令人困惑的問題

對于很多人而言，認識核磁共振是從磁共振成像開始的，加上之前我們對核磁共振原理的科普，大家對于核磁共振的原理、弛豫的原理和概念已經很明白，但是：當提到磁共振成像為什么離不開弛豫？估計有不少人有點暈，似懂非懂，模模糊糊。今天我們開始講磁共振成像，并以這個問題作為我們開篇的引子。

除了這個問題之外，本文還詳細的解釋了質子密度像、T1加權像、T2加權像的原理和參數設置，并結合在生命科學領域的實際應用案例加以說明，期待您認真的閱讀下去！

01 為什么磁共振成像離不開弛豫？

小鼠腦部T2W成像（腦中風模型）1.0T

磁共振成像之所以能稱為圖像，關鍵在于它能反映出不同組織、不同臟器之間的區別以及與人體解剖關系的對應（被測對象為巖石、食品等樣品，道理也是一樣的），那根據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間（如下圖所示）。

人體不同組織的T₁弛豫時間（不同場強）和T₂弛豫時間

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

當然這只是簡單分析，詳細來看，磁共振圖像的明暗受哪些參數影響呢？質子密度像、T1加權、T2加權又是怎么實現的呢？我們經常背的如下口訣到底是如何來的呢？

T1加權：短TR  短TE

T2加權：長TR  長TE

質子密度：長TR  短TE

02 三種成像：PDW、T1W、T2W

根據以上公式，T1和T2對信號有著非常大的影響。

除了T1和T2之外，信號強度S主要受三個因素的影響。

●N(H)為樣品中H的質子密度，對于某個樣品，這一項是定值；

●TE：回波時間，對于SE序列而言是，90°脈沖與采集回波ZG點之間的距離；

●TR：序列的重復時間。

SE序列簡圖

從以上公式中看出，T1加權就是增加T1對信號S的影響，減少因T2的不同對信號的影響；同理T2加權是增加T2弛豫對信號S的影響，減少因T1的不同而對信號的影響；質子密度像盡量使信號S主要由與樣品中H質子的密度決定，減少T₁弛豫、T₂弛豫的影響。

從公式中看出，TR會影響T1的權重，TE會影響T2的權重；如果用圖來解釋，如下圖所示：

T₁加權成像

T1加權成像：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對信號S的影響，在exp（-TE/T2）中，只有當TE盡可能小，TE<<T2時，e（-TE/T2）接近于1;

同時在[1-exp(-TR/T1)]中，只有當TR也較小時，才能體現出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弛豫對應的信號差別較大

較短的TE下，不同的T2弛豫對應的信號差別相對較小

T1W成像：短TR  短TE（一般為儀器所允許的Z小值）

T2加權成像

T2加權成像：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對信號S的影響，在[1-exp(-TR/T1)]中，只有當TR>>T1時候，該項趨近于1。實驗表明，當TR=5T1時候，該項[1-exp（-5）]≈0.99。

而對于exp（-TE/T2），當TE較大時候，才能體現出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弛豫對應的信號幾乎無差別

較長的TE下，不同的T₂弛豫對應的信號差別較大

T2W成像：長TR（一般為5T1)  長TE

質子密度成像

質子密度成像：圖像的灰度（明暗程度）主要由組織的質子密度決定。

因此公式中第二項和第三項都要接近于1，此時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T1弛豫基本恢復完全，不同T1之間的信號差別主要由其各自的質子密度決定

較短的TE下，不同的組織基本還未經歷T₂弛豫

PDW成像：長TR  短TE

舉幾個典型的例子，分別用T1W、T2W、PDW對同一樣品（雞蛋）成像，結果如下：

T1加權（使用紐邁分析0.5T核磁儀器）

T2加權（使用紐邁分析0.5T核磁儀器）

質子密度成像（使用紐邁分析0.5T核磁儀器）

03 加權成像在臨床前科研中的應用舉例

1.0TMRI 正常小鼠的T1加權、T2加權成像

T1加權成像（使用1.0T磁共振成像設備）

T2加權成像（使用1.0T磁共振成像設備）

T1加權像：有利于看解剖結構，以及T1造影劑的代謝研究。

T2加權像：有利于鑒別病變的組織（癌變），以及T2造影劑的代謝研究

應用案例 T2加權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天的生長發育狀況。通過對其尺寸的測量（儀器自帶功能），可對腫瘤生長進行量化監測。

應用案例 T1加權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，又因為壞死心肌的細胞外空間較大,可以容納的造影劑較多，因而心肌壞死區域釓造影劑的濃度較高。

04 紐邁重磅推薦儀器——1.0T小動物磁共振成像儀

1.0T永磁體

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操作簡單；

一鍵開啟，隨時可用，無需預熱等待。

主要功能一覽表

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