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磁共振T1、T2、PD对比度

2018-8-29 10:29| 发布者: admin| 查看: 466| 评论: 0|原作者: admin

摘要: 图像的对比度是以灰阶级的形式表现的,磁共振图像也是一样,信号越强,图像越亮,信号越弱,图像越黑。磁共振图像的对比度能体现T1、T2弛豫时间及质子密度的差异,不同的组织在同一图像上信号对比是不同的,同种组织 ...
图像的对比度是以灰阶级的形式表现的,磁共振图像也是一样,信号越强,图像越亮,信号越弱,图像越黑。磁共振图像的对比度能体现T1、T2弛豫时间及质子密度的差异,不同的组织在同一图像上信号对比是不同的,同种组织在不同图像上的信号对比也是不同的。
磁共振T1、T2、PD对比度
1:在T1WI上脑脊液在低信号,脂肪为高信号,脑白质为稍高信号,脑灰质为稍低信号
2:在T2WI上脑脊液为高信号,脂肪为高信号,脑白质为稍低信号,脑灰质为稍高信号
注:虽然在T1WIT2WI上脂肪均为高信号,但二者的高低程度还是有差距的(这里的脂肪信号指的是FSE序列的信号)

那么何种因素影响磁共振图像的对比度?影响图像对比度的因素:
内源性因素:是人体自身组织结构特点,客观存在的,无法人为改变与控制的,如T1T2弛豫时间、质子密度等。
外源性因素:与组织的自身结构无关,可以人为的改变与控制的,可以根据需要改变特定的参数而获得想要的组织结构对比度图像,如改变TETR、反转角、B值等参数,这也是我们磁共振研究的重点。通过改变参数突出某一对比度,减弱其他对比度,获得某种权重的对比度图像。如通过对序列参数的设置,生成图像信号时使T1对比、T2对比或PD对比之一占主要优势,即是所谓的加权,即可获得T1加权、T2加权或PD加权图像。
磁共振T1、T2、PD对比度
1:以T1对比占优势的T1加权
2:以质子对比占优势的PD加权

那么哪些参数可以控制磁共振的权重?我们知道磁共振信号的产生是由于XY平面的横向磁化矢量在绕Z轴旋转并切割接收线圈,诱导产生微电流,接收这些微电流信号,通过复杂的处理得到磁共振图像。XY平面的横向磁化矢量越大,磁共振信号越强,信号越高,XY平面横向磁化矢量越小,磁共振信号越弱,信号越低。
以自旋回波为例,由磁共振信号公式:
S自旋=ρL(TR/T1)*T(T2/TE)f(v)
S自旋:自旋回波信号
ρ:质子密度
L(TR/T1)=1-e-TR/T1
T(T2/TE)= e-TE/T2
f(v):与流体相关的方程
可知TR控制T1权重,TE控制T2权重,L(TR/T1)=1-e-TR/T1
T(T2/TE)= e-TE/T2这两个函数分别描述了组织的T1恢复曲线与T2下降曲线的信号特点。以脂肪和水为例(下图仅为示意图,并非为真实的函数曲线)。

脂肪组织的分子结构较大,分子的振动频率与拉莫尔频率接近,分子间的碰撞更有效,能量交换更明显,即脂肪的本身T1纵向磁化矢量恢复较快,在XY平面的横向磁化矢量T2衰减也很快。

