核磁共振T1弛豫時間 縱向弛豫過程及縱向弛豫意義

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，當射頻脈沖停止后，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M_z恢復到zui初平衡狀態的M₀和橫向磁化強度M_xy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于自己zui低的能態。縱向弛豫過程就是質子與周圍物質進行熱交換，或者說質子將多余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zui初平衡狀態，4個質子均處在低能級形成zui初的縱向磁化強度矢量M₀；（b）為π/2脈沖激發后的非平衡狀態，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zui初情況，這里沒有考慮到橫向弛豫過程。

縱向磁化強度分量M_z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脈沖作用后，可得到縱向磁化強度M_z的恢復表達式：

M_z(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M_z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M_z恢復到0.63M₀時所需的時間，如下圖所示：

縱向弛豫時間T1的大小取決于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，在外磁場給定后，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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