通过施加RF脉冲ω1ω0\omega_1 \omega_0ω1​ω0​代表氢质子的进动频率代表射频脉冲频率可以产生核磁共振现象从而改变人体宏观磁化矢量方向达到激发的目的。由于宏观磁化矢量和主磁场方向不同可以通过接收线圈探测人体的磁共振信号。不同磁场强度切割线圈产生不同的感应电流我们接收到的磁共振信号其实是一组电信号存在振幅信号强度大小、频率、相位等反映信号特征的参数。分析这些特征参数可以解读磁共振信号包含的信息。磁共振信号一般满足两个特征周期性和指数性衰减。弛豫relaxation高能级的氢质子对外释放能量从不稳定的高能级状态返回到稳定的低能级状态这个过程叫弛豫。在宏观磁化矢量恢复到平衡状态的过程中把弛豫过程分成相对独立的两个过程纵向弛豫longitudinal relaxation和横向弛豫transverse relaxation。纵向弛豫又叫自旋-晶格弛豫spin-lattice relaxation是指吸收了能量的跃迁至高能级的氢质子将能量释放到其他周围晶格中恢复到低能级稳态的过程。简单来说纵向弛豫代表宏观磁化矢量逐渐恢复到纵向也就是M0M_0M0​的过程。Mz(t)M0×[1−e−tT1]M_z(t) M_0 \times \left[ 1 - e^{-\frac{t}{T_1}} \right]Mz​(t)M0​×[1−e−T1​t​]MZM_ZMZ​为ttt时刻纵向磁化矢量的分量M0M_0M0​为初始状态的宏观磁化矢量eee为自然底数2.718T1T1T1是纵向弛豫常数定义为纵向磁化矢量恢复到最初的63%所需要的时间。不同组织的T1T1T1值是不同的主要取决于组织的结构、温度、外加主磁场强度。如果在温度和外加主磁场相同的情况下T1T1T1越小组织的纵向弛豫越快恢复的纵向磁化矢量越大。横向弛豫过程是描述发生在水平方向的磁化矢量的变化过程该过程不涉及能量交换而是自旋质子之间自发的散相下文会解释导致磁化矢量不断衰减又叫自旋-自旋弛豫spin-spin relaxation。横向弛豫表现为一个快速下降的指数函数MXY(t)M0×e−tT2M_{XY}(t) M_0 \times e^{-\frac{t}{T_2}}MXY​(t)M0​×e−T2​t​MXYM_{XY}MXY​为ttt时刻纵向磁化矢量的分量M0M_0M0​为初始状态的宏观磁化矢量eee为自然底数2.718T2T2T2是横向弛豫常数定义为横向磁化矢量衰减为最初的37%所需要的时间。不同组织的T2T2T2值是不同的主要取决于组织的结构外加主磁场强度对T2T2T2影响不大。T2T2T2越小衰减越快线圈探测到的磁共振信号越低。磁共振探测的信号主要是横向磁化矢量。当RF脉冲作用时所有质子的相位都是一致的这个过程叫聚相此时横向磁化矢量最大。当RF脉冲停止作用时弛豫过程开始自旋质子相位逐渐不一致导致散相de-phase。横向磁化矢量开始衰减。导致散相的因素①每个自旋质子周围的磁场环境有轻微的不同且彼此相互影响导致其进动频率有轻微不同产生相位差。内因这种情况下横向磁化矢量按照T2T2T2为特征值的指数函数衰减。②外加主磁场本身在空间上不完全均匀导致不同位置的质子的磁场环境不同加速了其进动频率差异导致相位分散。外因这种情况下衰减得更快用T2∗T2^*T2∗或者T2T2T2star表示结合内因外因的弛豫。T2∗T2^*T2∗弛豫是因为主磁场的不均匀它是可恢复的而加了梯度场后引入了新的磁场不均匀也就是产生了T2∗∗T2^{**}T2∗∗弛豫也是可恢复的。也可以通过人为在主磁场外再施加梯度磁场加大磁场的差异这样可以加速水平方向磁共振信号的衰减。空间饱和技术就是利用了这种原理。纵向弛豫和横向弛豫是两个彼此独立的过程但几乎同时发生没有先后顺序。一般来讲T1T1T1值远大于T2T2T2值即横向弛豫都远远快于纵向弛豫。正是由于横向弛豫远远快于纵向弛豫磁共振系统才能通过 “多个RF脉冲反复激发” 实现信号的高效采集这也是 MRI 序列如自旋回波、梯度回波设计的核心逻辑之一。由于T2T2T2远快于T1T1T1当MXYM_{XY}MXY​已经完全衰减不会与下一次激发的信号叠加干扰时MZM_ZMZ​仍在缓慢恢复过程中尚未完全回到M0M_0M0​但已具备一定的 “剩余纵向磁化”。此时施加第二个 RF 脉冲仍能将当前的纵向磁化 “翻转” 为新的横向磁化MXY′M_{XY}MXY′​产生可探测的信号 —— 这就是 “反复激发” 的物理基础。虽可反复激发但需控制 RF 脉冲的 重复时间TRTRTRTRTRTR不能太短需保证每次激发前纵向磁化有足够的恢复量否则多次激发后MZM_ZMZ​会越来越小信号逐渐消失即 “纵向磁化耗竭”。因此TRTRTR通常设置为T1T1T1的 0.5~1.5 倍平衡 “效率” 与 “信号强度”。**布洛赫方程Bloch Equations是磁共振MRI、NMR领域的核心数学工具用于定量描述磁性原子核在静磁场、RF脉冲和弛豫过程中的磁化矢量演化规律。它是理解磁共振信号产生、弛豫现象及序列设计的基础。dM⃗dtγM⃗×B⃗−MXi⃗MYj⃗T2−MZ−M0T1k⃗\frac{d\vec{M}}{dt} \gamma \vec{M} \times \vec{B} - \frac{M_X \vec{i} M_Y\vec{j}}{T_2} - \frac{M_Z - M_0}{T_1} \vec{k}dtdM​γM×B−T2​MX​iMY​j​​−T1​MZ​−M0​​k本文乃读书笔记非创作