核磁共振T1弛豫時間 縱向弛豫過程及磁共振造影劑測試應用

　　弛豫過程

　　在核磁共振現象中，弛豫是指原子核發生共振且處在高能狀態時，當射頻脈衝停止後，將迅速恢復到原來低能狀態的現象。恢復的過程即稱為弛豫過程，它是一個能量轉換過程，需要一定的時間反映了質子系統中質子之間和質子周圍環境之間的相互作用。

　　完成弛豫過程分兩步進行，即縱向磁化強度矢量Mz恢復到最初平衡狀態的M0和橫向磁化強度Mxy要衰減到零，這兩步是同時開始但獨立完成的，下面將簡單介紹縱向弛豫過程和弛豫時間T1。

　　熱力學的一個普通原理就是所有的系統都趨向於自己最低的能態。縱向弛豫過程就是質子與周圍物質進行熱交換，或者說質子將多餘能量通過晶格擴散出去，使其從高能級躍遷到低能級，因此

　　這一過程又稱為自旋-晶格弛豫過程。

　　T1弛豫時間描述了自旋系統，兩能級布局數從開始到熱平衡的快慢。

　　下圖給出了由4個質子組成的系統之弛豫過程

(a)表示最初平衡狀態，4個質子均處在低能級形成最初的縱向磁化強度矢量M0;(b)為π/2脈衝激發後的非平衡狀態，低能級的高能級質子數相等，此時縱向磁化強度為零;

　　(c)與(d)表示進行的縱向弛豫過程,在這一過程中縱向磁化強度逐漸從零恢復到最初情況，這裡沒有考慮到橫向弛豫過程。

　　縱向磁化強度分量Mz向平衡狀態的M0恢復的速度與它們離開平衡位置的成都成正比，當π/2脈衝作用後，可得到縱向磁化強度Mz的恢復表達式：

　　Mz(t)=M0(1-e-t/T1)

　　上式中的T1稱為縱向弛豫時間(longitudinal relaxation time)簡稱T1，通常用Mz由零恢復到M0的63%時所需要的時間來確定T1，即縱向弛豫時間T1為Mz恢復到0.63M0時所需的時間，如下圖所示：

　　縱向弛豫時間T1的大小取決於外磁場和質子與周圍環境之間的相互作用(即組織的性質)。它是組織的固有特性，在外磁場給定後，不同組織的T1值都有相應的固定值，但不同的組織T1值是有很大的差異的。

　　外磁場B0(B0的大小)對組織的縱向弛豫時間T1也有影響，大多數組織的縱向弛豫時間T1隨外磁場的B0的減小而變小。但對於純水(又稱為自由水或游離水)來說卻並非如此，其T1值不隨外磁場強度變化而變化。

　　縱向弛豫時間應用案例--造影劑弛豫率的測試：

　　核磁共振造影劑是為增強影像對比效果而使用的製劑，其通過影響周圍組織的弛豫快慢從而間接地改變組織信號的強度，增加組織或器官的對比度。根據顯像特點，可以將造影劑分為陽性造影劑( positive contrast agent) 和陰性造影劑( negative contrast agent) . 陽性造影劑會使影像比正常狀態更為明亮變白，主要影響縱向弛豫時間T1值的變化，陽性造影劑又稱為T1造影劑。而造影劑的弛豫效率是評價造影劑性能的主要參數之一。

　　下圖為T1造影劑弛豫率測試曲線：

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