首先我們了解下什么是加權?
加權就是是'突出重點'的意思,重點突出組織某方面特性。在磁共振成像過程中,組織的多方面特性(如質(zhì)子密度、T1值、T2值等)均可能對其磁共振信號的強弱有影響,如果這些信號不區(qū)分,混雜在一起會造成無法通過信號強度辨別組織特性,降低不同組織之間的對比。所以我們選擇脈沖序列及成像參數(shù)的調(diào)整,使MR圖像主要反映組織某方面特性,而盡量抑制組織的其他特性對 MR 信號強度的影響,這就是'加權'成像。
T1 加權成像(T1WI),是指圖像中組織信號強度高低主要反映的是組織的縱向弛豫差別。
T2 加權成像(T2WI),重點突出的是不同組織之間的橫向弛豫差別。
質(zhì)子密度加權成像(PDWI),則主要反映單位體積的不同組織之間的質(zhì)子含量差別。
其他加權成像技術,例如灌注加權成像(PWI)技術可以反映組織的微循環(huán)狀態(tài),磁敏感加權成像(SWI)技術可以利用組織磁敏感性改變來反映組織成分和結構的變化等,擴散加權成像(diffusion-weighted imaging,DWI)技術來反映活體組織中水分子布朗運。后續(xù)會單獨介紹。
質(zhì)子密度加權成像(PDWI)
質(zhì)子密度加權成像主要反映單位體積不同組織間質(zhì)子含量的差別。
質(zhì)子加權很好理解,甲組織質(zhì)子含量比乙組織少,所以進入磁場后乙組織產(chǎn)生的宏觀縱向磁化矢量大于甲組織(學習筆記---磁共振成像物理學原理---原子進入磁場后的變化有介紹)。
射頻脈沖激發(fā)后,乙組織產(chǎn)生的的旋轉(zhuǎn)宏觀橫向磁化矢量大于甲組織(學習筆記---磁共振成像物理學原理---射頻激發(fā)有介紹)。
此時馬上檢測 MR 信號,乙組織產(chǎn)生的MR 信號將高于甲組織。
質(zhì)子密度越高,MR信號強度越大,這就是質(zhì)子密度加權成像PDWI。
所以我們用長TR(重復時間),短TE(回波時間)來采集質(zhì)子密度加權成像。
長TR可以讓組織縱向磁化矢量完全恢復,避免組織縱向弛豫的影響,只體現(xiàn)單位體積內(nèi)組織質(zhì)子含量的差別。
短TE,是在射頻脈沖激發(fā)后,宏觀縱向磁化矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的時間立刻進行信號采集,避免組織橫向弛豫的影響。
在人體磁共振成像中,蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的氫質(zhì)子由于T2值很短,幾乎不產(chǎn)生信號,所以一般組織的 MR 信號主要來源于組織中水分子和脂肪中的氫質(zhì)子,在非脂肪組織中主要是指水中的氫質(zhì)子,所以在一般組織中,質(zhì)子密度加權成像主要反映的是組織中水分子的多少。人體中如腦脊液、膽汁、尿液等水樣結構的水分子含量最高,因此在質(zhì)子密度加權像上這些結構的信號強度最高。
T2 加權成像(T2WI)和 T2*加權成像(T2*WI)
T2WI主要反映不同組織間橫向弛豫的差別。使用聚焦脈沖剔除主磁場不均對質(zhì)子矢相位的影響,采集自旋回波可以得到組織真正的 T2 弛豫信息(學習筆記---磁共振成像物理學原理---磁共振信號采集方式有介紹)。
我們假設甲組織和乙組織質(zhì)子含量一樣多,所以進入主磁場后,甲組織和乙組織產(chǎn)生的宏觀縱向磁化矢量大小相同(學習筆記---磁共振成像物理學原理---原子進入磁場后的變化有介紹)。
90°射頻脈沖激發(fā)后,甲乙組織宏觀縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)90°,所產(chǎn)生的宏觀橫向磁化矢量也是大小相同(學習筆記---磁共振成像物理學原理---射頻激發(fā)有介紹)。
甲組織的宏觀橫向磁化矢量衰減速度大于乙組織(不同的組織由于組織結構的不同,質(zhì)子群受周圍其他帶電粒子自由運動造成磁場微環(huán)境隨機波動,組織內(nèi)質(zhì)子群失相位的速度就存在差別,所以宏觀磁化矢量衰減速度即T2弛豫速度存在差別)。
