学习笔记254—磁共振中的T1， T2 和 T2*的原理和区别

从物理的角度，要理解这几个概念的区别,需要对原子核的磁化有所了解，本文通过一些图示对这几个概念进行简明的介绍。

首先，磁共振最基本的原理就是氢原子核在磁场中自旋运动时所具有的量子力学特性。在一个均匀磁场B0中，氢原子核的旋转（spin)会出现两种自旋状态，一种是沿着磁场方向（up状态），一种是沿着磁场反方向（down状态）。旋转的频率与磁场强度相关,称为拉莫频率。平均而言，大部分的原子核是沿着磁场方向旋转的，因此在达到平衡状态下，会产生一个与B0方向的相同的磁化M0 （magnetization），这个M0就是MRI信号的来源。

将B0的方向定义为z轴方向，此次再添加一个方向与与z轴垂直的磁场B1, 让B1也沿着B0的方向以拉莫频率进行旋转:

为了简化起见，设想有一个旋转的参考系，该参考系的旋转频率也是拉莫频率，B1在相对于该参考系而言就是静止的了。在B1的作用下，M0会以B1为旋转轴进行旋转，经过一个很短的时间，M0旋转了90度，落在了x-y平面。

这个B1称为90度脉冲，此时移除B1，x-y平面的磁化为Mxy,其大小与M0相同， z轴方向的磁化为Mz，其大小为0. 顺便说一句，MRI中的信号采集线圈就是测量Mxy的，如果Mxy的大小为0，就没有信号输出。

当B1被移除之后，磁化状态会逐渐恢复到原来的平衡状态，这个过程称为弛豫(relaxation), 具体表现为两方面：Mxy逐渐恢复为0，Mz逐渐恢复到M0。

 Mz在弛豫过程中呈指数增长，其时间常数为T1，Mxy在弛豫过程中呈指数衰减，其时间常数为T2.

T1弛豫的发生是因为旋转核与周围环境（即晶格，lattice）之间有能量交换，引起up状态和down状态的原子核数量发生改变，重新恢复到未加B1的平衡状态时的数量分布，因此Mz会恢复到M0,而T1也称为自旋-晶格弛豫时间。

T2弛豫的发生也有一定程度的上述因素，但除此之外，也因为旋转核相互之间有能量交换，各个原子核旋转的相位变得随机，其磁化向量的净值（Mxy）逐渐衰减。故T2也称为自旋-自旋弛豫时间。

那么问题来了，T2*又是怎么回事呢？

实际上，主磁场B0无法达到绝对的均匀，因为氢原子旋转频率与B0的强度相关，不均匀的B0就会导致不同位置的氢原子旋转频率不一样，因此氢原子的旋转就会不同步，这样就加速了Mxy的衰减，这个衰减也是指数衰减，其时间常数为T2*。T2*比T2要小。
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标签：Mxy,T2,旋转,B0,B1,T1,254,M0
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