10·MR:岛床医师必读 发生横向翻转的角度不一定需要90°,小于90的脉冲产生的横向磁矩在强度上要小一些,但这 样做的目的都是要在横向上出现磁矩,以达到供磁共振成像时测量回波信号的目的 2.1.5怎么能采集到磁共振中释放出来的回波信号呢? 磁共振中的回波信号,实质上是射频信号,具有频率和强度特点,磁共振机使用的线圈 就是为了接收回波信号的。射频信号通过线圈时,根据法拉第电磁转换定律,在线圈中肯定 会出现一个电流,其强度就与射频信号强度成正比,将线圈中产生的微小电流转化和放大处 理后,传输给MRI计算机,就实现了对回波信号的采集工作 2.1.6回波信号的相位、频率和强度的特性由什么决定的? 一个回波信号的产生,都是一个特定组织(受检组织)在磁共振成像过程中产生且持有 的,不同组织在受到同一个脉冲激发后产生的回波各不相同,相同的组织在受到不同的脉冲 激发后的回波特点也不一样,这是因为组织结构的不同导致的磁共振特性(主要指T1、T 值)不同所致,而不同的脉冲序列就是为充分发掘和显示组织的内在特性不同而设计的。总 的来说,组织在MRI上的亮暗差别随回波信号不同而不同,回波信号的表现特点要受到组 织本身的质子密度、T1值、T:值、运动状态、磁敏感性等因素影响,成像时采用的不同脉冲 组合序列及其相关的TRTE值、翻转角等都是为了显示组织特性的 2.2组织的质子密度 2.2.1密度高,就是比重大吗? 密度是一个物理概念,是指物体中某一物质的密集程度,在溶液中一般称为浓度,密度 反映了组织中某一物质的含量。这里要特别说明的是X线或CT领域中所讲的“密度”实际 上是组织吸收X线物质的密度,是一个总体的“模糊概念”,而不是物理学中某一物质的密 度,两者不能混淆,因为吸收X线的物质多为分子量较大的原子,因此,X线或CT上指的高 密度物质一般都是比重高、重量大,如铁、钙、碘、钡、铅等,所以给人一个错觉,好像密度高, 就是“分量重”、比重大,脂肪组织被放射科医生认为是“低密度”的,但是在物理学上讲,脂肪 组织中的脂肪密度是很高的,也就是说单位体积中含有的脂肪量是很高的,学习磁共振成像 时一定要弄清以上区别,摆脱原来X线或CT中的“密度”概念,磁共振成像(MR1)中已没有 原来的吸收X线物质的密度的丝毫含义 2.2.2什么是质子密度? 质子密度是反映单位组织中质子含量的计量值,也就是说单位组织中的质子含量多少 特别提醒的是质子密度高的组织不一定重量大,如上述的脂肪组织,质子密度很高,但重量 是较轻的,质子密度低的物质可以是重量大的人体骨组织,也可以是重量很轻的空气。由于 磁共振成像是一个对氢原子的激发和回波采集过程,组织的质子密度与MRI图像中的信号 有直接的关系,所以,质子密度低的组织在MR图像中一般都为低信号的黑影
用2章磁共撒团像中的号对比原理11 2.2.3人体中哪些组织质子密度较低? 上面我们讲到过人体组织中组成成分最多的是水,每个水分子有两个氢原子,因此,人 体大部分组织中的质子密度都是较高的。但骨骼组织、钙化的组织、肺组织、硬脑膜或脊膜 韧带及纤维组织中的质子密度都是较低的,当然含空气的胃腔、肠腔、鼻旁窦及乳突等处的 质子密度也是很低的 2.2.4哪些组织质子密度较高? 人体组织中的脂肪组织、脑组织、疏松结维组织及含大量水分的囊腔状器官囊肿、脓肿 组织的质子密度均很高,而人体中的肌肉、肝脏、脾脏、肾脏等实体组织的质子密度为中 等。当组织发生病变后,有炎症肿瘤等改变,它的质子密度也就会发生改变 2.2.5什么是质子密度加权图像? 上面我们已经讲清了质子密度的概念,接下来的问题是什么叫加权图像。“加权”是一个 统计上的数学概念,意思是一组数据加起来进行“权重”处理。在MRI时就是“平均处理”那 为什么有一组数据用来平均处理呢?这是因为磁共振图像是计算机数字化的图像,一幅图像 被分割为512×512个像素,每个像素的亮度以数字形式存储于计算机中,每个像素的亮度 值是磁共振成像过程中对某一块组织反复多次的激发和信号采集,再进行平均处理而得出 的,这是加权的含义之一另一方面,每个像素的亮度值是一块人体组织(体素)内众多不同 分子结构中质子的综合反映另外,加权有“权重”的意思,就是说主要以质子密度、T1值还 是T:值为权重因素的图像就叫质子密度、T1或T:加权图像,也就是说反映T1值差别的图 像就是T1加权图像,这是加权的含义之三 反映组织质子密度的差别的MRI图像我们叫它为质子密度加权图像。