学习笔记---磁共振成像物理学原理---加权成像技术

     我们已经知道不同的组织存在质子含量质子密度，T1值和T2值的差别，这正是常规 MRI能够显示正常解剖结构及病变的基础。通过磁共振的加权成像技术可以反映不同组织间的差别，从而显示不同的组织的解剖结构并区分正常组织与病变组织。

首先我们了解下什么是加权？

     加权就是是'突出重点'的意思，重点突出组织某方面特性。在磁共振成像过程中，组织的多方面特性（如质子密度、T1值、T2值等）均可能对其磁共振信号的强弱有影响，如果这些信号不区分，混杂在一起会造成无法通过信号强度辨别组织特性，降低不同组织之间的对比。所以我们选择脉冲序列及成像参数的调整，使MR图像主要反映组织某方面特性，而尽量抑制组织的其他特性对 MR 信号强度的影响，这就是'加权'成像。

T1 加权成像（T1WI），是指图像中组织信号强度高低主要反映的是组织的纵向弛豫差别。

T2 加权成像（T2WI），重点突出的是不同组织之间的横向弛豫差别。

质子密度加权成像（PDWI），则主要反映单位体积的不同组织之间的质子含量差别。

其他加权成像技术，例如灌注加权成像（PWI）技术可以反映组织的微循环状态，磁敏感加权成像（SWI）技术可以利用组织磁敏感性改变来反映组织成分和结构的变化等，扩散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）技术来反映活体组织中水分子布朗运。后续会单独介绍。

质子密度加权成像（PDWI）

质子密度加权成像主要反映单位体积不同组织间质子含量的差别。

        质子加权很好理解，甲组织质子含量比乙组织少，所以进入磁场后乙组织产生的宏观纵向磁化矢量大于甲组织（学习笔记---磁共振成像物理学原理---原子进入磁场后的变化有介绍）。

       射频脉冲激发后，乙组织产生的的旋转宏观横向磁化矢量大于甲组织（学习笔记---磁共振成像物理学原理---射频激发有介绍）。

        此时马上检测 MR 信号，乙组织产生的MR 信号将高于甲组织。

质子密度越高，MR信号强度越大，这就是质子密度加权成像PDWI。

所以我们用长TR(重复时间)，短TE（回波时间）来采集质子密度加权成像。

长TR可以让组织纵向磁化矢量完全恢复，避免组织纵向弛豫的影响，只体现单位体积内组织质子含量的差别。

短TE，是在射频脉冲激发后，宏观纵向磁化矢量发生偏转后的时间立刻进行信号采集，避免组织横向弛豫的影响。

在人体磁共振成像中，蛋白质等大分子物质的氢质子由于T2值很短，几乎不产生信号，所以一般组织的 MR 信号主要来源于组织中水分子和脂肪中的氢质子，在非脂肪组织中主要是指水中的氢质子，所以在一般组织中，质子密度加权成像主要反映的是组织中水分子的多少。人体中如脑脊液、胆汁、尿液等水样结构的水分子含量最高，因此在质子密度加权像上这些结构的信号强度最高。     

T2 加权成像（T2WI）和 T2*加权成像(T2*WI)

T2WI主要反映不同组织间横向弛豫的差别。使用聚焦脉冲剔除主磁场不均对质子矢相位的影响，采集自旋回波可以得到组织真正的 T2 弛豫信息（学习笔记---磁共振成像物理学原理---磁共振信号采集方式有介绍）。

       我们假设甲组织和乙组织质子含量一样多，所以进入主磁场后，甲组织和乙组织产生的宏观纵向磁化矢量大小相同（学习笔记---磁共振成像物理学原理---原子进入磁场后的变化有介绍）。

       90°射频脉冲激发后，甲乙组织宏观纵向磁化矢量偏转90°，所产生的宏观横向磁化矢量也是大小相同（学习笔记---磁共振成像物理学原理---射频激发有介绍）。

         甲组织的宏观横向磁化矢量衰减速度大于乙组织（不同的组织由于组织结构的不同，质子群受周围其他带电粒子自由运动造成磁场微环境随机波动，组织内质子群失相位的速度就存在差别，所以宏观磁化矢量衰减速度即T2弛豫速度存在差别）。

        90°脉冲关闭后，甲乙两种组织的质子将发生横向弛豫，由于甲组织横向弛豫比乙组织快，一段时间后，甲组织衰减掉的宏观横向磁化矢量比乙组织多，其残留的宏观横向磁化矢量小于乙组织，这时检测 MR 信号，乙组织的 MR信号强度将高于甲组织，这样就实现T2WI。

