怎样解释T1信号（4）

怎样解释造影剂Gd-和Fe对T1弛豫的影响？

        在说造影剂之前首先要明确一个概念：电子自旋共振Electron Spin Resonance (ESR)，电子也是Bohr磁子类似质子，但是磁质比比质子大658倍，因此导致局部的磁场变化更大。电子导致的效应分为顺磁性（paramagnetic）、超顺磁性（superparamagnetic）、铁磁性（ferromagnetic）和抗磁性（diamagnetic）。本质上顺磁性效应、超顺磁效应、铁磁性效应就是不同的局部浓度（不成对电子的数量）造成的结果（参见英文）。临床使用的Gd螯合后的造影剂（Gd-DTPA等）属于顺磁效应，很难达到超顺磁或铁磁效应浓度，超顺磁效应见于USPIO，而铁磁效应见于SPIO（纳米铁或Fe3O4等）。相反，如果是导致局部磁场变弱（磁力线变稀疏）谓之抗磁效应（diamagentic），如铜和钙。

·顺磁效应：Paramagnetic:  =1/1000 ferromagentic materials. Magnetic effects only when placed a strong, externally applied magnetic field. Gd-DTPA

·超顺磁效应：Supermagnetic:  Individual domains of elements that have ferromagnetic properties in bulk. USPIO

·铁磁效应：Ferromagnetic:  Clusters of 10^17 to 10^21 atoms called magnetic  ability to remain magnetized when an external magnetic field is removed is a distinguishing factor compared to paramagnetic, superparamagnetic, and diamagnetic materials. Fe3O4

When placed in a strong, externally applied magnetic field, the magnetic dipoles of the unpaired outer shell electrons in gadolinium align, creating strong, non-uniform magnetic fields in the vicinity of the gadolinium atom.

        常规T1WI增强在组织局部形成的造影剂浓度，主要是缩短T1效应；携带局部磁场的造影剂分子的布朗运动形成局部磁场震荡（fluctuation），由于造影剂分子量一般小于脂肪分子，其震荡频率大于Larmor频率，因此导致局部的纵向磁化矢量更快的发散到晶格中消失，T1缩短表现为高信号。同时，布朗运动导致水分子接近各项异性运动因而T2弛豫几乎不受影响。但是，如果造影剂局部的浓度过高，局部磁场不均匀导致的T2*失相位缩短T2占优势，信号反而降低。拿一瓶没有稀释的0.5M浓度的Gd-DTPA去扫描T2和T1都是黑的！这也是为什么做T1WI动态增强时0.5M造影剂团注速度一般无需大于3.5ml/sec，但是做T2WI的动态增强（DSC，dynamic susceptibility contrast）的团注速度都要求大于3.5ml/sec。超顺磁性（USPIO）或铁磁性（SPIO）物质的局部浓度更高，局部磁场相对固定直接导致周围的氢质子发生T2*失相位，所有无论是T1WI还是T2WI都是黑的。        

Gd的浓度与信号变化关系（摘抄自Martin R. Prince MRI: From Picture to Proton）

        由于涉及到造影剂或矿物质等性质、局部浓度、水含量、是否存在隔室效应等因素，造影剂或矿物质沉积等信号解释十分谨慎。下面给几个病例解释：

Hallervorden-Spatz病：局部为铁沉积，T1WI为高信号，T2WI和T2*WI（DWI）和SWI均为底信号。

铜沉积：Wilson脑病，铜和钙同样属于抗磁效应，T2WI高信号可能是软化，T1WI高信号应该是铜的抗磁效应所致，具体怎么解释我自己也不敢轻易表态，求高手指点。

基底节钙沉积：钙和铜均属于抗磁效应，其T1WI高信号解释应该与铜类似。我依旧不敢轻易表态。

超急性脑出血：发病2小时以内完成CT和MRI检查，这是所有学习MRI所擅长的，深究其机理非常有意思。

肾梗死：Gd-DTPA增强前，T2WI呈略高于肾实质；增强后，T2WI信号更高。原因是肾集合系统内Gd-DTPA浓度过高导致的T2*效应使信号降低，梗死的部分没有造影剂信号不变。增强现实梗死部分没有强化。