自旋回波

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自旋回波,是磁共振現(xiàn)象中的一種訊號(hào)來源,相對于第一個(gè)射頻脈沖(RF pulse)激發(fā)后立刻出現(xiàn)的自由感應(yīng)衰減(FID),自旋回訊是透過第二個(gè)射頻脈沖之后,將失相的磁化向量重新聚焦(refocus)而長回來的訊號(hào)?!白孕赜崱笔琼?xiàng)歷史名詞,若從意義上來看,稱之為射頻回訊(RF echo)可能更為貼切,以其為射頻聚焦造成的回訊,相對于利用梯度反轉(zhuǎn)達(dá)成聚焦的梯度回訊(gradient echo)。

目錄

歷史

核磁共振(時(shí)稱“核感應(yīng)”,Nuclear induction)發(fā)現(xiàn)后不久,埃爾溫·翰(Erwin L. Hahn)于1950年的《物理評(píng)論》雜志發(fā)表了一篇名為“自旋回訊”的文章,首次介紹了這個(gè)現(xiàn)象。為了紀(jì)念他,他所提出的“單一自旋回訊磁振脈沖序列”方法以及相應(yīng)產(chǎn)生的訊號(hào),也稱作“翰回訊”(Hahn echo)[1]。

機(jī)制

在射頻激發(fā)之后,熱平衡態(tài)的磁化向量(磁向量)M0部分或全部被翻轉(zhuǎn)到垂直主磁場的橫平面上,產(chǎn)生了自由感應(yīng)衰減(FID)這種訊號(hào)。由于局部磁場不均勻、化學(xué)位移等等因素,使得自旋不完全是處在預(yù)想的共振頻率上(由主磁場強(qiáng)度與核種決定),事實(shí)上有不同的共振頻率與旋進(jìn)速率。隨著時(shí)間,這樣的離共振現(xiàn)象使得橫磁向量不再處在同一方向上,使得橫磁向量的向量和變小,即造成訊號(hào)強(qiáng)度變小。這是自由感應(yīng)衰減(FID)的機(jī)制。

自旋回訊的產(chǎn)生,是額外加上一個(gè)聚焦用的射頻脈沖,傳統(tǒng)是用翻轉(zhuǎn)角180度的脈沖。其作用在于將不同旋進(jìn)速率的自旋一下子反轉(zhuǎn),變成跑得快的在后,跑得慢的在前。隨著時(shí)間,跑得快的漸漸追上跑得慢的,則橫磁向量漸漸排在一起;當(dāng)排在同一方向上時(shí),可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)自旋訊號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最高峰。

整段過程訊號(hào)慢慢回復(fù),到達(dá)最高峰,再慢慢消逝;相對于自由感應(yīng)衰減是一激發(fā)就出現(xiàn)的自旋反應(yīng)訊號(hào),其與激發(fā)當(dāng)下隔了一段時(shí)間,像個(gè)回音(echo)一樣,而其又來自于射頻聚焦,故應(yīng)稱為“射頻回訊”,但因歷史因素,多稱為“自旋回訊”。

訊號(hào)強(qiáng)度

自旋回訊的模擬范例。

圖左側(cè)為自由感應(yīng)衰減,向右經(jīng)過一些時(shí)間后出現(xiàn)自旋回訊,并在回訊時(shí)間(TE)達(dá)到最高峰。

設(shè)定參數(shù):橫向弛緩時(shí)間(T2)為120毫秒,回訊時(shí)間(TE)為100毫秒。自由感應(yīng)衰減最初強(qiáng)度設(shè)定為1。 自旋回訊最高峰的訊號(hào)強(qiáng)度(SISE,max)受到橫向弛緩的影響,與FID最初時(shí)間點(diǎn)的訊號(hào)強(qiáng)度(SIFID)相比,呈現(xiàn)了與回訊時(shí)間(echo time, TE)以及橫向弛緩時(shí)間(T2)相關(guān)的指數(shù)衰減:

SI_{SE,max}=SI_{FID} \cdot e^{-TE/T_2}

以右圖的例子為例:TE為100毫秒,T2為120毫秒,則自旋回訊(最高峰)的強(qiáng)度衰減至原來FID的exp(-100/120) \approx 0.435。

與梯度回訊的比較

請參見梯度回訊#與自旋回訊的比較|此條目段落。

其他意涵

自旋回訊也是一大類磁振脈沖序列的總稱,包括有先前提過的“翰回訊”以及它的造影版本、“CP自旋回訊磁振脈沖序列”[2]、“CPMG自旋回訊磁振脈沖序列”[3],更廣義的還包括了磁振造影中的“快速自旋回訊磁振脈沖序列”。其中,C是Carr字首、P是Purcell字首、M是Meiboom字首、G是Gill字首,是核磁共振歷史中研究自旋回訊的幾位貢獻(xiàn)者姓氏。

另外,在磁振造影方面,單講“自旋回訊磁振脈沖序列”通常是指“翰回訊”的造影版本。

參考文獻(xiàn)

  1. ^ 翰回訊:Hahn EL “自旋回訊”("Spin Echoes") 《物理評(píng)論》雜志(Physical Review) 80 (1950): pp.580–594 Acrobat? PDF
  2. ^ CP自旋回訊:Carr HY, Purcell EM. "Effects of Diffusion on Free Precession in Nuclear Magnetic Resonance Experiments" 《物理評(píng)論》雜志(Physical Review) 94(1954): pp.630-638 Acrobat? PDF
  3. ^ CPMG自旋回訊:Meiboom S, Gill D. "Modified Spin-Echo Method for Measuring Nuclear Relaxation Time" The Review of Scientific Instruments 29(8) (1958): pp.688-691

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參考來源

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