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自旋迴訊

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自旋回波,是磁共振現象中的一種訊號來源,相對於第一個射頻脈衝(RF pulse)激發後立刻出現的自由感應衰減(FID),自旋迴訊是透過第二個射頻脈衝之後,將失相磁化向量重新聚焦(refocus)而長回來的訊號。「自旋迴訊」是項歷史名詞,若從意義上來看,稱之為射頻迴訊(RF echo)可能更為貼切,以其為射頻聚焦造成的迴訊,相對於利用梯度反轉達成聚焦的梯度迴訊(gradient echo)。

歷史[编辑]

核磁共振(時稱「核感應」,Nuclear induction)發現後不久,埃爾溫·翰(Erwin L. Hahn)於1950年的《物理評論》雜誌發表了一篇名為「自旋迴訊」的文章,首次介紹了這個現象。為了紀念他,他所提出的「單一自旋迴訊磁振脈衝序列」方法以及相應產生的訊號,也稱作「翰迴訊」(Hahn echo)[1]

機制[编辑]

射頻激發之後,熱平衡態的磁化向量(磁向量)M0部分或全部被翻轉到垂直主磁場的橫平面上,產生了自由感應衰減(FID)這種訊號。由於局部磁場不均勻、化學位移等等因素,使得自旋不完全是處在預想的共振頻率上(由主磁場強度與核種決定),事實上有不同的共振頻率與旋進速率。隨著時間,這樣的離共振現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,即造成訊號強度變小。這是自由感應衰減(FID)的機制。

自旋迴訊的產生,是額外加上一個聚焦用的射頻脈衝,傳統是用翻轉角180度的脈衝。其作用在於將不同旋進速率的自旋一下子反轉,變成跑得快的在後,跑得慢的在前。隨著時間,跑得快的漸漸追上跑得慢的,則橫磁向量漸漸排在一起;當排在同一方向上時,可以發現此時自旋訊號強度達到最高峰。

整段過程訊號慢慢回覆,到達最高峰,再慢慢消逝;相對於自由感應衰減是一激發就出現的自旋反應訊號,其與激發當下隔了一段時間,像個迴音(echo)一樣,而其又來自於射頻聚焦,故應稱為「射頻迴訊」,但因歷史因素,多稱為「自旋迴訊」。

訊號強度[编辑]

自旋迴訊的模擬範例。圖左側為自由感應衰減,向右經過一些時間後出現自旋迴訊,並在迴訊時間(TE)達到最高峰。

設定參數:橫向弛緩時間(T2)為120毫秒,迴訊時間(TE)為100毫秒。自由感應衰減最初強度設定為1。

自旋迴訊最高峰的訊號強度(SISE,max)受到橫向弛緩的影響,與FID最初時間點的訊號強度(SIFID)相比,呈現了與迴訊時間(echo time, TE)以及橫向弛緩時間(T2)相關的指數衰減:

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,則自旋迴訊(最高峰)的強度衰減至原來FID的exp(-100/120) \approx 0.435

與梯度迴訊的比較[编辑]

其他意涵[编辑]

自旋迴訊也是一大類磁振脈衝序列的總稱,包括有先前提過的「翰迴訊」以及它的造影版本、「CP自旋迴訊磁振脈衝序列」[2]、「CPMG自旋迴訊磁振脈衝序列」[3],更廣義的還包括了磁振造影中的「快速自旋迴訊磁振脈衝序列」。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迴訊的幾位貢獻者姓氏。

另外,在磁振造影方面,單講「自旋迴訊磁振脈衝序列」通常是指「翰迴訊」的造影版本。

參考文獻[编辑]

  1. ^ 翰迴訊:Hahn EL 「自旋迴訊」("Spin Echoes") Physical Review -物理評論》雜誌 80 (1950): pp.580–594 Acrobat® PDF
  2. ^ CP自旋迴訊:Carr HY, Purcell EM. "Effects of Diffusion on Free Precession in Nuclear Magnetic Resonance Experiments". Physical Review 94(1954): pp.630-638 Acrobat® PDF
  3. ^ CPMG自旋迴訊:Meiboom S, Gill D. "Modified Spin-Echo Method for Measuring Nuclear Relaxation Time" The Review of Scientific Instruments 29(8) (1958): pp.688-691

相關條目[编辑]