质子密度加权图 像有时被简称为质子像。质子密度高的组织在质子密度加权图像上就可能会呈高信号的亮 白影,反之则呈暗或黑色的影像,实际上X线和CT可被认为是“密度加权图像”,因为X线和 CT图像上组织的亮暗是反映组织吸收X线的密度的 2.2.6质子密度高低和信号高低有何关系? MRI图像上的亮暗分辨是不同组织之间的信号强度的反映。信号强度的决定因素不单 单与质子密度有关,还与组织的T1值、T:值、血流情况、磁敏感性以及成像时对机器设定的 TR、TE等成像参数都有密切的关系,这与CT图像只反映组织密度的情况有很大不同。在 MRI成像时,我们可以通过对机器在信号采集时的参数设定,来获得主要反映组织质子密 度、T1值、T:值或血管内血流信号的各种图像,这也是MRI成像远较CT复杂的原因。在质 子密度加权图像上,图像上某一点的亮度是该处组织信号高低的表现,质子密度高的信号强 度高,反之则信号低
12·MR·岛床医师必读 2.3组织的T1时间 2.3.1什么是T时间? T1时间就是指纵向弛豫时间,上一章中我们已解释了纵向弛豫的概念,假设给子的是 90脉冲,纵向磁矩在90°射频脉冲作用下发生 90偏位,使纵向上的磁矩变为零,横向上出现 了磁矩。如果脉冲终止,它将逐渐恢复到RF激 发前的状态,纵向上的磁矩将从零逐渐升高到 RF激发前的量值,这个过程我们叫纵向弛豫过 程,所需要的时间就是纵向弛豫时间,由于要使 纵向磁矩恢复到与激发前完全一样的时间很 T1时问 长,有时是一个无穷数。因此,我们人为地把纵 图231从RF停止后,纵向磁矩将逐渐恢复,M2向磁矩恢复到原来的63%时所需要的时间作为 的强度值与时间密切相关,注意B方向向上一个单位T:时间,也叫T:值“T”就是Tme,T 值一般以秒或毫秒为表示单位。T1是反映组织 纵向磁矩恢复快或慢的物理指标,人体各种组织因组成成分不同而具有不同的T1值。(图 2-3-1) 2.3.2T1时间与MRI图像有什么关系? 初看T时间是个时间概念,似乎与MR1图像没有关系,但是,组织的T1时间决定了组 织受RF激发发生共振时,在RF终止后的一段时间里纵向上的磁矩量值的恢复情况,我们 是能够用回波信号强度来测量纵向磁矩的量值的,这个量值就成为MRI图像上某一点的亮 暗决定因素,而T1时间决定了这个量值,所以,T1值与MR图像上组织亮暗对比的形成密切 相关,也就是说,因为各种组织T1值的不同,当我们在RF终止后的同一时间测量纵向上的 矩值时,各种组织的磁矩值将不同,也就是图向磁矩强度 像上的亮暗有不同,这就使我们能够区分不同 的组织,以用来进行解剖定位和病变显示。(图 2-3-2) 2.3.3什么是T1加权图像? T1加权图像就是反映组织T:值差异的 MRI图像,上面我们已经讲了加权的概念,由 于人体组织存在组成成分和组织结构的千差万 时间 别,所以我们在磁共振成像时选择适当的参数,图232三种不同的组织A、B、C,从RF停止 将能反映某一层面上各种组织的T1差别,这时后,纵向磁矩将逐渐恢复的速度不一样,在某一 的MR图像就是T1加权图像,简称T:像,有时时间点上测量M的强度值,就会显示三种组织 简写为T1W1。要形成T加权图像,在成像时要 信号强度的差别
第2磁共图像中的号对比原理13 对MRI机选择和设定适当的成像参数,就像拍摄照片时要先选择好光圈和快门速度一样, 但MRI机设定的成像条件要复杂得多,主要是脉冲序列、脉冲重复时间(TR)及回波采集时 间(TE)等 2.3.4哪些组织T值较长? 一般情况下,人体组织中的游离水分子具有较长的T值,因此,凡是含有大量水分子的 组织都有较长的T;值,如脑脊液,水肿区、囊性变、坏死组织及肿瘤等,组织的T1时间长,说 明它在RF射频终止后不易恢复到原来的纵向磁化状态。假如有两种不同组织同时受到RF 发而发生磁共振现象,在RF终止后的相同时间测量纵向磁矩值,T值长的组织的纵向磁 矩值较T1值短的组织的纵向磁矩值小,MR信号就会较低,在MRI图像上呈现低信号的暗 或黑色。因此,水的T1时间长,在T1加权图像上是黑色的。反之,在一般情况下,如果某一 MRI图像上显示含水的脑脊液或其他已知的液体成分为低信号,那么这幅MRI图像很可能 就是T:加权图像。 