原文链接:What is the dielectric effect and how does it produce artifacts in MRI?
- 概要
在MRI中，我们通常关注B0场和B1场，而常常忘记与磁场共生的一直存在的电场（E）。如在Maxwell方程中描述的，磁场（B场）和电场（E场）振荡的方向互相垂直，而且都垂直于波传播的方向。当电磁波遇到人体，会发生几个现象：1）波长变短，2）产生电流，3）在组织交界处产生反射波或折射。介电效应是指物体与电磁场中的电场（E）之间的相互作用。
由B1场不均匀性导致的异常明亮或黑暗区域在超高场（3.0T及以上）时经常出现，虽然这些伪影的本质还不是完全清楚，它们通常被称为电介质伪影。
7.0T下的电介质伪影，脑部中心区域异常明亮 |
3.0T下的电介质伪影。腹部（有腹水）中心区域异常昏暗 |
组织中的射频波长是磁场强度的函数
介电共振能够导致的亮区和暗区的程度仍然是有争议的。有相对高电导率的组织会引入一个“趋肤深度”的术语，产生阻尼驻波现象。中央明亮的现象已经在高电导率的水模中（其中的介电共振最小）得到验证。总之，介电效应及与之关联的伪影随着磁场强度的升高越发显著，虽然简单的介电诱导的驻波模型可能仅能解释一小部分现象。
高级讨论
物质与电磁场交互的程度可以通过三个参数描述：磁导率（μ），介电常数（ε），电导率（σ）。在一般情况下，这些参数随温度，电磁频率，和物质的物理状态而变化。而且因为它们还可能随位置和方向有关，因此一般更准确得表示为向量（张量）而不是标量。尽管如此，为了简单的解释，我只用希腊符号来表示，而不涉及它们更复杂的性质。
磁导率（μ）反映物质集中或分散外加磁场的程度。它与磁化率（χ）这个我们已经熟悉的概念几乎同义，通过关系μ = 1 + χ相联系。
介电常数（ε）是一种电气特性，与磁导率（μ）同源。它反映物质集中或分散外加电场的程度。高介电常数意味着当放置在电场中时，材料会变得更加极化。Permittivity（介电常数）与dielectric constant（介电常数）往往是同义词，后者是更古老的术语，已经逐渐不被使用了。
电导率（σ）反映材料携带电流的能力。电导率与电阻成反比。
弱导电介质材料（如人体）内部的射频磁场受传导电流通量（JC）和位移电流通量（JD）扰动，可以通过Maxwell校正后的Ampère定律描述：
ΧB = μJC + μJD = μσE + iωεE
其中，i2 = -1是复数单元，引入了传导电流和位移电流之间90°的相位偏移。传导电流和位移电流幅值之间的比例为：
JC /JD = σ / ω ε
人体组织中，在MRI中使用的射频频率，JC和JD的幅值在相同的量级。随着频率的升高，JD变得越来越重要，但即使在7.0T下（3000MHz），传导电流/位移电流的比例对脂肪，灰质，肌肉和脑脊液分别约为0.4，0.6，0.7和1.7。高介电材料（如在绝缘垫中使用的材料）传导电流/位移电流的比例仅为约0.01，意味着传导电流可以被忽略。
- 参考材料
- Collins CM, Liu W, Schreiber, et al. Central brightening due to constructive interference with, without, and despite dielectric resonance. J Magn Reson Imaging 2005; 21:192-6.
- Gabriel C, Gabriel S, Corhout E. The dielectric properties of biological tissues: I. Literature survey. Phys Med Biol 1996;41:2231-2249.
- Webb AG, Collins CM. Parallel transmit and receive technology in high-field magnetic resonance neuroimaging (pdf). Int J Imaging Syst Technol 2010; 20:2–13.
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