核磁共振(NMRI)的成像原理

2022-03-19 23457 words 47 minutes

Contents

核磁共振的基本原理（视频科普）
1. 相关资料
2. T1弛豫是如何产生的？
3. T2弛豫如何产生的？
4. T1和T2对比
5. T2*弛豫如何产生的？
  1. 自旋回波序列（90°-t-180°）测T2弛豫
  2. CPMG序列(90°-t-180°-2t-180°-2t-···）测T2弛豫
核磁共振的基本原理（总结）
- 名词概念
弛豫时间
- 纵向弛豫T1
- 横向弛豫T2
TE、TR与加权成像技术
1. T1加权成像
2. T2加权成像
3. PD质子密度加权成像
磁共振参数
- 信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）
K空间
磁化传递效应（磁化传递对比MagnetizationTransferContrast,MTC）
STIR和FLAIR序列结构
弥散加权成像（Diffusion Weighted Imaging, DWI）
B值
结语

核磁共振的基本原理（视频科普）

从量化层面，从 0 到 1 研究了核磁共振成像。内容包括磁共振现象、弛豫、加权、梯度磁场、K空间、傅里叶变换和图像重建原理，尝试解答了杨正汉所著教材《磁共振成像技术指南》里有关K空间扫描时各行质子相位差的迷思。

「核磁共振」=『「磁场」中「磁性原子核」因响应合适频率的「电磁信号」而产生的「共振」』

T1弛豫是如何产生的？

射频能量把原子核从低能态激发到高能态，假设未激发前低能级有7个原子核，高能级有3个，激发之后，低能级的2个原子核（红色）跃迁到高能级，这样两个能级的原子核数相同，总体的磁化矢量为0。当撤去射频能量RF，2个红色的原子核就要从激发态回到平衡态，又要回到原来的状态，于是弛豫发生了。

T1弛豫过程是一个非常漫长的过程，有关文献中提到，如果不考虑环境热运动及其他分子运动，自发条件下这个时间是10的13次方年，但是实际考虑环境的因素等，T1弛豫并没有这么长。当t=5T1时，MZ约为0.99M0，基本忽略T1弛豫对T2分析的影响了，所以让TR>5T1保证每次弛豫都衰减完全。

弛豫过程是能量释放的过程，T1弛豫中能量释放到哪里了呢？其名字告诉我们答案，spin-lattice，自旋晶格，晶格相当于指周围H子一个个排列在一起组成的晶格，所以，能量释放到周围的晶格中。

怎么释放呢？就是交换，从频率上看，自旋系统（拉莫尔频率）把能量交换到周围系统（周围分子的热运动频率），如果两个频率比较接近，那交换起来就更容易，如果两个频率相差很大，交换完成就需要很长的时间。这样理解：两个人性格类似，沟通起来非常顺畅；反之性格迥异的，真的是话不投机半句多，完成沟通需要很长时间。

T2弛豫如何产生的？

当施加一个90°脉冲后，所有的质子都发生90°的偏转，在横截面方向上磁化矢量都朝着一个方向，此时Mx达到最大。当撤去射频后，此时差别就显现出来了，由于每个H质子所处的环境不同，其进动的拉莫尔频率也会有细微的差别，这种差别就会造成有的转的快，有的转的慢，如同扇子从合到开的过程一样（或者孔雀开屏一样），直到0。这个过程被称为横向弛豫过程。

聚焦到T2弛豫，归纳起来就是因为各个H质子的拉莫尔频率（或者说相位）不尽相同，当撤去射频脉冲后，质子由聚到散的过程。就如同体育课上，当体育老师说大家站成一整排（对应给与射频脉冲时刻），然后体育老师又说：“好了，大家自由活动，解散！”于是大家往各个方向走，整体就变得无序。

这就是为什么有的时候叫做T2decay？decay是衰退、衰减的意思，因为T2弛豫描述的就是这样一个从有序到无序，从相干到不相干的过程。定量的看，描述的就是其横向磁化分量以指数衰减的过程（CPMG序列中）。

