磁共振理论（二）

                           -------青花瓷讲师团

今天的内容有点枯燥，但是磁共振的基础就基于此文，望大家认真阅读理解。

射频脉冲

      射频脉冲在磁共振成像过程中发挥着非常重要的作用，其本质是一定频率的电磁波。此外射频脉冲在磁共振现象中具有两个作用：一是低能级的氢质子吸收射频脉冲的能量跃迁到高能级；二是射频脉冲射频磁场的磁化作用，能够将进动的氢质子方向与射频磁场的方向逐渐趋向一致，变为同步、同速运动，即同相位（in phase）进动。

一、常见射频脉冲及其作用

（一）小角度脉冲θ（偏转小于90°的脉冲），使宏观纵向磁化矢量偏转一定的角度（＜90°），主要用于梯度回波序列及其衍生序列；

（二）90°脉冲，使宏观纵向磁化矢量偏转到XY平面，主要用于自旋回波序列及其衍生序列；

（三）﹣90°脉冲，常见于快速恢复快速自旋回波（FRFSE）序列，能够加快质子宏观纵向磁化矢量的恢复，增加长T2组织的信号强度。

（四）180°反转脉冲，使宏观纵向磁化矢量的方向偏转180°，变为与主磁场方向相反，一般用于反转恢复序列及其衍生序列，临床上应用较多有T1 FLAIR、T2 FLAIR及STIR序列。

（五）180°聚焦脉冲，使失相位的氢质子产生聚相位，主要用于剔除主磁场的不均匀。

横坐标为宏观横向磁化矢量，纵坐标为宏观纵向磁化矢量。

图a：施加主磁场B0；图b：小角度射频脉冲；图c：90°射频脉冲；图d：180°反转脉冲

二、90°射频脉冲的微观和宏观效应

（一）微观效应

90°射频脉冲激发前，人体内低能级氢质子比高能级氢质子多，当施加90°射频脉冲后，有一半的低能级氢质子获得能量跃迁到高能级，此时高能级氢质子与低能级氢质子个数相同，导致宏观纵向磁化矢量相互抵消为零。同时在90°射频脉冲射频磁场的磁化作用下，旋进的氢质子逐渐与射频磁场方向一致，导致氢质子“同相”运动，所有氢质子在同一时刻指向同一方向，即所有核磁矩在此方向上进行叠加，进而在XY平面上形成了一个最大的宏观磁化矢量，我们称为宏观横向磁化矢量。

对于宏观磁化矢量的大小可以用M来表述，即单位体积内所有氢质子核磁矩的矢量和。当人体处于主磁场B0中，宏观纵向磁化矢量Mz为全部核磁矩的总和，此种状态称为平衡状态。当施加射频脉冲后，Mz偏离B0方向，氢质子“同相”运动，在XY平面上投影呈现会聚状态，称为“相位相干”，此时宏观横向磁化矢量Mxy≠0；如果Mz在XY平面上的投影呈现发散的状态，就称为“相位不相干”，Mxy=0。

图a：是人体处于主磁场后体内氢质子的状态，宏观纵向磁化矢量是4个低能级氢质子的宏观纵向磁力分矢量之和，宏观横向磁化矢量的大小是4个氢质子宏观横向磁力分矢量相互抵消为零，即处于“相位不相干”状态，Mxy=0；

图b：是小角度脉冲激发后人体内氢质子的状态，1个低能级质子获得能量跃迁到高能级，宏观纵向磁化矢量的大小是3个低能级氢质子与1个高能级氢质子宏观纵向磁力分矢量之差。此外四个氢质子的核磁矩在小角度脉冲的射频磁场作用下，发生了一定程度的“同相”运动，进而在XY平面上形成一定大小的宏观横向磁化矢量，即Mxy≠0。

图c：是90°射频脉冲激发后体内氢质子的状态，2个低能级质子获得能量跃迁到高能级，宏观纵向磁化矢量是2个高能级与2个低能级氢质子纵向磁力分矢量相互抵消大小为零。同时90°射频脉冲后，四个氢质子的核磁矩发生“同相”运动，进而产生最大的宏观横向磁化矢量Mxy。

（二）宏观效应

     人体处于主磁场B0中，90°射频脉冲发射前，所有氢质子的核磁矩形成一个与主磁场方向相同的最大宏观纵向磁化矢量Mz；90°射频脉冲后，产生一个最大的宏观横向磁化矢量Mxy。随着时间的延长，宏观横向磁化矢量Mxy逐渐减小至零；而宏观纵向磁化矢量Mz不断恢复增大，直至恢复到平衡状态的最大值。  

    从上面微观和宏观方面分析可以看出，人体处于主磁场B0中，未施加射频脉冲前，宏观纵向磁化矢量Mz越大，90°射频脉冲激发后产生的宏观横向磁化矢量Mxy就越大。而宏观纵向磁化矢量Mz的大小与氢质子的密度（含量）成正比（组织中氢质子含量越多，低能级的氢质子比高能级的氢质子就多出更多）， 因此，氢质子密度（含量）越大，90°射频脉冲后产生的宏观横向磁化矢量Mxy就越大，产生的MR信号就越强。反之，氢质子密度（含量）少，宏观横向磁化矢量Mxy就减小，产生的MR信号就越低。

注：“所有梯度类回波的偏转角都是小角度”这句话是错误的！