令人困惑的問題

對(duì)于很多人而言，認(rèn)識(shí)核磁共振是從磁共振成像開始的，加上之前我們對(duì)核磁共振原理的科普，大家對(duì)于核磁共振的原理、弛豫的原理和概念已經(jīng)很明白，但是：當(dāng)提到磁共振成像為什么離不開弛豫？估計(jì)有不少人有點(diǎn)暈，似懂非懂，模模糊糊。今天我們開始講磁共振成像，并以這個(gè)問題作為我們開篇的引子。

除了這個(gè)問題之外，本文還詳細(xì)的解釋了質(zhì)子密度像、T1加權(quán)像、T2加權(quán)像的原理和參數(shù)設(shè)置，并結(jié)合在生命科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例加以說明，期待您認(rèn)真的閱讀下去！

01 為什么磁共振成像離不開弛豫？

小鼠腦部T2W成像（腦中風(fēng)模型）1.0T

磁共振成像之所以能稱為圖像，關(guān)鍵在于它能反映出不同組織、不同臟器之間的區(qū)別以及與人體解剖關(guān)系的對(duì)應(yīng)（被測(cè)對(duì)象為巖石、食品等樣品，道理也是一樣的），那根據(jù)什么原理才能讓不同的組織在磁共振圖像中明暗不同呢？答案就是不同組織的弛豫時(shí)間（如下圖所示）。

人體不同組織的T₁弛豫時(shí)間（不同場(chǎng)強(qiáng)）和T₂弛豫時(shí)間

正常組織彼此之間具有不同的弛豫時(shí)間，基于此可以做結(jié)構(gòu)和定位成像。此外，基于正常組織和病變組織的弛豫時(shí)間不同（尤其是腫瘤），這是利用MRI進(jìn)行疾病診斷的基礎(chǔ)。

當(dāng)然這只是簡單分析，詳細(xì)來看，磁共振圖像的明暗受哪些參數(shù)影響呢？質(zhì)子密度像、T1加權(quán)、T2加權(quán)又是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？我們經(jīng)常背的如下口訣到底是如何來的呢？

T1加權(quán)：短TR  短TE

T2加權(quán)：長TR  長TE

質(zhì)子密度：長TR  短TE

02 三種成像：PDW、T1W、T2W

根據(jù)以上公式，T1和T2對(duì)信號(hào)有著非常大的影響。

除了T1和T2之外，信號(hào)強(qiáng)度S主要受三個(gè)因素的影響。

●N(H)為樣品中H的質(zhì)子密度，對(duì)于某個(gè)樣品，這一項(xiàng)是定值；

●TE：回波時(shí)間，對(duì)于SE序列而言是，90°脈沖與采集回波ZG點(diǎn)之間的距離；

●TR：序列的重復(fù)時(shí)間。

SE序列簡圖

從以上公式中看出，T1加權(quán)就是增加T1對(duì)信號(hào)S的影響，減少因T2的不同對(duì)信號(hào)的影響；同理T2加權(quán)是增加T2弛豫對(duì)信號(hào)S的影響，減少因T1的不同而對(duì)信號(hào)的影響；質(zhì)子密度像盡量使信號(hào)S主要由與樣品中H質(zhì)子的密度決定，減少T₁弛豫、T₂弛豫的影響。

從公式中看出，TR會(huì)影響T1的權(quán)重，TE會(huì)影響T2的權(quán)重；如果用圖來解釋，如下圖所示：

T₁加權(quán)成像

T1加權(quán)成像：圖像的灰度（明暗程度）主要由組織的T1弛豫快慢決定。

因此就要盡量減少T2對(duì)信號(hào)S的影響，在exp（-TE/T2）中，只有當(dāng)TE盡可能小，TE<<T2時(shí)，e（-TE/T2）接近于1;

同時(shí)在[1-exp(-TR/T1)]中，只有當(dāng)TR也較小時(shí)，才能體現(xiàn)出T1不同而帶來的圖像差異。

用圖的方式來解釋，就是如下：

較短的TR下，不同的T1弛豫對(duì)應(yīng)的信號(hào)差別較大

較短的TE下，不同的T2弛豫對(duì)應(yīng)的信號(hào)差別相對(duì)較小

T1W成像：短TR  短TE（一般為儀器所允許的Z小值）

T2加權(quán)成像

T2加權(quán)成像：圖像的灰度（明暗程度）主要由組織的T2弛豫快慢決定。

因此就要盡量減少T1對(duì)信號(hào)S的影響，在[1-exp(-TR/T1)]中，只有當(dāng)TR>>T1時(shí)候，該項(xiàng)趨近于1。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)TR=5T1時(shí)候，該項(xiàng)[1-exp（-5）]≈0.99。

而對(duì)于exp（-TE/T2），當(dāng)TE較大時(shí)候，才能體現(xiàn)出T2不同而帶來的圖像差異。

用圖的方式來解釋，就是如下：

較長的TR下，不同的T1弛豫對(duì)應(yīng)的信號(hào)幾乎無差別

較長的TE下，不同的T₂弛豫對(duì)應(yīng)的信號(hào)差別較大

T2W成像：長TR（一般為5T1)  長TE

質(zhì)子密度成像

質(zhì)子密度成像：圖像的灰度（明暗程度）主要由組織的質(zhì)子密度決定。

因此公式中第二項(xiàng)和第三項(xiàng)都要接近于1，此時(shí)S=N(H)

要使exp（-TR/T1）→0，TR>>T1

要使exp（-TE/T2）→1, TE<<T2

用圖的方式來解釋，就是如下：

較長的TR下，此時(shí)T1弛豫基本恢復(fù)完全，不同T1之間的信號(hào)差別主要由其各自的質(zhì)子密度決定

較短的TE下，不同的組織基本還未經(jīng)歷T₂弛豫

PDW成像：長TR  短TE

舉幾個(gè)典型的例子，分別用T1W、T2W、PDW對(duì)同一樣品（雞蛋）成像，結(jié)果如下：

T1加權(quán)（使用紐邁分析0.5T核磁儀器）

T2加權(quán)（使用紐邁分析0.5T核磁儀器）

質(zhì)子密度成像（使用紐邁分析0.5T核磁儀器）

03 加權(quán)成像在臨床前科研中的應(yīng)用舉例

1.0TMRI 正常小鼠的T1加權(quán)、T2加權(quán)成像

T1加權(quán)成像（使用1.0T磁共振成像設(shè)備）

T2加權(quán)成像（使用1.0T磁共振成像設(shè)備）

T1加權(quán)像：有利于看解剖結(jié)構(gòu)，以及T1造影劑的代謝研究。

T2加權(quán)像：有利于鑒別病變的組織（癌變），以及T2造影劑的代謝研究

應(yīng)用案例 T2加權(quán)像跟蹤小鼠頭部腫瘤生長情況（1.0TMRI）

通過1.0T核磁共振成像，觀察種植腫瘤(A)15，(B)17，和(C) 20天的生長發(fā)育狀況。通過對(duì)其尺寸的測(cè)量（儀器自帶功能），可對(duì)腫瘤生長進(jìn)行量化監(jiān)測(cè)。

應(yīng)用案例 T1加權(quán)成像研究小鼠心肌活性（1.0TMRI）

釓造影劑通過壞死心肌的速度要比通過正常心肌的速度慢很多，又因?yàn)閴乃佬募〉募?xì)胞外空間較大,可以容納的造影劑較多，因而心肌壞死區(qū)域釓造影劑的濃度較高。

04 紐邁重磅推薦儀器——1.0T小動(dòng)物磁共振成像儀

1.0T永磁體

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