自由感应衰减和横向弛豫

90°脉冲关闭后，组织中的宏观横向磁化矢量将逐渐减小，最后将衰减到零。前面第三节中我们已经讲到，90°脉冲使组织中原来相位不一致的质子群处于同相位进动，质子小磁场的横向磁化分矢量相互叠加，从而产生旋转的宏观横向磁化矢量。90°脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量衰减的原因与之相反，同相位进动的质子群逐渐失去了相位的一致，其横向磁化分矢量的叠加作用逐渐减弱，因此宏观横向磁化矢量逐渐减小直至完全衰减（图2-4-2）。

图2-4-2　宏观横向磁化矢量的衰减

A-C的上部分均为坐标图，下部分均示沿Z轴方向观察质子的横向磁化分矢量的变化。A．90°脉冲使质子群聚相位，其横向磁化分矢量相互叠加，产生一个最大的旋转宏观横向磁化矢量（水平方向空白箭）；B．90°脉冲关闭一段时间后，同相位进动的质子群逐渐失去相位一致，其横向磁化分矢量叠加作用减弱，造成宏观横向磁化矢量减小（水平方向空白箭）；C．再等待一段时间，质子群失相位更为明显，宏观横向磁化矢量进一步衰减（水平方向空白箭）

导致质子群失相位的原因主要有两个：①质子周围磁环境随机波动。每个质子都暴露在周围无数个其他原子核和电子的磁场微环境中，而周围这些带电粒子一直处于热运动状态，这将造成质子群所感受的磁场微环境的随机波动，即质子群所感受到的磁场强度存在随机变化，也就造成了质子之间的进动频率出现差别，结果将造成原来同相位进动的质子群逐渐失去相位的一致性，其横向磁化分矢量的叠加作用逐渐减弱，因此其宏观横向磁化矢量逐渐衰减。②主磁场的不均匀。尽管我们追求主磁场的高度均匀，但实际上主磁场总是一定程度的不均匀，这种主磁场不均匀性同样会使同相位进动的质子群逐渐失去相位一致，也造成宏观横向磁化矢量逐渐衰减。

由于受上述两个方面磁场不均匀的影响，实际上90°射频脉冲关闭后，宏观横向磁化矢量将呈指数式的快速衰减，我们把宏观横向磁化矢量的这种衰减称为自由感应衰减（free induction decay，FID），也称T2＊弛豫（图2-4-3A）。

利用180°聚焦脉冲可以剔除主磁场不均匀造成的宏观横向磁化矢量衰减（详见第2章第五节），组织由于质子群周围磁场微环境随机波动造成的宏观横向磁化矢量的衰减才是真正的横向弛豫，即T2弛豫（图2-4-3 B）。T2弛豫的能量传递发生于质子群内部，即质子与质子之间，因此T2弛豫也称自旋-自旋弛豫（spin-spin弛豫）。

图2-4-3　自由感应衰减与T2弛豫

A．90°脉冲使组织产生最大的旋转横向磁化矢量，因此线圈所采集到的信号幅度最大，90°脉冲关闭后由于质子群受周围磁化微环境波动及主磁场不均匀的双重影响，引发质子群很快失相位，线圈所采集到的信号幅度随时间（从左往右）呈现指数式快速衰减；B．是个坐标图，纵坐标代表宏观横向磁化矢量（Mxy）的大小，横坐标代表时间。90°脉冲施加的瞬间，组织中的宏观横向磁化矢量达到最大（100%），90°脉冲关闭后，组织中的宏观横向磁化矢量逐渐衰减。虚曲线代表自由感应衰减（T2＊弛豫），宏观横向磁化矢量随时间衰减很快；如果利用磁共振成像技术剔除主磁场不均匀造成的宏观横向磁化矢量衰减，则组织中的宏观横向磁化矢量衰减要慢得多（实曲线所示），这才是真正的T2弛豫

一般用T2值来描述组织横向弛豫的快慢。90°射频脉冲的施加，使某组织宏观横向磁化矢量达到最大值，以此时刻为起点，以T2弛豫造成的横向磁化矢量衰减到最大值的37%为终点，起点与终点之间的时间间隔即为该组织的T2值（图2-4-4）。在90°射频脉冲关闭最初阶段即横向磁化矢量较大时，组织的T2弛豫速度最快，随着宏观横向磁化矢量的衰减，T2弛豫越来越慢，理论上一般需要某组织T2值的5倍时间，该组织的T2弛豫全部完成（图2-4-4C）。

不同的组织由于组织结构的不同，质子群周围其他带电粒子自由运动造成磁场微环境随机波动程度就存在差别，组织内质子群失相位的速度将存在差别，其宏观磁化矢量衰减速度即T2弛豫速度存在差别，因此不同组织之间的T2值将存在差别（图2-4-4 B）。正因为不同的组织之间存在的T2值的不同，磁共振的T2加权成像（T2-weighted imaging，T2WI）方能区分不同的解剖结构，并能区分正常组织与病变组织。

图2-4-4　组织T2值

A和B中纵坐标代表宏观横向磁化矢量的大小，横坐标代表时间。A．90°脉冲使组织的宏观横向磁化矢量达到最大，以此时间点为起点；90°脉冲关闭后由于T2弛豫，组织的宏观横向磁化矢量逐渐衰减，衰减到只剩下最大值的37%的时间点为终点，起点与终点的时间间隔定义为该组织的T2值；B．不同的组织由于结构不同，其T2弛豫的速度存在差别，甲组织的T2弛豫比乙组织要快，其T2值比乙组织的T2值要短；C．90°脉冲关闭后，一般需要5倍的T2值，组织的T2弛豫方全部完成，即宏观横向磁化矢量衰减到零