ПРИ ПОМЕЩЕНИИ МАТЕРИАЛА ВНУТРЬ СИЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ЯДРА ВОДОРОДА
1) начинают взаимодействовать друг с другом, что приводит к высвобождению энергии
2) выравнивают свои вращательные спины строго параллельно направлению основного магнитного поля
3) выравнивают свои вращательные спины параллельно или противоположно направлению основного магнитного поля (+)
4) выравнивают свои вращательные спины строго противоположно направлению основного магнитного поля
Верно: в поле B₀ магнитные моменты протонов распределяются между двумя энергетическими уровнями — с ориентацией параллельно (низкоэнергетическое состояние) и противоположно (высокоэнергетическое). Небольшой болцмановский перевес в пользу параллельного состояния формирует суммарную продольную намагниченность M₀ вдоль B₀; строгого выравнивания только так не бывает — это статистическое равновесие. Поэтому варианты про строго параллельно или строго противоположно неверны, а также неверна идея, что протоны сами по себе начинают взаимодействовать и выделять энергию : излучение возникает лишь после возбуждения радиочастотным импульсом и последующей релаксации.
В каждом из состояний моменты прецессируют на ларморовой частоте (ω₀=γB₀; для протона ≈42,58 МГц/Т). Короткий RF-импульс B₁ на резонансной частоте наклоняет M₀ и создает поперечную намагниченность, индуцирующую сигнал в приёмной катушке. Возврат к равновесию описывают T1 (продольная релаксация) и T2 (поперечная релаксация); контраст МР-изображений строится именно на различиях этих параметров в тканях, а не на взаимодействии протонов между собой.
| Понятие | Суть | Ключевая формула / единицы | Клинические заметки | Типичные значения (1,5 Т) | Зависимость от поля |
|---|---|---|---|---|---|
| Два спиновых состояния | Параллельно (низкая E) и противоположно (высокая E) B₀ | ΔN/N ≈ γħB₀/(2kT) | Небольшой перевес даёт M₀ | ΔN/N ~ 10⁻⁵–10⁻⁶ | Растёт линейно с B₀ |
| Суммарная намагниченность M₀ | Вектор вдоль B₀ в равновесии | M₀ ∝ Nγ²ħ²B₀/(4kT) | Определяет SNR | — | ↑ с B₀ (лучше SNR на 3 Т vs 1,5 Т) |
| Ларморова частота | Частота прецессии спинов | ω₀=γB₀; f=ω₀/2π ≈ 42,58 МГц/Т | Определяет RF-настройку | ~63,9 МГц (1,5 Т) | Линейно ↑ с B₀ |
| Возбуждение RF (B₁) | Наклоняет M₀ на угол α | α = γ ∫B₁(t)dt ≈ γB₁τ | Определяет T1-/PD-контраст (GRE/SE) | Типично 90°/180° (SE) | Чувствительно к неоднородностям при высоких B₀ |
| T1 (продольная релаксация) | Восстановление Mz | Mz(t)=M₀(1−e^{ -t/T1}) | Определяет T1-взвешенный контраст | Жир ~250–350 мс; БВ ~600–800 мс; СВ ~900–1200 мс; ЛСЖ ~2000–4500 мс | Увеличивается с B₀ |
| T2 (поперечная релаксация) | Дефазировка Mxy | Mxy(t)=Mxy₀·e^{ -t/T2} | Определяет T2-взвешенный контраст | Жир ~60–90 мс; БВ ~70–90 мс; СВ ~80–100 мс; ЛСЖ ~1500–2500 мс | Склонен к небольшому уменьшению с B₀ |
| T2* | T2 + неоднородности поля | 1/T2* = 1/T2 + 1/T2′ | Основа GRE, BOLD, чувствительность к крови/кальцификатам | Меньше T2 (на десятки процентов) | Заметно снижается при ↑B₀ |
| Контраст T1-взвешивания | Короткие TR/TE | TR короткий, TE короткий | Жир светлый, ЛСЖ тёмная; усиление гадолинием | TR ~400–700 мс; TE ~10–20 мс | TR удлиняют на 3 Т |
| Контраст T2-взвешивания | Длинные TR/TE | TR длинный, TE длинный | Вода/отёк светлые | TR ~3000–6000 мс; TE ~80–120 мс | Чувствительнее к неоднородностям на высоких полях |
| Почему ответ взаимодействуют и выделяют энергию неверен | Без RF нет перехода на низший уровень с излучением | Излучение — при релаксации после возбуждения | Сигнал МРТ обусловлен наведённой ЭДС в катушке | — | — |
| Почему строго параллельно/противоположно неверно | Распределение вероятностное (Болцман) | Есть обе ориентации всегда | Контраст зависит от долей и релаксации | — | — |