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为什么磁共振成像离不开弛豫?
发布:苏州纽迈分析仪器股份有限公司浏览次数:1701令人困惑的问题
对于很多人而言,认识核磁共振是从磁共振成像开始的,加上之前我们对核磁共振原理的科普,大家对于核磁共振的原理、弛豫的原理和概念已经很明白,但是:当提到磁共振成像为什么离不开弛豫?估计有不少人有点晕,似懂非懂,模模糊糊。今天我们开始讲磁共振成像,并以这个问题作为我们开篇的引子。
除了这个问题之外,本文还详细的解释了质子密度像、T1加权像、T2加权像的原理和参数设置,并结合在生命科学领域的实际应用案例加以说明,期待您认真的阅读下去!
01 为什么磁共振成像离不开弛豫?
小鼠脑部T2W成像(脑中风模型)1.0T
磁共振成像之所以能称为图像,关键在于它能反映出不同组织、不同脏器之间的区别以及与人体解剖关系的对应(被测对象为岩石、食品等样品,道理也是一样的),那根据什么原理才能让不同的组织在磁共振图像中明暗不同呢?答案就是不同组织的弛豫时间(如下图所示)。
人体不同组织的T1弛豫时间(不同场强)和T2弛豫时间
正常组织彼此之间具有不同的弛豫时间,基于此可以做结构和定位成像。此外,基于正常组织和病变组织的弛豫时间不同(尤其是肿瘤),这是利用MRI进行疾病诊断的基础。
当然这只是简单分析,详细来看,磁共振图像的明暗受哪些参数影响呢?质子密度像、T1加权、T2加权又是怎么实现的呢?我们经常背的如下口诀到底是如何来的呢?
T1加权:短TR 短TE
T2加权:长TR 长TE
质子密度:长TR 短TE
02 三种成像:PDW、T1W、T2W
根据以上公式,T1和T2对信号有着非常大的影响。
除了T1和T2之外,信号强度S主要受三个因素的影响。
●N(H)为样品中H的质子密度,对于某个样品,这一项是定值;
●TE:回波时间,对于SE序列而言是,90°脉冲与采集回波ZG点之间的距离;
●TR:序列的重复时间。
SE序列简图
从以上公式中看出,T1加权就是增加T1对信号S的影响,减少因T2的不同对信号的影响;同理T2加权是增加T2弛豫对信号S的影响,减少因T1的不同而对信号的影响;质子密度像尽量使信号S主要由与样品中H质子的密度决定,减少T1弛豫、T2弛豫的影响。
从公式中看出,TR会影响T1的权重,TE会影响T2的权重;如果用图来解释,如下图所示:
T1加权成像
T1加权成像:图像的灰度(明暗程度)主要由组织的T1弛豫快慢决定。
因此就要尽量减少T2对信号S的影响,在exp(-TE/T2)中,只有当TE尽可能小,TE<<T2时,e(-TE/T2)接近于1;
同时在[1-exp(-TR/T1)]中,只有当TR也较小时,才能体现出T1不同而带来的图像差异。
用图的方式来解释,就是如下:
较短的TR下,不同的T1弛豫对应的信号差别较大
较短的TE下,不同的T2弛豫对应的信号差别相对较小
T1W成像:短TR 短TE(一般为仪器所允许的Z小值)
T2加权成像
T2加权成像:图像的灰度(明暗程度)主要由组织的T2弛豫快慢决定。
因此就要尽量减少T1对信号S的影响,在[1-exp(-TR/T1)]中,只有当TR>>T1时候,该项趋近于1。实验表明,当TR=5T1时候,该项[1-exp(-5)]≈0.99。
而对于exp(-TE/T2),当TE较大时候,才能体现出T2不同而带来的图像差异。
用图的方式来解释,就是如下:
较长的TR下,不同的T1弛豫对应的信号几乎无差别
较长的TE下,不同的T2弛豫对应的信号差别较大
T2W成像:长TR(一般为5T1) 长TE
质子密度成像
质子密度成像:图像的灰度(明暗程度)主要由组织的质子密度决定。
因此公式中第二项和第三项都要接近于1,此时S=N(H)
要使exp(-TR/T1)→0,TR>>T1
要使exp(-TE/T2)→1, TE<<T2
用图的方式来解释,就是如下:
较长的TR下,此时T1弛豫基本恢复完全,不同T1之间的信号差别主要由其各自的质子密度决定
较短的TE下,不同的组织基本还未经历T2弛豫
PDW成像:长TR 短TE
举几个典型的例子,分别用T1W、T2W、PDW对同一样品(鸡蛋)成像,结果如下:
T1加权(使用纽迈分析0.5T核磁仪器)
T2加权(使用纽迈分析0.5T核磁仪器)
质子密度成像(使用纽迈分析0.5T核磁仪器)
03 加权成像在临床前科研中的应用举例
1.0TMRI 正常小鼠的T1加权、T2加权成像
T1加权成像(使用1.0T磁共振成像设备)
T2加权成像(使用1.0T磁共振成像设备)
T1加权像:有利于看解剖结构,以及T1造影剂的代谢研究。
T2加权像:有利于鉴别病变的组织(癌变),以及T2造影剂的代谢研究
应用案例 T2加权像跟踪小鼠头部肿瘤生长情况(1.0TMRI)
通过1.0T核磁共振成像,观察种植肿瘤(A)15,(B)17,和(C) 20天的生长发育状况。通过对其尺寸的测量(仪器自带功能),可对肿瘤生长进行量化监测。
应用案例 T1加权成像研究小鼠心肌活性(1.0TMRI)
钆造影剂通过坏死心肌的速度要比通过正常心肌的速度慢很多,又因为坏死心肌的细胞外空间较大,可以容纳的造影剂较多,因而心肌坏死区域钆造影剂的浓度较高。
04 纽迈重磅推荐仪器——1.0T小动物磁共振成像仪
1.0T永磁体
只需3平米安装面积;
超低运行成本;
无需屏蔽房;
操作简单;
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主要功能一览表
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2020-09-30相关仪器 -
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