90°脈沖關閉后,甲乙兩種組織的質(zhì)子將發(fā)生橫向弛豫,由于甲組織橫向弛豫比乙組織快,一段時間后,甲組織衰減掉的宏觀橫向磁化矢量比乙組織多,其殘留的宏觀橫向磁化矢量小于乙組織,這時檢測 MR 信號,乙組織的 MR信號強度將高于甲組織,這樣就實現(xiàn)T2WI。
所以我們用長TR(重復時間),長TE(回波時間)來采集組織T2加權成像。
長TR可以讓組織縱向磁化矢量完全恢復,避免組織縱向弛豫的影響。
長TE,是在射頻脈沖激發(fā)后,等待一段時間,由于不同組織橫向宏觀磁化矢量衰減存在差異,此時我們在采集MR信號,得到的就是組織T2加權成像。
我們利用聚焦脈沖(自旋回波),采集的信號是真正的T2WI。
利用讀出梯度場切換(梯度回波),采集到的信號是T2*WI 。
盡管自旋回波和梯度回波產(chǎn)生組織對比的基本原理相似,但總體上T2'WI的信噪比低于T2WI。
T1 加權成像成像(T1WI)
T1WI主要反映組織縱向弛豫的差別。
我們假設甲乙組織的質(zhì)子含量一樣多, 進入主磁場后甲乙組織產(chǎn)生的宏觀縱向磁化矢量大小相同,90°射頻脈沖激發(fā)后,宏觀縱向磁化矢量完全偏轉(zhuǎn)90°,變?yōu)?。
由于縱向弛豫實際上是一個共振過程,處于高能級狀態(tài)的質(zhì)子釋放能量的速度與其周圍分子的自由運動頻率有關,由于不同組織周圍分子運動頻率不同,所以T1值不同,也就是縱向磁化矢量恢復快慢不同。假設甲組織 T1值比乙組織長,90°脈沖關閉后兩種組織發(fā)生縱向弛豫(即 Mz 從零開始逐漸恢復),過了一段時間,甲組織已經(jīng)恢復的宏觀縱向磁化矢量小于乙組織,施加第二個90°脈沖后,甲乙兩組織的縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)到 XY平面,乙組織產(chǎn)生的宏觀橫向磁化矢量大于甲組織,此時立刻采集 MR信號,采集的信號為不同組織的縱向弛豫信息。
所以我們用短TR(重復時間),短TE(回波時間)來采集組織T1加權成像。
短TR,可以讓不同組織縱向磁化矢量得到恢復獲得縱向弛豫差異。
短TE,是在第二次射頻脈沖激發(fā)后,立即采集信號,采集的信號就是不同組織縱向弛豫恢復的差異,避免組織橫向弛豫的干擾。
這里有的地方可能不好理解,以快速自旋回波為例,我們都知道快速自旋回波是90°射頻脈沖----180°聚焦脈沖-----采集信號。我們假設甲乙兩種組織質(zhì)子含量一樣,采用短TR,短TE來獲取信號,90°射頻脈沖激發(fā)后甲乙組織宏觀縱向磁化矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^橫向磁化矢量,我們此刻立即采集信號,但是甲乙組織質(zhì)子含量沒有區(qū)別,我們根本采集不到不同組織的信號差別。所以我們采用90°脈沖激發(fā)后等待一段時間(這個時間不能過長,過長的話甲乙組織宏觀縱向磁化矢量完全恢復,又采集不到組織信號差別了,所以我們采用短TR),等縱向弛豫開始恢復但是有沒有完全恢復,我們再用90°脈沖激發(fā),這時馬上利用180°聚焦脈沖產(chǎn)生回波(選用很短 TE),來記錄這種不同組織之間宏觀橫向磁化矢量的差別,這種宏觀橫向磁化矢量的差別實際上就是 90°脈沖激發(fā)前不同組織之間的宏觀縱向磁化矢量的差別,而不同組織之間的這種宏觀縱向磁化矢量差別是由于前一次 90°脈沖關閉后不同組織之間的 T1弛豫也就是縱向磁化矢量恢復快慢差別造成的,因此一次 90°脈沖后利用180°脈沖采集的自旋回波信號實際上記錄的是前一次 90°脈沖后的組織縱向弛豫的差別(即 T1 值不同),所以是T1WI。
本章小結
這章我們了解權就是是'突出重點'的意思,重點突出組織某方面特性。
1:T1 加權成像(T1WI),采用短TR,短TE,是指圖像中組織信號強度的高低主要反映的是組織的縱向弛豫差別。
2:T2 加權成像(T2WI),采用長TR,長TE,重點突出的是不同組織之間的橫向弛豫差別。
我們利用聚焦脈沖(自旋回波),采集的信號是真正的T2WI。
利用讀出梯度場切換(梯度回波),采集到的信號是T2*WI 。
自旋回波信噪比高于梯度回波。
3:質(zhì)子密度加權成像(PDWI),采用長TR,短TE,則主要反映單位體積的不同組織之間的質(zhì)子含量差別。
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