定义
弛豫时间反映的是经过射频脉冲作用后,组织中氢质子回到平衡状态下的快慢,是反映生物体组织本身特征的物理量。
在射频脉冲的激发下,人体组织内氢质子吸收能量处于激发状态。射频脉冲终止后,处于激发状态的氢质子恢复其原始状态,这个过程称为弛豫。弛豫时间,则反映的是经过射频脉冲作用后,组织中氢质子回到平衡状态下的快慢。驰豫时间是反映生物体组织本身特征的物理量。在磁共振成像中,在相同的主磁场下,不同的组织弛豫时间有所不同,从而形成组织的 T1加权和 T2加权图像。影响弛豫时间的物理机制是基于1948年( Bloembergen, Purcell and Pound) 的 BPP 驰豫理论[1] 。
根据BPP理论,在弛豫过程中,氢质子将其吸收的能量释放到周围环境中,若质子及所处晶格中的质子也以与Larmor频率相似的频率进动,那么氢质子的能量释放就较快,若分子运动频率远高于或远低于MRI的Larmor频率,那么能量释放的就慢。人体内,不同组织的弛豫时间不同,从而反映了组织的对比度。而影响组织的弛豫时间的因素主要为下列两种因素:
分子运动频率
由于自然情况下的水分子较小,因此它们处于平移、摆动和旋转运动之中,具有非常高的运动频率,这部分水在MRI称为自由水。它的运动频率要远高于MRI的Larmor频率,其T1弛豫时间也远长于身体内其他组织,所以在T1加权像上呈低信号。如果在小分子的自由水中加入大分子的蛋白质,那么具有极性的水分子会被带有电荷的蛋白质分子吸引而结合在蛋白质分子上,从而形成一个蛋白质水化层。接近于Larmor频率。使其T1驰豫时间缩短,故T1加权成像时呈现出高信号改变。这些水分子的自然运动频率就有较大幅度的减少,这部分水又被称为结合水。因此,组织中自由水和结合水的比例是影响成像中弛豫时间的一大重要因素[1] 。
另一方面,脂类分子为中等大小,其运动频率高于蛋白质,低于纯水,与Larmor频率相似,所以T1弛豫时间短,T1加权像呈高信号。
此外,温度也是影响分子运动频率的一大因素,在磁共振成像中,由于人体组织的温度一般在32° ~ 37°之间, 温度对弛豫时间影响不大。但在磁共振温度成像技术如磁共振介入下的消融疗法下,不同组织的温度与驰豫时间的关系会更加显著。
顺磁性物质
顺磁性物质的特点是含有不成对的电子,常见的有铁、铬、钆、锰等金属、稀土元素及自由基。在磁场中顺磁性物质的磁进动与组织内质子进动相互作用,产生一个随机变化的局部微小磁场,这个微小磁场的变化频率与Larmor频率接近,从而使T1弛豫时间缩短。[2]磁共振成像中,为了提高组织对比度,会引入造影剂, 如超顺磁性氧化铁( SPIO),通过缩短质子自旋-自旋横向驰豫时间( T2) 以及有效横向驰豫时间( T2 * ) 来增加病变组织和健康组织的对比度。
驰豫时间加权图像会随着不同的成像条件而有不同的效果。除了以上考虑的因素之外,成像组织环境中弥散程度,扩散情况,流动质子, 以及序列中的梯度场编码等都会对磁共振成像的结果带来较大影响。
参考文献
[1] 苏晋, 袁小燕, 刘小利,等. 磁共振成像中影响组织弛豫时间的理论分析[J]. 山东轻工业学院学报(自然科学版), 2016, 030(003):41-44.
[2] http://www.doc88.com/p-9189497591076.html
[3] https://www.sohu.com/a/297342091_234786