2.3.5哪些组织T时间短? T1时间短的组织主要为脂肪,脂肪和水一样都含有大量的氢原子,质子密度高,但脂肪 的T1时间较水短得多,水中的质子和脂肪中的质子在磁特性上是有很大不同的。T1值主要 与质子所处的环境(晶格)有关,晶格是指原子周围的其他原子对能量转递的敏感程度,这又 与分子结构有关,游离水分子的分子可移动性很大,不易将RF激发的能量传递给周围的原 子,导致纵向上的磁矩难以恢复,T时间就长了,脂肪的分子较大,其中的质子周围有碳、氧 等原子结合,能量传递较快,T1值很短。同样,与蛋白质大分子结合的水,其T1时间也就较 短。所以,T1时间也被称为自旋-晶格弛豫时间,反映T1时间与分子结构的晶格特点关系极 其密切。 横向磁矩强度 2.4组织的T2时间 2.4.1什么是T:时间? T:时间也叫横向弛豫时间,横行弛豫与纵 向弛豫是同时发生的,质子受RF激发而发生磁 共振后,吸收能量,使总的磁矩偏离B方向,在 横向的XY平面上出现了磁矩。当RF终止后, XY平面上的磁矩将逐渐减少至零,横向磁矩作时间 从最大减少到零的全过程即为横向弛豫,所需图241T,加权图像上不同的组织,其横向磁 要的时间为横向弛豫时间,像T值一样的原矩减少的速度不同,在某一时间点上测量Mxy的 因,我们将横向磁矩减少至最大时的37%作为强度值,就会显示A、B、C三种不同组织信号强度 个单位T:值,T:值一般为数十毫秒。(图的差别,此时A组织T:长,恢复慢,信号高 2-4-1)
14·MR·岛床医师必读 2.4.2T2不是和T1一样长吗? 横向弛豫和纵向弛豫是在RF终止后同时发生的两个方面,但是弛豫的快慢是不一样 的,所以T:和T值是不一样的,一般同一组织的T远比T:长,也就是说横向上的磁矩在RF 停止后将很快完成弛豫而消失为零,但纵向上的磁矩恢复却需要较长的时间 2.4.3T2为什么要比T,短? 这个问题要从组织内部的质子间关系讲起,质子间是相互作用和相互影响的,某个质子 的磁矩方向是受周围质子的微磁矩状态影响的,这是组织在无磁场存在的条件下不会有磁 矩产生的原因,就是说在单个质子的磁矩能量值不变的情况下,由于质子间相互影响就会使 磁矩矢量分散在空间各个方向上,使总磁矩为零状态。当RF终止后,XY平面上的B1消失 了,这时,在能量转化的同时,每个质子都受周围质子的磁矩相位影响而很快改变方向,使不 同相位上的磁矩相互抵消,在能量绝对值减少尚未完成时,XY平面上的磁矩总能量已经锐 减。也就是说晶格间的能量传递尚未完成时,由于质子间自旋方向的改变就很快使XY平面 上的总磁矩提前减少到零,所以,横向上的磁矩消失较纵向上的磁矩建立更快,形象地说,破 坏比建立要来得容易,所以,T:时间也被称为自旋-自旋弛豫时间,T1时间被称为自旋晶格 弛豫时间,T:总比T1要短 2.44T:与T:有什么不同? T:与T:是不同的,T:值是指组织在磁场均匀的状态下的自旋自旋弛豫时间,实际的 磁共振机是不可能做到磁场强度均匀如一的,在磁共振成像中梯度磁场的加入更使磁场变 得不均匀,由于磁场存在不均匀性,使实际的横向弛豫时间较组织固有的T:时间更短,我们 将实际的横向弛豫时间称为T:,以示区别,同一组织,T:值应该是恒定的,但不同磁共振机 因为磁场不均匀性和梯度场等众多因素影响,实际表现出的横向弛豫时间(T:“值)都是不 同的,这就是T:值相同的组织,在不同的磁共振机上用相同的参数成像时表现出的信号强 度(T:“值决定)会有不同。所以,我们不能把不同MR机器上对同一个人的同一组织测量的 信号强度值或T2、T值进行比较,那样做没有实际价值 2.4.5哪些组织T:长? 人体内含游离水分子较多的组织T:值相对较长,如脑脊液、肾组织、囊腔、脓肿、炎症组 织、肿瘤等T:值都较长,脂肪的T:值中等。T2长的组织,在磁共振成像时,RF终止后横向磁 矩消失速度慢,所以,在RF激发后相同的某一时间测定残留的横向磁矩值,T:长的组织横 向磁矩值将较大,信号将较强所以,在T:加权图像上,T:长的组织信号强,呈亮白色,T:短 的组织信号弱,呈暗或黑色 2.4.6哪些组织T:短? 正常人体的脾脏、肝脏、肌肉等组织的T:值相对较短,它们在T:加权图像上信号相对 较低,在组织发生炎症、坏死、囊变等情况时T:值一般都会延长,也就是在T:加权图像上呈