核磁共振实验中脉冲序列的特点和应用论文.doc

PAGE7 / NUMPAGES7 核磁共振实验中三种基本脉冲序列的特点和应用 07300300061 武帅 材料物理 摘要 核磁共振实验中，不同射频脉冲会对样品产生不同的激励，这将导致得到的核磁共振信号的差异。因此，射频脉冲序列的恰当选择对实验的结果有着很重要的影响。在本实验中，我们主要使用了三种基本的核磁共振脉冲序列来激励大豆油样品，对其纵向和横向弛豫时间进行测量。本文主要就这三种基本脉冲序列的特点、应用以及演变进行讨论和总结，以达到正确选择脉冲序列来合理测量样品性质的目的。 关键词 核磁共振 射频脉冲 引言 核磁共振原理：对置于外磁场中的自旋核系统，沿着垂直于外场的方向施加一个频率与拉莫尔频率相同的射频电磁场B1，在该作用下，磁化矢量以B1为轴做章动，即圆周运动。施加的射频脉冲使得磁化矢量Mo偏离Z方向一个角度θ，θ=βB1τ，θ=90°的是90°射频脉冲，同样若θ=180°则为180°射频脉冲。 图1 核磁共振原理图 《核磁共振成像技术实验教程》汪宏杰等编著 科学出版社 第5页图1.1.1 施加的射频脉冲使得宏观磁化矢量既以外磁场为轴进动，同时也要在该射频场的作用下章动，这使得宏观磁化矢量M的运动为一条球面螺旋线。这种使得宏观磁化矢量发生偏转的现象即为核磁共振现象。实验中我们使用的是NMI20Analyst 台式核磁共振成像仪，采用脉冲傅里叶变换法（FT-NMR），这种方法中的射频脉冲有一定的时间宽度，射频有一定带宽，相当于多个单频连续波核磁共振波谱仪在同时进行激励，因此在较大的范围内就可以观察到核磁共振现象（NMR）。 弛豫过程：系统从激励状态恢复到原始状态的过程就叫弛豫过程。纵向弛豫时间T1，指的是自旋核释放激励过程中吸收的射频能量返回到基态的过程所用的时间，其快慢主要取决于自旋的原子核与周围分子之间的相互作用情况。横向弛豫时间T2，指的是激励过程使质子进动相位的一致性逐渐散相（即失去相位一致性）的过程，其散相的有效程度与质子所处的周围分子结构的均匀性有关。结构越均匀，散相效果越差。 脉冲序列：由于MR信号（即核共振信号，如FID信号)由横向磁化强度在接收线圈中感应产生，在射频激励后的弛豫过程中被检测到，所以，从特定组织检测的MR信号的强度，不仅与该组织的T1和T2弛豫时间有关，而且，与在弛豫过程中的什么时间测量及用什么方法测量有关。 所谓射频脉冲序列就是指产生并测量MR信号所需要的一组周期性重复的射频脉冲的组合方式和定时关系。最基本的序列有饱和恢复(SR)序列、反转恢复(IR)和自旋回波(SE)序列。这几种序列的射频脉冲按其作用分为射频激励脉冲和信号测量脉冲。MR信号测量从本质上说是测量纵向磁化强度的瞬时值。但是，为了在接收线圈中产生感应信号，需要将纵向磁化强度转变为横向磁化强度。所以，这些脉冲序列都包含为建立横向磁化强度所必需的90°射频脉冲。关于这三种基本脉冲序列的组成和它们测量的MR信号的特点，将分别在下面进一步说明。 饱和恢复序列（SR） 图2.1表示SR序列的射频脉冲的时序，90°射频脉冲只绘出了它的理想化的矩形包络来代表。同时，图中还绘出了90°脉冲激励产生的FID信号和TR期间纵向磁化强度随时间增长的相对值曲线。 特点：SR序列的每个周期只有一个90°射频脉冲，它利用90°脉冲进行射频激励，将平衡磁化强度Mo转变为横向磁化强度，并且立即测量由横向磁化强度感应产生的FID信号。所以，SR序列的90°射频脉冲既是激励脉冲又是测量脉冲。 应用：采用饱和恢复法测量纵向弛豫时间T1 测量过程中，先用90°脉冲将平衡磁化强度Mo变为横向磁化强度，然后，在纵向磁化强度恢复的过程中施加一个90°脉冲对纵向磁化强度进行取样测量。等待纵向磁化强度完全恢复平衡值之后，改变这两个90°脉冲之间的延迟时间TR重复上述测量过程。根据这样反复测量的数据便可描绘出图2.1的第三条曲线。 这条曲线公式为 Mz(t)＝Mo [1一exp(-TR/T1)] 当t＝0时，即在90°脉冲结束的一瞬间，Mz＝0。组织的纵向磁化强度为零，表明这时组织没有产生磁共振信号的能力。这就是90°射频脉冲将组织激励到了饱和的程度。然后，纵向磁化强度在弛豫过程中逐渐恢复。饱和恢复的名称即由此而来。当t＝T1时，Mz＝0．628Mo，这表明，组织的纵向磁化强度从零上升到它的平衡值的0．628倍所需的时间就是这种组织的T1弛豫时间。这实际上就是组织T1弛豫时间的定义。 图2.1 饱和恢复序列原理图 《磁共振成像原理》黄继英等编著 陕西科学技术出版社 图2.2 应用SR测量大豆油样品纵向弛豫时间 采用以上所述的饱和恢复法进行对大豆油样品