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在上一节，学习了为什么要进行脂肪抑制，也就是进行压脂的意义，脂肪抑制技术的理解【一】——压脂意义，今天，要学习的是脂肪抑制的机制是什么，为什么可以进行脂肪抑制，总的来说也就是：①基于水和脂肪的化学位移；②脂肪与其他组织的纵向弛豫（T1驰豫）差异。 01 水和脂肪的化学位移如何产生 磁共振成像的信号来源是氢质子，人体内的来源是水分子和脂肪，因为水分子中的负性氧原子吸引走了覆盖在氢原子核上的保护性周围电子云。这种屏蔽效应使水分子中的氢质子暴露在一个相对较强的局部磁场中，原理就是在同样的外加磁场环境中，由于他们都是同一种原子核，但是他们所处的分子不同，所以周围电子云对原子核的屏蔽不同，而原子核在同样的外加磁场中进动频率就会有差别。因此，水分子的氢质子共振速度略快于脂肪分子中屏蔽程度较高的质子，水和脂肪之间的这种共振频率的差异随着磁场强度的增加而增加，这一现象被称为化学位移。 【图一：水分子】 【图二：脂肪分子】 02 水和脂肪的进动频率相差多少 水和脂肪之间的化学位移已被测得约为百万分之3.5(ppm)。也就是水分子中的氢质子的进动频率比脂肪中的氢质子快3.5ppm，后缀ppm代表百万分之。
化学位移以比率的形式给出，因为实际频差(以Hz为单位)将取决于施加的外加磁场。计算实际的脂肪与水的频率差很简单，只需将使用的任何场强下的拉莫尔频率乘以3.5ppm或3.5x10?6即可，也就是根据Larmor方程进行计算： ω=γ?B 式中为ω 为Larmor频率，γ为磁旋比(γ对于某一种磁性原子核来说是个常数，氢质子的γ约为42.5MHz/T)，B为主磁场的场强,单位为特斯(T)，所以，在1.5T的设备上，质子的进动频率是63.87MHz，在3T的设备上，质子的进动频率是127.74MHz。在1.5的设备上，水和脂肪的相差是 (64 MHz)·(3.5 ppm) = (64 x 106Hz)·(3.5 x10?6) ≈ 220Hz，【6和?6代表六次方和负六次方】，在3T的设备上，二者的相差是440Hz。因此，这就是频率选择饱和法脂肪抑制的应用原理。 03 同、反相位的定义 因为水质子和脂肪质子的共振频率有所不同，所以它们的自旋随着时间的变化而出现同相位和反相位，该相位循环的周期为1/Δf，其中Δf是自旋之间的频率差异。因此，在1.5T时，相位循环周期为1/220 Hz或约4.4ms。 【图四：同、反相位原理】 原理如上图也就是当射频脉冲刚激发完的时刻,脂肪和水的宏观横向磁化矢量的相位一致,被称为同相位,这时如果采集信号,则像素的信号强度为水信号与脂肪信号相加;射频脉冲关闭后,由于水分子中氢质子的进动频率比脂肪中的氢质子要快,到某一时刻采集,水的宏观横向磁化矢量将比脂肪的宏观横向磁化矢量快180°,即水的宏观横向磁化矢量与脂肪的宏观横向磁化矢量相差180°,被称为反相位,这吋采集信号则像素的信号强度为水信号与脂肪信号相减。
同相位和反相位情况在每个周期发生两次，或在1.5T时大约为每2.2ms出现一次。(在3.0T时，相位循环速度是原来的两倍，每1.1ms发生一次)，所以在1.5T上的话、2.2、6.6ms的TE下获得的梯度回波图像称为反相位(out of-phase)；在4.4、8.8等处获得的图像称为同相位(in-phase)。讲述同、反相位的目的就是为了后面便于Dixon技术（水-脂分离技术）的理解。 ①脂肪组织的自由进动频率接近于氢质子的自由进动频率； ②人体内，脂肪组织的纵向驰豫速度最快，它的T1值最短，约为200-250ms，而人体其他组织的T1值在700ms左右，所以，脂肪组织是明显短于人体其他组织的。 因此，脂肪抑制的几种技术都是通过水和脂肪的化学位移差别与脂肪和其他组织的纵向弛豫差别这两种特性进行压脂的。 |
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