水分子结构较小,分子的振动频率高于与拉莫尔频率,分子间的碰撞较少,能量交换不明显,即水的T1纵向磁化矢量恢复时间较长,在XY平面的横向磁化矢量磁化矢量T2衰减也较慢。
磁共振T1、T2、PD对比度
脂肪组织的分子振动频率与拉莫尔频率接近,水的振动频率高于拉莫尔频率,给予RF脉冲后,脂肪T1恢复较水快,在短TR时,二者相差较明显,如果再次给予RF脉冲,将二者恢复的纵向磁化矢量翻转至XY平面,这时二者在XY平面的横向磁化矢量就会产生明显的差别(脂肪在XY平面的横向磁化矢量大于水的横向磁化矢量,横向磁化矢量绕Z轴旋转运动切割接受线圈,诱导电流,产生磁共振信号),即脂肪信号明显高于水信号;相反,如果在长TR时,二者T1均恢复接近初始状态,二者反而相差不明显。这种短TR图像就是T1WI,即我们可以通过调整TR来控制T1权重(T1对比度),在一定范围内TR越短,T1权重越重,TR越长T1权重越轻。
磁共振T1、T2、PD对比度
a   TR=200ms TE=13ms        b  TR=500ms TE=13ms        c   TR=800ms TE=13ms
上图除了TR外,所有成像参数均一致,随着TR的减小,T1权重越重,但图像的信噪比下降,模糊度增加,如图a,图c所示。所以在磁共振成像时T1WITR值一般选取400~600ms,TE选取15ms左右。

磁共振T1、T2、PD对比度
给予RF脉冲后,虽然脂肪T1恢复较水快,但只要TR足够长,二者均可以完全恢复至纵向的初始状态,二者的差距将不会很明显,也就是说在足够长的TR时间后,再次给予RF脉冲,将二者恢复的纵向磁化矢量翻转至XY平面,这时二者在XY平面的横向磁化矢量就不会有明显的差别,这样T1对比被明显的减弱(可以理解为剔除T1权重的影响)。在足够长的TR时间后再次给予RF脉冲,将二者恢复的纵向磁化矢量翻转至XY平面后,磁化矢量将以各自的T2曲线衰减,虽然脂肪的T2衰减时间明显小于水,但在短TE时(TE相对TR来讲很小),二者差别并不明显(这就是为什么T1WI为短TE成像,短TE时削弱了T2对比),如果在足够长的TE时间后,采集残留的XY平面的横向磁化矢量,水的残留横向磁化矢量要比脂肪要大很多,即水的信号明显高于脂肪信号。这种长TR,长TE图像就是T2WI,TE越短T2权重越轻,TE越长,T2权重越重
磁共振T1、T2、PD对比度
a   TE=50msTR=2200ms   b  TE=100ms          TR=2200ms    c   TE=200msTR=2200ms
上图除了TE外,所有成像参数均一致,随着TE的增加,T2权重越重,但图像的信噪比降低,模糊度增加,如图a,图c所示。所以在磁共振成像时T2WITE值一般选取80-120ms,TR选取2000ms以上。

理如果想获得质子密度对比度图像,就得尽可能的减小T1权重和T2权重,由上述可知短TE可以减小T2权重,长TR可减小T1权重,所以PDWI为短TE,长TR成像,TE常选取15ms左右,TR常取2000ms以上。有时在扫描关节时想得到既有PD权重又有T2权重的图像时,TE可选取一个中间值(如35ms,即可获得含有T2WIPDWI的图像,我们就不需分别单独去扫描PDWIT2WI两组图像,这样就节省了扫描时间。

综上所述,想通过改变其中的参数来实现完全的T1、T2、PD对比的其中之一是不可能的,我们只有一方面尽可能的去增加某一对比,另一方面尽可能的去削弱其他对比。如T1WI时,使用较短的TR以最大化的增加T1对比,使用短的TE以最大化的去削弱T2对比。但在临床应用中不能一味去追求对比度,而需综合考虑各因素对磁共振图像的影响,总是要在对比度,信噪比,噪声及时间等因素中寻找一个平衡点,合理的去调整参数从而得到我们想要的磁共振图像。

参考文献
T.Moritani, S. Ekholm, P. L. Westesson. 脑磁共振扩散加权成像[M]. 人民军医出版社, 2015.
杨正汉, 冯逢, 王霄英. 磁共振成像技术指南[M]. 人民军医出版社, 2007.
靳二虎, 蒋涛, 张辉. 磁共振成像临床应用入门(第2版)[J]. 中国临床医生杂志, 2015(4).
B.Kastler.深入了解MRI基础[M]. 人民军医出版社, 2012.

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