影响T2弛豫的因素：

内部因素
- 分子运动：分子运动越慢，T2越小；例如冰和固体；
- 分子尺寸：分子尺寸越大，T2越小；例如食品中淀粉等大分子的弛豫时间比水和油脂短得多；
- 分子结合状态：结合越紧密，T2越小；食品中水的多层结构理论。
外部因素磁场不均匀：千万不要小看这个因素，磁场不均匀会加速散相过程（使得H质子之间的差异更大），从而测得的T2*比实际T2衰减的快的多的多。因此T2分析中，不直接用FID序列，而是在FID后面加180°复相脉冲，可以抵消主磁场恒定不均匀造成的信号衰减，从而获得真正的T2弛豫。

T1和T2的对比

T2*弛豫如何产生的？

接下来讲讲弛豫三兄弟中最没有存在感的T2※弛豫，进而分析为什么T2弛豫要用CPMG序列。

理想中的T2弛豫曲线如下图中的蓝色，然而真实情况是：当你施加一个90°脉冲后，采集到的T2弛豫却是这样的（下图中的紫色）。

受到磁场不均匀性的影响，会加速H质子的散相过程（使得H质子之间的差异更大），从而测得的T2*比实际的T2衰减得快得多得多。也就是说应该采集到T2弛豫，然而90°脉冲序列后，实际采集到的却是T2*弛豫。

T2*弛豫包含两部分因素，H质子本征弛豫特性和磁场不均匀的影响，后者显然是我们不想看到的，怎么去消除呢？

消除磁场不均匀显然是不可能的。首先虽然目前采用了很多超导、低温等各种技术，但是要想保证磁体内部磁场绝对均匀是不可能的；

其次，当人体、样品等放入磁体中，由于人体组织或者样品不同结构处H质子的磁化率不同，造成人体或者样品内部存在一些磁场梯度，使得磁场也不均匀了。

既然磁场的不均匀性无法消除，采用怎样的方法才能获得样品本征的T2弛豫呢？

答案是，采用回波的方式，即在90°脉冲后加一个180°的复相脉冲。 使得快速散相的H质子，重新聚拢在一起，此时的横向磁化矢量又达到最大，这就称为回波。

180°复相脉冲的作用机制

90°脉冲作用瞬间，质子1、2、3、4相位相同，聚拢在一起，形成最大横向磁化矢量Mxy；如果磁场均匀，1234将以相同的拉莫尔频率进动，以同相位进动没有相位差，而进动频率不同就有散相（散相的过程类似扇子打开一样）。然而由于磁场不均匀的存在，实际散相却是有的快，有的慢，扇子打开过程各个扇子骨架并不同速。反映在示意图上，例如1和4进动的快，2和3进动的慢。
从90°脉冲后经历一段时间t，质子散相（如示意图中的第2个），此时施加180°脉冲，即所有的H质子来了一个180°翻转（如示意图中的第3个图），之前进动的快的1、4在后面，进动的慢的2、3在前面，再经历一段时间t，所有质子发生重聚，此时形成了回波。
正如图中所示，自旋并不是完美的不加损耗的相重聚（完全平行），微小的散相是自旋-自旋弛豫的结果，因此此时的磁化矢量M会略小于初始M0。

这个过程，可以用龟兔赛跑的故事来理解。

自旋回波序列（90°-t-180°）测T2弛豫

硬脉冲自旋回波序列（90度脉冲+180度脉冲）的回波信号的峰值是按照T2弛豫进行衰减的，调整TE的值可以获得一系列的回波信号，这一系列峰值用线连起来就是T2的衰减曲线。

