弛豫现象(relaxation phenomena)

2021-03-01 11:07:05 浏览:2383

定义

在核磁共振现象中,弛豫是指原子核发生共振且处在高能状态时,当射频脉冲停止后,将迅速恢复到原来低能状态的现象。弛豫现象是一个能量转换过程,需要一定的时间反映了质子系统中质子之间和质子周围环境之间的相互作用。

磁共振中完成整个驰豫过程分两步:横向驰豫和纵向驰豫,即纵向磁化强度矢量Mz恢复到最初平衡状态的M0和横向磁化强度Mxy要衰减到零,这两步是同时开始但独立完成的。

纵向驰豫,又叫自旋-晶格驰豫过程,因为任何宏观样品均可看成 N 个小磁矩的 自旋系统和它所依附的晶格系统组成,系统之间不断发生相互作用和能量交换。在纵向弛豫过程中,自旋系统把从射频场吸收的能量(磁能)交给周围环境(晶格),并转变为晶格的热能。经历自旋-晶格弛豫时间 t1后,粒子数差上升到平衡值 n0的 1/e ( ≈ 63% ),使磁化强度纵向 分量 Mz 亦随之相应的增加,故 t1 又称为纵向弛豫时间。

横向驰豫,又叫自旋-自旋驰豫过程,在横向弛豫过程中仅在自旋体系内部(核自旋与相邻核自旋之间)交换能量而不与外界交换能量,故核自旋体系总能量保持不变。它表征由于非平衡态进动位相相关产生的不为零的磁化强度横向分量恢复到平衡态时相位无关(相位随机分布)所需要的特征时间。

t1的大小受到核的种类、样品状态温度的影响。对于一般的液体,由于分子的布朗运动剧烈,t1较短;而对于固体,由于分子热运动受到很大的限制,t1很长。

而t2则主要受核自旋的局部磁场的影响,在液体中,分子布朗运动会使得局部磁场被抵消,t2值较短,但对于固体,局部磁场主要来自于磁偶极-偶极的相互作用,各核位置相对固定,能量易于在核自旋间转移,所以t2特别短。

在MRI成像中,每个体素中氢质子的含量不同,氢质子受周围环境影响也会改变弛豫时间,含有不同的组织的体素之间会产生弛豫时间的差别。即同为氢质子,静磁场强度也一致,但因组织结构的差别,造成氢质子之间弛豫时间的差别,把这些弛豫时间的差别用电信号记录下来并且数字化,就成为磁共振成像的基础。

参考文献

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[5] Ernst, Richard R., Geoffrey Bodenhausen, and Alexander Wokaun. Principles of nuclear magnetic resonance in one and two dimensions. Vol. 14. Oxford: Clarendon press, 1987.

磁共振

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