MRI基础知识——射频脉冲

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磁共振成像中，最不可或缺的一部分就是射频脉冲（RF脉冲），本期内容详细介绍RF脉冲相关知识。

我们要使得磁场环境下氢质子吸收能量产生共振，关键的因素在于射频脉冲的频率需要等于氢质子的进动频率。假设射频脉冲的频率为ω1，氢质子的进动频率用ω0来表示，则磁共振产生的技术条件就是：ω1= ω0。

所以，对于磁共振成像，RF脉冲是不可或缺的一个条件。

RF脉冲的能量和波长成反比，和频率成正比。临床常用的磁共振，静磁场范围在0.2T~3.0T之间，则我们非常容易计算RF脉冲的频率范围应该在8.5MHz（42.577MHz/T×0.2T）~127.7MHz（42. 577MHz/T×3.0T）之间。而我们习惯用到的接收收音机的调频（Frequency Modulation, FM）广播，其频率范围一般在76MHz~108MHz。和RF射频脉冲频率有很大的重叠范围，这就是磁共振机房为什么需要做严格的屏蔽，以避免外界的不相干电磁波干扰，产生图像伪影。

另外，我们都知道相比于X线和CT检查，磁共振是没有电离辐射的。这也是因为激发人体的RF脉冲的频率波段，波长较长，属于非电离辐射。

前文链接：

关于电离辐射——我们需要知道的

大家经常看书，可能会看到MRI中的各种场。静磁场、射频场、B0场、B1场，梯度场，这么多场，有时候这些概念会让大家产生疑惑或者混淆。

RF脉冲本身就是一个电磁波，满足波的特性，其本身传播的过程也会产生一个磁场，我们把这个磁场叫做射频场，用B1表示。以区别于不变的外加磁场B0场，即静磁场。

如图2所示，变化的电场可以产生磁场，同样变化的磁场也可以产生电场，这样就在空间上形成了电磁场。电场方向和磁场方向是相互垂直的。这样变化的电场产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，结果就是变化的电磁场在空间中不停的传播，形成了电磁波。

对于临床常用的1.5T或3.0T磁共振，B1场的大小一般为5~20μT（1 μT=10^-6T），和主磁场相比是非常小的。

当RF脉冲的频率等于氢质子的拉莫尔频率时，氢质子吸收能量，产生共振，这个过程又被叫做激发。

RF脉冲在MRI中的一个最重要的功能就是起到激发作用。

从微观来看，当RF脉冲频率和氢质子的进动频率一致时，在B0场中的氢质子吸收能量，低能级的氢质子获得能量后，跃迁到高能级。吸收的能量越多，则高能级氢质子的数目越来越多，低能级氢质子数目越来越少，两者数目之间减少。

从宏观来看，高能级氢质子数目越来越多后，当高低能级氢质子数目相等的时候，则在B0方向（即纵向上），高低能级感生的磁场强度将刚好抵消，宏观磁化矢量在纵向上为0。

激发的最终效果就是将纵向净磁化矢量方向翻转。

可以想象，RF脉冲持续的时间越长，则系统中氢质子吸收的能量越多，越来越多的氢质子获得能量跃迁到高能级，高低能级氢质子数目逐渐缩小。当RF脉冲持续作用，系统继续获得能量时，则有可能高能级氢质子数目反而大于低能级，甚至有可能所有氢质子均跃迁成为高能级。这个时候，宏观的磁化矢量方向有可能从原来的朝向B0方向，变为和B0方向相反，即纵向翻转了180°。系统吸收能量后，宏观磁化矢量逐渐偏离B0方向，其与B0方向的夹角，我们把它叫做翻转角（flip angle）。

前文链接：磁共振参数的故事（十一）——翻转角Flip Angle

章动是对RF脉冲作用后，净磁化矢量改变方向改变过程的描述。

射频脉冲的作用不单单只是激发，其主要包括三个作用：激发（excitation）、反转（inversion）、重聚（refocusing）及储存磁化矢量（store）。

大部分RF脉冲的主要作用是激发，也就是作用后使得纵向净磁化矢量翻转，产生横向磁化矢量，从而产生MRI信号，这种RF脉冲又可以叫做激发脉冲。激发的效果一般用翻转角（Flip Angle）或者激发角度来表示。翻转角的大小取决于射频脉冲的能量，而它的能量又是其射频脉冲强度和持续时间的乘积。所以，如果能够缩短射频脉冲的作用时间，则可以提高扫描速度。要达到这个目的，可以采用两种方法，如下图所示：缩小翻转角，比如采用梯度回波序列。或者在同样的翻转角情况下，提高射频脉冲的能量。

180°RF脉冲可以使得纵向磁化矢量M0反转到负的方向，此时的RF脉冲又可以叫做反转脉冲。反转脉冲一般是用于反转恢复序列及磁化准备阶段的准备脉冲。

当然，180°RF脉冲还有一个很重要的作用，就是重聚，它可以使得水平方向的质子群翻转180°到镜像位置。对质子的相位进行重聚产生自旋回波信号，这一点在自旋回波类序列中得以体现。

所以，即使同样是180°的RF脉冲，有可能其功能不同，则分类不同。有可能是反转脉冲，有可能是重聚脉冲。

当然，我们在磁共振参数的故事里讲过，要达到信号重聚产生自旋回波的效果，不一定必须要用180°的RF脉冲，非180°的RF脉冲也可以达到重聚信号的作用。

前文链接：磁共振参数的故事（十二）——重聚角Refocusing Control

另外，非180°的RF脉冲，还有储存磁化矢量在纵向的功能，这种情况常用于非180°的RF重建脉冲并且可以产生受激回波。如果是非180°的射频脉冲，会将水平方向的磁化矢量部分翻转到纵向上，从而达到储存磁化矢量的作用，等下一个射频脉冲后可以产生受激回波信号。在3D的自旋回波序列中，采用连续的小角度射频脉冲得到信号就利用了这一点。

前文链接：磁共振哈恩回波、受激回波的形成机理

RF脉冲一般是由各种射频线圈产生的，这部分在磁共振线圈里有写，这里就不过多赘述了。

前文链接：

磁共振线圈（一）

磁共振线圈（二）

今天这部分内容就介绍到这里，希望对大家有所帮助。这个月欧洲杯足球赛，可能很多老师熬夜看球，注意身体。我到没有怎么看球，但是我也熬夜，熬夜写文章。这篇文章写完已经凌晨04:50了。

公众号写了这么多篇文章，70%的是磁共振相关的，最近又学习了一下，感觉自己好像不懂磁共振了。新序列、新技术太多，而我做MRI放疗定位其实很久都没有了解新技术和新序列了。压力比较大，非常焦虑，感觉自己的知识体系有点脱节了。所以要恶补一下。

我自己写公众号，其实我也看别人的公众号，特别是关于放疗内容的。我发现有几个公众号也是写了很多放射治疗的知识，而且从最简单的开始写，我连续看了2天，基本上是很多知识从0开始，感觉收获很大。感谢这些无私写严肃题材公众号的作者。

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