自旋回声

自旋回声，是磁共振现象中的一种信号来源，相对于第一个射频脉冲（RF pulse）激发后立刻出现的自由感应衰减（FID），自旋回声是透过第二个射频脉冲之后，将失相的磁化向量重新聚焦（refocus）而长回来的信号。“自旋回声”是项历史名词，若从意义上来看，称之为射频回波（RF echo）可能更为贴切，以其为射频聚焦造成的回波，相对于利用梯度反转达成聚焦的梯度回波（gradient echo）。

历史

在核磁共振（时称“核感应”，Nuclear induction）发现后不久，埃尔温·翰（Erwin L. Hahn）于1950年的《物理评论》杂志发表了一篇名为“自旋回声”的文章，首次介绍了这个现象。为了纪念他，他所提出的“单一自旋回声磁振脉冲序列”方法以及相应产生的信号，也称作“翰回波”（Hahn echo）^[1]。

机制

在射频激发之后，热平衡态的磁化向量（磁向量）M₀部分或全部被翻转到垂直主磁场的横平面上，产生了自由感应衰减（FID）这种信号。由于局部磁场不均匀、化学位移等等因素，使得自旋不完全是处在预想的共振频率上（由主磁场强度与核种决定），事实上有不同的共振频率与旋进速率。随着时间，这样的离共振现象使得横磁向量不再处在同一方向上，使得横磁向量的向量和变小，即造成信号强度变小。这是自由感应衰减（FID）的机制。

自旋回声的产生，是额外加上一个聚焦用的射频脉冲，传统是用翻转角180度的脉冲。其作用在于将不同旋进速率的自旋一下子反转，变成跑得快的在后，跑得慢的在前。随着时间，跑得快的渐渐追上跑得慢的，则横磁向量渐渐排在一起；当排在同一方向上时，可以发现此时自旋信号强度达到最高峰。

整段过程信号慢慢回复，到达最高峰，再慢慢消逝；相对于自由感应衰减是一激发就出现的自旋反应信号，其与激发当下隔了一段时间，像个回音（echo）一样，而其又来自于射频聚焦，故应称为“射频回波”，但因历史因素，多称为“自旋回声”。

信号强度

自旋回声的模拟范例。图左侧为自由感应衰减，向右经过一些时间后出现自旋回声，并在回波时间（TE）达到最高峰。

设定参数：横向驰豫时间（T₂）为120毫秒，回波时间（TE）为100毫秒。自由感应衰减最初强度设定为1。

自旋回声最高峰的信号强度（SI_SE,max）受到横向驰豫的影响，与FID最初时间点的信号强度（SI_FID）相比，呈现了与回波时间（echo time, TE）以及横向驰豫时间（T₂）相关的指数衰减：

${\displaystyle SI_{SE,max}=SI_{FID}\cdot e^{-TE/T_{2}}}$

以右图的例子为例：TE为100毫秒，T₂为120毫秒，则自旋回声（最高峰）的强度衰减至原来FID的${\displaystyle exp(-100/120)\approx 0.435}$。

与梯度回波的比较

参见：梯度回波 § 与自旋回声的比较

其它含义

自旋回声也是一大类磁振脉冲序列的总称，包括有先前提过的“翰回波”以及它的造影版本、“CP自旋回声磁振脉冲序列”^[2]、“CPMG自旋回声磁振脉冲序列”^[3]，更广义的还包括了磁振造影中的“快速自旋回声磁振脉冲序列”。其中，C是Carr字首、P是Purcell字首、M是Meiboom字首、G是Gill字首，是核磁共振历史中研究自旋回声的几位贡献者姓氏。

另外，在磁振造影方面，单讲“自旋回声磁振脉冲序列”通常是指“哈恩回波”的造影版本。

参考文献

1. ^ 翰回波：Hahn EL “自旋回声”("Spin Echoes") Physical Review -《物理评论》杂志 80 (1950): pp.580–594 Acrobat® PDF
2. ^ CP自旋回声：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自旋回声：Meiboom S, Gill D. "Modified Spin-Echo Method for Measuring Nuclear Relaxation Time" The Review of Scientific Instruments 29(8) (1958): pp.688-691

相关条目

• 核磁共振
• 磁振造影
• 自由感应衰减
• 梯度回波