這個關於不同場強射頻場電磁波波長的論述大多來源於一篇綜述文獻(這篇文獻論述了很多情況,十分值得閱讀學習,文末附下載連結):
那麼什麼是相對介電常數呢?
在這裡,我們無從得知人體的相對介電常數是多少,但是我們通常以水模(water phantom)來模擬替代人體的研究,因為我們人體內含有大量的水。不論是此處,還是 CT 輻射劑量的測量,還是 MRI 中 SAR 值的模擬計算等。
那麼我們人體溫度大約為 37℃,水的相對介電常數在此溫度下是多少呢?
Water is a polar liquid with a static relative permittivity of approximately 80 (20 °C), falling to 73 at 37 °C.
電磁波在真空中的傳播速度為:299792458m/s;3.0T 射頻電磁波頻率 f=127.74MHz;水的相對介電常數 εr(H2O)=73(無量綱);代入計算得波長 λ=0.275m,接近文獻中所給的值 0.26m,但仍有些許誤差,我想是因為引入的相對介電常數值有差異和或電磁波速度、頻率計算值有些誤差,但不影響我們對於知識的理解。另外,人體還不是純水,所以又會有些許誤差。另外,電磁波的頻率對水的相對介電常數也有影響:
從上述圖表中可以看出,在 1GHz 以內,水的相對介電常數是基本不變的,而我們人類臨床/科研磁共振所使用的場強在 7T 以內,所對應的共振頻率/射頻頻率遠小於 1GHz,屬於 MHz 級別。The wavelength of the RF at the 1H Larmor frequency at 3 T in the medium water is similar to the dimensions of the body trunk in axial sections as demonstrated in Fig. 1. These dimensions have to be considered, since modern scanners use RF excitation perpendicular to the body axis.這裡提到,射頻電磁波的激勵方向是垂直於人體短軸,就是下圖所示嗎:其實電磁波在傳播時從一種介質傳播到另一種介質中時,會發生折射和反射。最簡單的理解就是太陽從空氣中傳播到水中發生折射和反射:其實射頻脈衝的激發、傳播真的挺複雜的,不甚明了,還需持續學習。另外,飛利浦 MR 有一個 ENCASE 技術,它的射頻激發方向也挺特別的,矢狀位激發,冠狀位採集:
回到一開始的討論,1.0T 79cm, 1.5T 52cm, 3.0T 26cm, 7.0T 11cm。那麼由於 1.5T 及以下場強的電磁波波長比人體直徑要大的多,一般不會在體內發生駐波效應;而 3.0T 及以上場強中,會發生駐波效應,從而導致 B1 場在體內局部產生相干,有兩種,一種是建設性增強,另一種是破壞性減弱,即我們通常所說的介電效應/介電偽影。其實這一偽影在理論上也沒有統一論述,另一說電磁波的電場分量與人體相互作用。總之,統稱為介電效應,由於 B1 場不均勻性而導致。但是在 3.0T 場強下,通常腹水的病人檢查腹部經常會出現介電偽影,我想這不僅跟波長的解釋相關,跟腹腔內的電解質水也很相關,即電磁場的電場分量 E 與電解質的相互作用。總之,它產生了。
↑↑上述資料來源於《Questions and Answers in MRI》
提取碼:xihu
(2)《Questions and Answers in MRI》資料分享:
長按二維碼關注CTMR技術園
獲取更多原創分享
歡迎加我個人微信
共同學習,共同探討,共同進步!
Long-press QR code to transfer me a reward
原創不易,讚賞多少都是鼓勵。
As required by Apple's new policy, the Reward feature has been disabled on Weixin for iOS. You can still reward an Official Account by transferring money via QR code.