核磁（NMR）脉冲序列设计的基本逻辑

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‌一、射频脉冲单元‌
1. ‌90°脉冲‌

‌作用机制‌：将平衡态‌纵向磁化矢量（Mz）‌ 翻转到横向平面（xy平面），产生可检测的横向磁化（Mxy）。

‌物理过程‌：

激发前：自旋沿主磁场B₀方向排列（Mz最大，Mxy=0）；

激发后：Mz归零，Mxy达到最大值（能量吸收-释放过程）。

‌应用‌：所有成像序列的起始激发脉冲（如SE、GRE序列）。

2. ‌180°脉冲‌

‌重聚焦原理‌：

使分散的横向磁化矢量相位反转，消除静磁场不均匀性导致的信号衰减；

数学表达：Mxy(t)→−Mxy(t)Mxy​(t)→−Mxy​(t)（实现相位重聚）。

‌核心应用‌：

自旋回波序列中生成回波信号；

反转恢复序列中实现纵向磁化反转。

3. ‌选择性脉冲‌

‌频带控制‌：

采用‌时空调制射频‌（如sinc函数包络），仅激发特定拉莫尔频率的质子；

频带宽度由脉冲时长决定（Δf∝1/τpulseΔf∝1/τpulse​）。

‌典型应用‌：

‌水峰压制（Watergate）‌：选择性激发水峰频率并散相，保留代谢物信号；

‌脂肪抑制‌：在STIR序列中结合短TI时间使用8。

‌二、时间控制单元
‌1. ‌演化时间（τ）‌

‌作用‌：允许自旋系统进行‌相干演化‌（如J耦合、化学位移）；

‌案例‌：

在‌J分解谱‌中，设定τ=1/(4J)可观测耦合裂分；

在‌SE序列‌中，τ=TE/2控制回波形成时机。

2. ‌回波时间（TE）‌

‌定义‌：90°脉冲中心点到回波信号峰值的时间间隔；

‌对比度控制‌：

‌短TE‌（<20ms）：突出T1/质子密度对比（如PD加权像）；

‌长TE‌（>80ms）：增强T2对比（如脑脊液亮信号）。

3. ‌重复时间（TR）‌

‌定义‌：相邻两个激发脉冲起点间的时间间隔；

‌影响机制‌：

TR范围	组织对比效果
‌短TR‌（300-600ms）	强化T1差异（脂肪信号更亮）
‌长TR‌（>2000ms）	弱化T1权重，突出T2/PD对比

‌三、梯度场系统详解
‌1. ‌空间定位梯度‌

‌梯度类型‌	‌功能‌	‌物理实现‌
层面选择梯度（Gss）	指定扫描层面位置	叠加梯度场使层面间共振频率分离，配合射频带宽选择层面
相位编码梯度（Gpe）	标注空间位置（Y轴）	施加梯度期间质子进动相位累积，相位差∝位置坐标
频率编码梯度（Gfe）	标注空间位置（X轴）	采集信号时开启梯度，频率差∝位置坐标（傅里叶解码）

2. ‌散相梯度‌

‌破坏性散相‌：

施加强梯度使所有横向磁化快速失相位（ϕ=γ∫G⋅dt⋅rϕ=γ∫G⋅dt⋅r），用于序列初始化

‌流动补偿‌：

设计‌对称梯度对‌（如前后等面积正负梯度），抵消匀速血流相位偏移；

3. ‌扩散梯度‌

‌结构设计‌：

在SE序列180°脉冲两侧施加‌等强度反向梯度对‌（持续时间δ，间隔Δ）；

‌信号衰减模型‌：
SS0=e−b⋅D(b=γ2G2δ2(Δ−δ/3))S0​S​=e−b⋅D(b=γ2G2δ2(Δ−δ/3))

‌高b值‌（>800 s/mm²）：敏感检测水分子扩散受限（如急性脑梗）；

‌低b值‌（50-100 s/mm²）：抑制T2穿透效应伪影。

‌涡流效应挑战‌：梯度快速切换在导体中感应涡流，需通过‌预加重技术‌或‌辅助梯度线圈‌补偿波形畸变。

‌技术关联性总结‌

‌构件‌	‌硬件依赖‌	‌典型参数限制‌
射频脉冲单元	射频发射功率/线圈Q值	脉冲精度（<1°相位误差）
时间控制单元	时序控制器分辨率	TE最小步进（0.1ms）
梯度场系统	梯度放大器切换率	最大场强（80mT/m）

此框架揭示了脉冲序列如何通过三大构件的协同，实现对核自旋状态的精密操控，为图像对比度与空间分辨率提供物理基础