來，不能直接用于成像。要檢測質(zhì)子的自旋、收集信號，只有在垂直于B0方向上有MXY。為檢測到特定質(zhì)子群的凈磁化矢量，并用于成像，需使MZ偏離B0方向。MRI中采用射頻脈沖（RF）作為激發(fā)源。

一、磁共振的產(chǎn)生★

MRI中的射頻脈沖必須具備條件：射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的旋進(jìn)頻率相同。已知B0及1H的γ值，可根據(jù)拉莫爾方程計算出使B0中的1H產(chǎn)生共振所需要的RF脈沖頻率。一、磁共振的產(chǎn)生一、磁共振的產(chǎn)生向B0內(nèi)的1H施加有拉莫爾頻率的RF脈沖，發(fā)生MR后產(chǎn)生兩個作用：（1）低能級質(zhì)子吸收RF脈沖能量后躍遷到高能級，使在B0中排列方向由同向變?yōu)榉聪颍窒嗤瑪?shù)目低能級質(zhì)子的磁力，MZ變?。唬?）受RF脈沖的磁化作用，旋進(jìn)質(zhì)子趨向于射頻磁場方向變?yōu)橥?、同速運動，即處于“同相”（inphase）。在XY平面上疊加起來，形成橫向磁化（transversemagnetization）矢量MXY，MXY繼續(xù)繞Z軸旋進(jìn)。新的M0偏離了Z軸。一、磁共振的產(chǎn)生（一）射頻脈沖的作用一、磁共振的產(chǎn)生（一）射頻脈沖的作用獲得的MXY不與B0疊加在一起，由于MXY的旋進(jìn)，相當(dāng)于線圈內(nèi)磁場大小和方向的變化。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。在線圈兩端會感應(yīng)出交流電動勢，這個電動勢即為線圈接收到的MR信號，該信號同樣具有旋進(jìn)頻率。通過在XY平面設(shè)置接收線圈測定可得組織的MR信號（MXY

）。一、磁共振的產(chǎn)生（二）共振信號的產(chǎn)生一、磁共振的產(chǎn)生（二）共振信號的產(chǎn)生一、磁共振的產(chǎn)生（二）共振信號的產(chǎn)生在B0和B1的雙重作用下，M運動軌跡為螺旋線形，該運動方式稱為“章動”。一、磁共振的產(chǎn)生（二）共振信號的產(chǎn)生

RF脈沖發(fā)射結(jié)束時章動后的M與Z軸之間有一個夾角α，α稱為翻轉(zhuǎn)角（flipangle）。

α的大小與RF脈沖的強度及其持續(xù)時間τ成正比。使M翻轉(zhuǎn)到XY平面的RF脈沖稱90°脈沖；使M翻轉(zhuǎn)到B0反方向上的RF脈沖稱180°脈沖。使M偏離B0α角的RF脈沖稱α角脈沖。一、磁共振的產(chǎn)生（三）射頻脈沖的方式一、磁共振的產(chǎn)生（三）射頻脈沖的方式由脈沖發(fā)生器、射頻線圈、功率放大器等組成。1．射頻脈沖發(fā)生器：由能產(chǎn)生寬帶頻率的頻率合成器發(fā)出射頻脈沖。2．射頻線圈：由導(dǎo)線繞成的裝置，包括：。（1）發(fā)射線圈：用于發(fā)射RF脈沖。（2）接收線圈：用于檢測人體發(fā)出的MR信號。

一、磁共振的產(chǎn)生（四）射頻系統(tǒng)1．相位：平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的矢量與某一參照軸的夾角稱為相位。同相位（in-phase）：多個矢量在空間的方向一致；

離相位（outofphase）：相位不一致；

相位重聚（re-phase）：由不同相位達(dá)到同相位的過程；

去相位（de-phase）：由同相位變成不同相位的過程。二、相位2．磁場中自旋之間的相位二、相位當(dāng)向置于B0中的人體發(fā)射RF脈沖后激發(fā)1H群，改變1H群的進(jìn)動狀態(tài)，MZ逐漸變小，同時在XY平面產(chǎn)生MXY，產(chǎn)生MR信號。平衡態(tài)：人體進(jìn)入B0后形成并保持穩(wěn)定的MZ的狀態(tài)。但是一種動態(tài)平衡，處于高、低兩種能級的質(zhì)子之間不斷地交換。激發(fā)態(tài)：系統(tǒng)吸收射頻能量后的不穩(wěn)定狀態(tài)。

