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22MRI物理学原理2-杨正汉

MRI基本对比的产生

MRI图像的对比来源于组织间固有的物理特性差异,主要包括T1弛豫时间、T2或T2*弛豫时间以及质子密度。任何序列和加权图像上,接收线圈采集到的横向磁化矢量Mxy越大,MR信号强度就越高;反之Mxy越小,信号越低。

自旋回波序列通过90度射频脉冲激发产生Mxy,再用180度聚焦脉冲消除主磁场不均匀造成的失相位,在回波时间TE采集信号。调节重复时间TR和回波时间TE这两个参数,可以控制T1和T2弛豫对图像对比的贡献程度,从而得到不同加权图像。

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T2加权与T1加权成像

T2加权成像重点突出组织Mxy衰减的快慢,需要尽量剔除T1弛豫的影响,因此TR要足够长,使所有组织的纵向磁化矢量Mz在下一个射频脉冲前完全恢复。组织T2越长,Mxy衰减越慢,TE时刻残留的Mxy越大,信号越高;T2越短则信号越低。自旋回波序列采集回波得到T2WI,梯度回波序列得到T2*WI。

T1加权成像重点突出组织Mz恢复的快慢,需要尽量剔除T2弛豫的影响,因此TE要尽可能短,减少Mxy衰减对信号的干扰。组织T1越短,Mz恢复越快,采集时已恢复的Mz越大,信号越高;T1越长则信号越低。短TR使不同T1组织的纵向磁化矢量恢复程度差异最大化。

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质子密度加权成像

质子密度加权成像重点突出组织氢质子含量的差别。组织质子密度越高,平衡态时Mz越大,射频脉冲激发后产生的Mxy越大,立即采集时MR信号越高;质子密度越低则信号越低。

为剔除T1和T2弛豫的影响,PDWI采用长TR使所有组织Mz完全恢复,同时采用短TE使Mxy衰减差异最小化,从而单纯反映质子密度差异。

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MRI的空间定位

MRI空间定位依靠梯度磁场实现。层面选择使用第一个梯度场,在梯度方向上不同位置具有不同的共振频率,通过发射特定频率范围的射频脉冲激发相应层面,改变射频带宽可调节层厚。

层面内定位需要频率编码和相位编码。频率编码使用第二个梯度场,使不同位置质子具有不同进动频率;相位编码使用第三个梯度场,在射频激发后短暂施加,使不同位置质子产生不同相位偏移。傅里叶转换只能区分相位相差180度的信号,因此相位编码需要多次重复并逐步改变梯度强度,以获取足够的位置信息。

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K空间及其特征

K空间是MRI原始数据的填充格式,填充后的数据经傅里叶转换重建出MR图像。K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应的,K空间中每一个点具有全层信息。

K空间在频率编码和相位编码方向都对称。中心区域的数据决定图像对比,周边区域的数据决定解剖细节。K空间有多种填充轨迹及顺序,自旋回波序列常采用循序对称填充,其他还包括中心优先填充、迂回填充、螺旋填充和放射状填充等。

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MR成像过程总结

MR成像的基本过程:将患者置于主磁场中,人体被磁化产生纵向磁化矢量Mz;发射射频脉冲使组织发生共振,产生旋转的横向磁化矢量Mxy;关闭射频脉冲后,质子同时发生T1和T2弛豫,并进行空间定位编码;线圈采集MR信号,计算机进行傅里叶转换等处理,最终显示图像。

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