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T1与T2的奥秘：你知道这两个时间常数对影像有何影响吗？
在磁共振成像（MRI）与核磁共振光谱（NMR）中，透过均匀的磁场产生可观察的核自旋极化（磁化）。这个磁场使样本的磁偶极矩以核自旋的共振频率进行进动。在热平衡时，核自旋随着外加磁场随机进动，当受到与磁场垂直的共振频率的无线电频率（RF）脉冲刺激时，它们会突然变得相位相干。 RF脉冲会干扰自旋态的分布，使得生成的横向磁化能够在RF线圈中诱发信号，这个信号可以被接收器检测并放大。在磁化返回到热平衡值的过程中，称为自旋-晶格弛豫，而失去自旋相位相干的过程则称为自旋-自旋弛豫，这是观察到的自由感应衰退（FID） 。
当自旋-1/2核（例如1H）受到热平衡的状态时，具有朝向外部磁场的自旋N-和相反方向的自旋N+之间的极化，根据玻尔兹曼分布来确定。
T1与T2
在RF诱导的NMR自旋极化衰退中，通常以两个不同的过程及其各自的时间常数来表征。第一个过程被称为T1，这是随着脉冲激发后恢复共振强度的过程；而第二个过程，即T2，则是与共振的宽度或广度有关。简而言之，T1是核自旋磁化向量M在外部磁场B0（常规上指定为z轴）方向上的回复时间常数，T2则描述垂直于B0的M的相干分量的衰减。
T1限制了脉冲重覆率，并影响NMR光谱被获取的整体时间。 T1的数值范围从毫秒到几秒，依赖于分子的大小、溶液的黏度、样品的温度以及可能存在的参磁物质（例如O2或金属离子）。
T1
纵向（或自旋-晶格）弛豫时间T1是核自旋磁化的z分量Mz向其热平衡值的恢复衰减常数。一般情况下，Mz(t)的公式如下：
Mz(t) = Mz, eq - [Mz, eq - Mz(0)] e^(-t / T1)
在某些特定情况下，如果M被倾斜到xy平面，则Mz(0) = 0，恢复公式简化为：
Mz(t) = Mz, eq (1 - e^(-t / T1))
这意味着在一个时间常数T1后，磁化将恢复到其平衡值的63%。在反转恢复实验中，常用来测量T1值，初始的磁化被反转。
T2
横向（或自旋-自旋）弛豫时间T2则是垂直于B0的M分量的衰减常数。初始的xy磁化在时间零的衰减公式为：
Mxy(t) = Mxy(0) e^(-t / T2)
这表示横向磁化向量在一个时间常数T2后将下降至原始幅度的37%。 T2弛豫是一个复杂的现象，基本上对应于横向核自旋磁化的去相干。
T1与T2的关系
在NMR系统中，T1与T2的关系是绝对真实的，通常T1大于T2。在大多数情况下，这会限制在实验中所获得数据的精确性与时间。
这种性质可能直接影响到医疗影像，特别是在识别不同组织类型时，T1与T2的差异能提供关键线索。
为什么这些知识重要？
理解T1与T2的弛豫过程不仅在于基础科学的探索，更直接影响到临床影像的准确性以及诊断的准确率。这些参数可以在不同的样本中显示替代物质和病变的影响，从而对医学诊断提供更深刻的见解。
那么，这些时间常数在未来的医疗影像里又将如何改变我们的诊断与治疗模式呢？
