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核磁共振脉冲序列重复时间TR的介绍与TR时间对信号的影响

核磁共振脉冲序列重复时间TR的介绍与设置方法

  纵向弛豫时间T1是组织在特定磁场下的内在特性。人们对MRI脉冲序列的成像参数进行控制,以此来突出或缩小组织之间的T1差异,从而改变组织之间的T1对比。在大多数脉冲序列中,可改变图像T1对比的主要参数是重复时间TR和翻转角,下面将对脉冲序列的重复时间TR进行简要的介绍。  

  若把样本放入MRI的磁体内,会得到暂时的磁化,形成纵向磁化强度矢量M0。然后以拉莫尔频率发射一个射频脉冲,会得到一个自由感应衰减信号FID,它是由整个样本产生的,并没有给我们提供关于信号的来源部位的信息及该信号是没有空间分辨能力的。而为了得到相应的空间信息,我们必须对信号进行空间编码,而对信号进行空间编码是通过MRI设备中的梯度线圈产生的线性梯度场来完成的。  

  为了对信号进行空间编码,我们必须在变化梯度是多次施加射频脉冲,反复施加的射频脉冲顺序称为脉冲序列。每施加一个脉冲,得到一个FID,多次施加射频脉冲,依次得到多个FID。当从多个FID中获得的信息放到一起的时候,我们可以得到生成一副图像的足够信息。  

重复时间(TR)

  这里以π/2脉冲为例,介绍重复时间(TR)。对质子系统施加一个π/2射频脉冲后,再施加一个π/2射频脉冲。这两个π/2射频脉冲之间的时间间隔被称为重复时间(time of repetition,TR)即各次重复射频脉冲之间的时间间隔为重复时间,见图1。


图1.TR代表两个连续的π/2射频脉冲间的时间间隔


  在连续施加π/2射频脉冲的时候,TR对纵向磁化强度Mz恢复有什么影响呢?

  (1)在施加射频脉冲前,质子系统纵向磁化强度矢量M0沿z轴,大小为M0

  (2)当第一个π/2射频脉冲作用后,磁化强度矢量M0翻转到xOy平面内,z轴没有磁化强度矢量的分量,此时的横向磁化强度矢量Mxy的大小为M0

  (3)如果脉冲序列重复时间TR远远大于组织的T1,则在第二个π/2射频脉冲作用前,纵向磁化强度矢量Mz有足够时间恢复到M0,结果第二个π/2射频脉冲激励后翻转到xOy平面内磁化强度矢量的大小仍为M0

  (4)如果重复时间TR接近或小于组织T1,经过TR后,即第二个射频脉冲作用前瞬间,纵向磁化强度Mz仅部分恢复,其大小Mz<M0,在xOy平面的横向磁化强度有部分(或全部)衰减,因横向衰减比纵向恢复要快,可假设Mxy可忽略。当第二个射频脉冲作用后,将把作用前已恢复的Mz翻转到xOy平面,Mz的大小由公式Mz(t)=M0(1-e-t/T1),当t=TR时,有

Mz(TR)=M0(1-e-TR/T1

  该式给出了第二个射频脉冲作用前,已恢复的纵向磁化强度的大小。

  (5)脉冲作用后,Mz将再次开始从零沿z轴恢复,再经过TR,第三个π/2射频脉冲作用后,仅将该射频脉冲作用前已恢复的Mz翻转到xOy平面内,而翻转到xOy平面内的磁化强度更小。但经过多次 射频脉冲作用后,下一次射频脉冲作用后,下一次射频脉冲作用前磁化强度矢量的恢复将达到一个恒定的水平,此种状态称为稳态。图2为多次脉冲激励后获得的稳态。



图2. 多次脉冲激励后获得稳态

  获得稳态之后,才接收FID信号或称为数据采集。假若两种不同的组织具有相同初始纵向磁化强度矢量M0,但纵向弛豫时间T1不同,使用短TR的脉冲序列,则短T1的组织纵向恢复比长T1的组织恢复快。因此,在第二次π/2射频脉冲作用时,短T1组织的纵向磁化强度恢复的将比长T1组织的更多,所以在第二次π/2射频脉冲作用后短T1组织的产生的横向磁化强度也将更大。

 核磁共振实验教学案例展示:不同TR时间与FID信号

图3.TR=100ms时,信号幅值

图4.TR=200ms时,信号幅值

图5.TR=1000ms时,信号幅值

图6.TR=1500ms时,信号幅值

图7.TR=2000ms时,信号幅值
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