核磁共振T1弛豫時(shí)間 縱向弛豫過程及縱向弛豫意義

弛豫過程
在核磁共振現(xiàn)象中，弛豫是指原子核發(fā)生共振且處在高能狀態(tài)時(shí)，當(dāng)射頻脈沖停止后，將迅速恢復(fù)到原來低能狀態(tài)的現(xiàn)象。恢復(fù)的過程即稱為弛豫過程，它是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，需要一定的時(shí)間反映了質(zhì)子系統(tǒng)中質(zhì)子之間和質(zhì)子周圍環(huán)境之間的相互作用。

完成弛豫過程分兩步進(jìn)行，即縱向磁化強(qiáng)度矢量M_z恢復(fù)到zui初平衡狀態(tài)的M₀和橫向磁化強(qiáng)度M_xy要衰減到零，這兩步是同時(shí)開始但獨(dú)立完成的，下面將簡(jiǎn)單介紹縱向弛豫過程和弛豫時(shí)間T₁。

熱力學(xué)的一個(gè)普通原理就是所有的系統(tǒng)都趨向于自己zui低的能態(tài)。縱向弛豫過程就是質(zhì)子與周圍物質(zhì)進(jìn)行熱交換，或者說質(zhì)子將多余能量通過晶格擴(kuò)散出去，使其從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，因此
這一過程又稱為自旋-晶格弛豫過程。
T1弛豫時(shí)間描述了自旋系統(tǒng)，兩能級(jí)布局?jǐn)?shù)從開始到熱平衡的快慢。

下圖給出了由4個(gè)質(zhì)子組成的系統(tǒng)之弛豫過程
（a）表示zui初平衡狀態(tài)，4個(gè)質(zhì)子均處在低能級(jí)形成zui初的縱向磁化強(qiáng)度矢量M₀；（b）為π/2脈沖激發(fā)后的非平衡狀態(tài)，低能級(jí)的高能級(jí)質(zhì)子數(shù)相等，此時(shí)縱向磁化強(qiáng)度為零；
（c）與（d）表示進(jìn)行的縱向弛豫過程,在這一過程中縱向磁化強(qiáng)度逐漸從零恢復(fù)到zui初情況，這里沒有考慮到橫向弛豫過程。

縱向磁化強(qiáng)度分量M_z向平衡狀態(tài)的M₀恢復(fù)的速度與它們離開平衡位置的成都成正比，當(dāng)π/2脈沖作用后，可得到縱向磁化強(qiáng)度M_z的恢復(fù)表達(dá)式：

M_z(t)=M₀（1-e^-t/T1）

上式中的T1稱為縱向弛豫時(shí)間（longitudinal relaxation time）簡(jiǎn)稱T1，通常用M_z由零恢復(fù)到M₀的63%時(shí)所需要的時(shí)間來確定T1，即縱向弛豫時(shí)間T1為M_z恢復(fù)到0.63M₀時(shí)所需的時(shí)間，如下圖所示：

縱向弛豫時(shí)間T1的大小取決于外磁場(chǎng)和質(zhì)子與周圍環(huán)境之間的相互作用（即組織的性質(zhì)）。它是組織的固有特性，在外磁場(chǎng)給定后，不同組織的T1值都有相應(yīng)的固定值，但不同的組織T1值是有很大的差異的。

外磁場(chǎng)B₀（B₀的大小）對(duì)組織的縱向弛豫時(shí)間T1也有影響，大多數(shù)組織的縱向弛豫時(shí)間T1隨外磁場(chǎng)的B₀的減小而變小。但對(duì)于純水（又稱為自由水或游離水）來說卻并非如此，其T1值不隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。

縱向弛豫時(shí)間應(yīng)用案例--造影劑弛豫率的測(cè)試：

核磁共振造影劑是為增強(qiáng)影像對(duì)比效果而使用的制劑，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(hào)的強(qiáng)度，增加組織或器官的對(duì)比度。根據(jù)顯像特點(diǎn)，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(huì)使影像比正常狀態(tài)更為明亮變白，主要影響縱向弛豫時(shí)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(píng)價(jià)造影劑性能的主要參數(shù)之一。

下圖為T1造影劑弛豫率測(cè)試曲線：

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