所以我们用长TR(重复时间)，长TE（回波时间）来采集组织T2加权成像。

长TR可以让组织纵向磁化矢量完全恢复，避免组织纵向弛豫的影响。

长TE，是在射频脉冲激发后，等待一段时间，由于不同组织横向宏观磁化矢量衰减存在差异，此时我们在采集MR信号，得到的就是组织T2加权成像。

我们利用聚焦脉冲（自旋回波），采集的信号是真正的T2WI。

利用读出梯度场切换（梯度回波），采集到的信号是T2*WI 。

尽管自旋回波和梯度回波产生组织对比的基本原理相似，但总体上T2'WI的信噪比低于T2WI。

T1 加权成像成像（T1WI）

T1WI主要反映组织纵向弛豫的差别。

         我们假设甲乙组织的质子含量一样多， 进入主磁场后甲乙组织产生的宏观纵向磁化矢量大小相同，90°射频脉冲激发后，宏观纵向磁化矢量完全偏转90°，变为0。

         由于纵向弛豫实际上是一个共振过程，处于高能级状态的质子释放能量的速度与其周围分子的自由运动频率有关，由于不同组织周围分子运动频率不同，所以T1值不同，也就是纵向磁化矢量恢复快慢不同。假设甲组织 T1值比乙组织长，90°脉冲关闭后两种组织发生纵向弛豫（即 Mz 从零开始逐渐恢复），过了一段时间，甲组织已经恢复的宏观纵向磁化矢量小于乙组织，施加第二个90°脉冲后，甲乙两组织的纵向磁化矢量偏转到 XY平面，乙组织产生的宏观横向磁化矢量大于甲组织，此时立刻采集 MR信号，采集的信号为不同组织的纵向弛豫信息。

所以我们用短TR(重复时间)，短TE（回波时间）来采集组织T1加权成像。

短TR，可以让不同组织纵向磁化矢量得到恢复获得纵向弛豫差异。

短TE，是在第二次射频脉冲激发后，立即采集信号，采集的信号就是不同组织纵向弛豫恢复的差异，避免组织横向弛豫的干扰。

        这里有的地方可能不好理解，以快速自旋回波为例，我们都知道快速自旋回波是90°射频脉冲----180°聚焦脉冲-----采集信号。我们假设甲乙两种组织质子含量一样，采用短TR，短TE来获取信号，90°射频脉冲激发后甲乙组织宏观纵向磁化矢量发生偏转变为宏观横向磁化矢量，我们此刻立即采集信号，但是甲乙组织质子含量没有区别，我们根本采集不到不同组织的信号差别。所以我们采用90°脉冲激发后等待一段时间（这个时间不能过长，过长的话甲乙组织宏观纵向磁化矢量完全恢复，又采集不到组织信号差别了，所以我们采用短TR），等纵向弛豫开始恢复但是有没有完全恢复，我们再用90°脉冲激发，这时马上利用180°聚焦脉冲产生回波（选用很短 TE），来记录这种不同组织之间宏观横向磁化矢量的差别，这种宏观横向磁化矢量的差别实际上就是 90°脉冲激发前不同组织之间的宏观纵向磁化矢量的差别，而不同组织之间的这种宏观纵向磁化矢量差别是由于前一次 90°脉冲关闭后不同组织之间的 T1弛豫也就是纵向磁化矢量恢复快慢差别造成的，因此一次 90°脉冲后利用180°脉冲采集的自旋回波信号实际上记录的是前一次 90°脉冲后的组织纵向弛豫的差别（即 T1 值不同），所以是T1WI。

本章小结

这章我们了解权就是是'突出重点'的意思，重点突出组织某方面特性。

1：T1 加权成像（T1WI），采用短TR,短TE,是指图像中组织信号强度的高低主要反映的是组织的纵向弛豫差别。

2：T2 加权成像（T2WI）,采用长TR,长TE，重点突出的是不同组织之间的横向弛豫差别。

我们利用聚焦脉冲（自旋回波），采集的信号是真正的T2WI。

利用读出梯度场切换（梯度回波），采集到的信号是T2*WI 。

自旋回波信噪比高于梯度回波。

3：质子密度加权成像（PDWI），采用长TR,短TE，则主要反映单位体积的不同组织之间的质子含量差别。