三、自旋弛豫（一）弛豫概念實際成像中RF對自旋系統(tǒng)的激發(fā)作用是瞬間即逝，一旦RF脈沖停止，質(zhì)子即迅速由激發(fā)態(tài)向原來的平衡狀態(tài)恢復(fù)，“弛豫”（relaxation）：系統(tǒng)由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至平衡狀態(tài)的過程。弛豫過程中同步發(fā)生：

縱向弛豫（longitudinalrelaxation）：縱向磁化矢量MZ逐步恢復(fù)的過程；橫向弛豫（transverserelaxation）：橫向磁化矢量MXY逐步消失的過程。三、自旋弛豫（一）弛豫概念★M的弛豫過程

縱向弛豫：RF脈沖停止后，MZ由最小恢復(fù)到原來大小的過程稱（自旋-晶格弛豫spin-latticerelaxation或T1弛豫）?？v向弛豫時間T1：T1=縱向磁化矢量從最小值恢復(fù)到平衡態(tài)磁化矢量63%的時間。三、自旋弛豫（二）縱向弛豫影響T1因素（1）縱向弛豫時間T1具有場強依賴性。在較強磁場中質(zhì)子的進(jìn)動頻率較快，同種組織，B0的場強越高，T1就越長；反之則短。（2）T1與組織分子的大小有關(guān)。

中等大小的分子（脂肪分子）弛豫較快，T1較短；大分子（蛋白質(zhì)）的熱運動頻率較慢，水和蛋白的弛豫較慢，T1較長。三、自旋弛豫（二）縱向弛豫“飽和”的概念射頻脈沖激發(fā)后，縱向磁化矢量MZ被翻轉(zhuǎn)，然后MZ會慢慢恢復(fù)，但如果射頻脈沖之間的時間t間隔過短，則MZ僅有部分恢復(fù)，稱作部分飽和，組織信號有所降低；若縱向磁化MZ沒有恢復(fù)，稱作完全飽和，組織信號為零。三、自旋弛豫（二）縱向弛豫橫向弛豫：RF脈沖停止后，MXy逐漸消失的過程稱（自旋-自旋弛豫spin-spin

relaxation或T2弛豫）。T2=橫向磁化矢量減少到最大值的37%的時間。三、自旋弛豫（三）橫向弛豫三、自旋弛豫（三）橫向弛豫影響T2因素（1）組織的成份和結(jié)構(gòu)；（2）T2值的大小與B0場強大小無關(guān)。三、自旋弛豫（四）T1值和T2值比較縱向弛豫和橫向弛豫是同時發(fā)生的，T2值比T1值短，短多少依賴于組織的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)。純水中，T2值接近于T1值；在多數(shù)組織中，T2值比T1值短得多。

三、自旋弛豫（四）T1值和T2值比較組織T1

T2

質(zhì)子密度（%）0.2T1.0T1.5T脂肪白質(zhì)灰質(zhì)腦脊液肌肉2403904901400370--6208102500730--7189983000860607691140509.610.610.610.89.3由于MXY的進(jìn)動和弛豫，在線圈兩端就會感應(yīng)出交流電勢，線圈接收到的電勢V的大小與MXY的大小有關(guān)：V∝MXYcosωt

V與MXY成正比，以拉莫頻率振蕩變化。

自由感應(yīng)衰減（freeinductiondecay，F(xiàn)ID）：90o脈沖后弛豫過程中，由于T2弛豫的影響，MXY隨時間衰減，磁共振信號呈指數(shù)曲線形式衰減的這個信號。四、自由感應(yīng)衰減信號FID信號的強度按指數(shù)規(guī)律衰減，強度的大小與T1、T2以及組織的ρ有關(guān)，F(xiàn)ID是MRI系統(tǒng)的信號源。

MR信號除FID，還有：自旋回波信號、梯度回波信號、刺激回波信號等，這些信號需要使用特定的射頻脈沖和梯度脈沖。四、自由感應(yīng)衰減信號不同組織之間信號強度的差異形成組織間對比，對比度的主要決定因素是：

①T1的固有差別，即組織間T1值的差別；②T2的固有差別，即組織間T2值的差別；③組織氫質(zhì)子密度的差別；④流動效應(yīng)