T2弛豫为什么用CPMG序列？

上一篇我们讲了T2弛豫，里面有很多帮助理解T2弛豫过程的动图，墙裂建议大家收藏！错过上篇的

再熟悉不过的T2弛豫，你真的懂了吗？

这篇我们讲讲核磁弛豫三兄弟中最没有存在感的T2※弛豫，进而分析为什么T2弛豫要用CPMG序列。

核磁共振序列比较抽象，确实很难理解。相信有一些同学做了很多次T2实验，至今还不明白CPMG序列的原理，以及为什么要用CPMG序列，如果你也存在这样的疑惑，非常建议您花5分钟的时间，阅读接下来的1500字。

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T2※弛豫

理想中的T2弛豫曲线如下图中的蓝色，然而真实情况是：当你施加一个90°脉冲后，采集到的T2弛豫却是这样的（下图中的紫色）。

▲T2弛豫和T2※弛豫曲线

上篇文章我们说过：“影响T2弛豫的两个因素"。

内部因素：每个H质子所处的环境及自身的不同（分子运动、分子尺寸、分子结合状态），这个才是我们想要观察的本征T2。

外部因素：磁场不均匀性的影响，会加速H质子的散相过程（使得H质子之间的差异更大），从而测得的T2比实际的T2衰减得快得多得多。

也就是说你想采集到T2弛豫，然而90°脉冲序列后，你采集到的却是T2※弛豫。

T2※弛豫包含两部分因素，H质子本征弛豫特性和磁场不均匀的影响，后者显然是我们不想看到的，怎么去消除呢？

可以做出磁场绝对均匀的磁场吗？

消除磁场不均匀显然是不可能的。首先虽然目前采用了很多超导、低温等各种技术，但是要想保证磁体内部磁场绝对均匀是不可能的；

其次，当人体、样品等放入磁体中，由于人体组织或者样品不同结构处H质子的磁化率不同，造成人体或者样品内部存在一些磁场梯度，使得磁场也不均匀了。

既然磁场的不均匀性无法消除，采用怎样的方法才能获得样品本征的T2弛豫呢？

答案是，采用回波的方式，即在90°脉冲后加一个180°的复相脉冲。

使得快速散相的H质子，重新聚拢在一起，此时的横向磁化矢量又达到最大，这就称为回波。

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180°复相脉冲的作用机制

▲90°脉冲后施加180°复相脉冲各质子相位变化（示意图）

90°脉冲作用瞬间，质子1、2、3、4相位相同，聚拢在一起，形成最大横向磁化矢量Mxy；如果磁场均匀，1234将以相同的拉莫尔频率进动，以同相位进动没有相位差，而进动频率不同就有散相（散相的过程类似扇子打开一样）。然而由于磁场不均匀的存在，实际散相却是有的快，有的慢，扇子打开过程各个扇子骨架并不同速。反映在示意图上，例如1和4进动的快，2和3进动的慢。

从90°脉冲后经历一段时间t, 质子散相（如示意图中的第2个），此时施加180°脉冲，即所有的H质子来了一个180°翻转（如示意图中的第3个图），之前进动的快的1和4在后面，进动的慢的2和3在前面，再经历一段时间t,所有质子发生重聚，此时形成了回波。

正如图中所示，自旋并不是完美的不加损耗的相重聚（完全平行），微小的散相是自旋-自旋弛豫的结果，因此此时的磁化矢量M会略小于初始M0。

这个过程，可以用龟兔赛跑的故事来理解。

相信大家都能看懂上面的图，就不做过多的解释了。

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为什么不用自旋回波序列（90°-t-180°）测T2弛豫？

▲自旋回波序列图

90°和180°脉冲，组成了自旋回波序列（Spin Echo） 简称SE序列。

既然180°的复相脉冲能实现聚相，方便信号采集，那为什么不用SE序列呢？

答案是：

SE序列虽然在成像中广泛应用，但是要用SE序列采集完整的T2衰减过程的信号值，就需要测量n次，每次90°与180°之间的间隔t都需要不断延长。此外重复等待时间TR要保证足够长，使得每个周期都是从Mz=M0开始的。随着t延长，每次得到的回波越来越低，从而得到在横截方向上的衰减曲线。

但是，这种方法花费时间太长，其次当t过长，分子的扩散影响测试结果，造成信号失真。

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CPMG序列

(90°-t-180°-2t-180°-2t-···）

▲CPMG序列图（来自纽迈分析软件）

在90°脉冲之后，经过时间t的散相之后，再加上180°的重聚脉冲，各个H质子旋转180°到达其镜像位置，然后再开始聚相，在2t的时间正好形成第一次回波。

之后又开始散相，在3t时间时，再施加第二个180°重聚脉冲，同样的，在4t时间形成第二次回波；

如此循环往复，在纽迈的核磁共振分析软件中，施加的180°脉冲的个数为NECH个，NECH的大小与参数设置如TE，以及样品的衰减特性有关。

CPMG序列总结

在X轴方向施加90°脉冲，此时Mxy=M0为最大值，将该时刻作为时间原点，之后分别在t、3t、5t,···，（2n-1）t时刻施加180°脉冲，然后对应的分别在在2t、4t、6t、 ···，2nt得到回波，其得到的磁化量为：

在这一系列的信号中，众多信号的波峰之间连线即为一条呈指数衰减的曲线。这个曲线代表了弛豫时间T2。