令人困惑的问题
对于很多人而言，认识核磁共振是从磁共振成像开始的，加上之前我们对核磁共振原理的科普，大家对于核磁共振的原理、弛豫的原理和概念已经很明白，但是：当提到磁共振成像为什么离不开弛豫？估计有不少人有点晕，似懂非懂，模模糊糊。今天我们开始讲磁共振成像，并以这个问题作为我们开篇的引子。
除了这个问题之外，本文还详细的解释了质子密度像、T1加权像、T2加权像的原理和参数设置，并结合在生命科学领域的实际应用案例加以说明，期待您认真的阅读下去！
01
为什么磁共振成像离不开弛豫？
▲小鼠脑部T2W成像（脑中风模型）1.0T
磁共振成像之所以能称为图像，关键在于它能反映出不同组织、不同脏器之间的区别以及与人体解剖关系的对应（被测对象为岩石、食品等样品，道理也是一样的），那根据什么原理才能让不同的组织在磁共振图像中明暗不同呢？答案就是不同组织的弛豫时间（如下图所示）。
▲人体不同组织的T1弛豫时间（不同场强）和T2弛豫时间
正常组织彼此之间具有不同的弛豫时间，基于此可以做结构和定位成像。此外，基于正常组织和病变组织的弛豫时间不同（尤其是肿瘤），这是利用MRI进行疾病诊断的基础。
当然这只是简单分析，详细来看，磁共振图像的明暗受哪些参数影响呢？质子密度像、T1加权、T2加权又是怎么实现的呢？我们经常背的如下口诀到底是如何来的呢？
● T1加权：短TR 短TE
● T2加权：长TR 长TE
● 质子密度：长TR 短TE
02
三种成像：PDW、T1W、T2W
根据以上公式，T1和T2对信号有着非常大的影响。
除了T1和T2之外，信号强度S主要受三个因素的影响。
N(H)为样品中H的质子密度，对于某个样品，这一项是定值；
TE：回波时间，对于SE序列而言是，90°脉冲与采集回波最高点之间的距离；
TR：序列的重复时间
SE序列简图
从以上公式中看出，T1加权就是增加T1对信号S的影响，减少因T2的不同对信号的影响；同理T2加权是增加T2弛豫对信号S的影响，减少因T1的不同而对信号的影响；质子密度像尽量使信号S主要由与样品中H质子的密度决定，减少T1弛豫、T2弛豫的影响。
从公式中看出，TR会影响T1的权重，TE会影响T2的权重；如果用图来解释，如下图所示：
T1加权成像
T1加权成像：图像的灰度（明暗程度）主要由组织的T1弛豫快慢决定。
因此就要尽量减少T2对信号S的影响，在exp（-TE/T2）中，只有当TE尽可能小，TE<<T2时，e（-TE/T2）接近于1;
同时在[1-exp(-TR/T1)]中，只有当TR也较小时，才能体现出T1不同而带来的图像差异。
用图的方式来解释，就是如下：
▲较短的TR下，不同的T1弛豫对应的信号差别较大
▲较短的TE下，不同的T2弛豫对应的信号差别相对较小
T1W成像：短TR 短TE（一般为仪器所允许的最小值）
T2加权成像
T2加权成像：图像的灰度（明暗程度）主要由组织的T2弛豫快慢决定。
因此就要尽量减少T1对信号S的影响，在[1-exp(-TR/T1)]中，只有当TR>>T1时候，该项趋近于1。实验表明，当TR=5T1时候，该项[1-exp（-5）]≈0.99。
而对于exp（-TE/T2），当TE较大时候，才能体现出T2不同而带来的图像差异。
用图的方式来解释，就是如下：
▲较长的TR下，不同的T1弛豫对应的信号几乎无差别
▲较长的TE下，不同的T2弛豫对应的信号差别较大
T2W成像：长TR（一般为5T1) 长TE
质子密度成像
质子密度成像：图像的灰度（明暗程度）主要由组织的质子密度决定。
因此公式中第二项和第三项都要接近于1，此时S=N(H)
要使exp（-TR/T1）→0，TR>>T1
要使exp（-TE/T2）→1, TE<<T2
用图的方式来解释，就是如下：
▲较长的TR下，此时T1弛豫基本恢复完全，不同T1之间的信号差别主要由其各自的质子密度决定
▲较短的TE下，不同的组织基本还未经历T2弛豫
PDW成像：长TR 短TE
举几个典型的例子，分别用T1W、T2W、PDW对同一样品（鸡蛋）成像，结果如下：
▲T1加权（使用纽迈分析0.5T核磁仪器）
▲T2加权（使用纽迈分析0.5T核磁仪器）
▲质子密度成像（使用纽迈分析0.5T核磁仪器）
03
加权成像在临床前科研中的应用举例
1.0TMRI
正常小鼠的T1加权、T2加权成像
▲T1加权成像（使用1.0T磁共振成像设备）
▲T2加权成像（使用1.0T磁共振成像设备）
T1加权像：有利于看解剖结构，以及T1造影剂的代谢研究。
T2加权像：有利于鉴别病变的组织（癌变），以及T2造影剂的代谢研究
应用案例
T2加权像跟踪小鼠头部肿瘤生长情况（1.0TMRI）
通过1.0T核磁共振成像，观察种植肿瘤(A)15，(B)17，和(C) 20天的生长发育状况。通过对其尺寸的测量（仪器自带功能），可对肿瘤生长进行量化监测。
应用案例
T1加权成像研究小鼠心肌活性（1.0TMRI）
钆造影剂通过坏死心肌的速度要比通过正常心肌的速度慢很多,又因为坏死心肌的细胞外空间较大,可以容纳的造影剂较多,因而心肌坏死区域钆造影剂的浓度较高。
04
纽迈重磅推荐仪器——1.0T小动物磁共振成像仪
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