90°和180°脉冲，组成了自旋回波序列（Spin Echo）简称SE序列。既然180°的复相脉冲能实现聚相，方便信号采集，那为什么不用SE序列呢？

答案是： SE序列虽然在成像中广泛应用，但是要用SE序列采集完整的T2衰减过程的信号值，就需要测量n次，每次90°与180°之间的间隔t都需要不断延长。此外重复等待时间TR要保证足够长，使得每个周期都是从Mz=M0开始的。随着t延长，每次得到的回波越来越低，从而得到在横截方向上的衰减曲线。但是，这种方法花费时间太长，其次当t过长，分子的扩散影响测试结果，造成信号失真。

CPMG序列(90°-t-180°-2t-180°-2t-···）测T2弛豫

在90°脉冲之后，经过时间t的散相之后，再加上180°的重聚脉冲，各个H质子旋转180°到达其镜像位置，然后再开始聚相，在2t的时间正好形成第一次回波。之后又开始散相，在3t时间时，再施加第二个180°重聚脉冲，同样的，在4t时间形成第二次回波；如此循环往复。

CPMG序列总结

在X轴方向施加90°脉冲，此时Mxy=M0为最大值，将该时刻作为时间原点，之后分别在t、3t、5t,···，（2n-1）t时刻施加180°脉冲，然后对应的分别在在2t、4t、6t、 ···，2nt得到回波，其得到的磁化量为：

在这一系列的信号中，众多信号的波峰之间连线即为一条呈指数衰减的曲线。这个曲线代表了弛豫时间T2。

彩蛋： 180°复相脉冲导致横向磁化矢量反向并发生重聚形成回波，在此期间纵向磁化矢量My也会受到影响，纵向磁化矢量My此时已经恢复了1/2TE时间，这时候在z轴方向上反向，只不过1/2TE时间内恢复程度很弱（尤其是跟TR相比），一般忽略这部分影响。

图像的信号强度取决于生物组织中质子密度的大小

核磁共振的基本原理（总结）

①人体内含有大量水，每个水中的每个氢都含有的一个质子，质子带正电荷，并且都会自转，所以带电质子的自转会产生磁场，其磁场的方向可以用右手定则确定。

②普通情况下人体所含质子的方向是随机的，所以自旋时产生磁场的方向也是杂乱无章的，因此产生的磁场相互抵消，所以产生的综合磁场强度为零。

③外加磁场后，大部分质子产生磁场的方向指向外加磁场方向，称之为低能质子。少量质子的指向与外加磁场的方向相反，称之为高能质子。所以质子产生的综合磁场指向外加磁场方向。需要注意：此时质子兼顾自旋和指向磁场方向或反方向的两种运动，其综合运动外观上类似于旋转的陀螺，称之为进动运动。

④此时外加与质子进动频率相同的射频脉冲，少部分低能质子会吸收能量暂时变为高能质子，纵向磁场强度随之不断减小，最终高能质子数量等于低能质子数量，纵向磁场强度为零。此时继续施加脉冲，质子进动运动发生共振，即：质子间吸引靠拢，所以高能质子和低能质子均产生一个磁场（借用上北下南左西右东常规坐标系，高能质子产生东南方向磁场，低能质子产生东北方向磁场），由于两磁场纵向分矢量抵消，因此最终表现为产生横向磁场。

⑤外加脉冲消失后，质子先会由于排斥作用（和磁场不均匀等原因）横向磁场逐渐消失（进动质子失相位），也就是横向磁化矢量发生衰减，这个过程被称为T2弛豫。在T2信号中，由于水的横向豫驰的很慢，一直存在横向磁场，能采集大量电信号，所以信号为高信号，为白色。而脂肪横向豫驰恢复很快，所以为相对水来说是低信号，为灰白色。

⑥之后暂时成为高能的质子释放热能转变为低能质子，也就是纵向磁化矢量逐步增加，被称为T1弛豫。所以T1显示快速恢复的组织为高信号，缓慢恢复为低信号。而水是缓慢恢复，所以为低信号，规定为黑色，脂肪为快速恢复，所以为高信号，为白色。

⑦之后通过空间相位编码技术形成磁共振图像。大概方法是外加X、Y、Z轴三个方向的梯度磁场（梯度磁场指场强渐变的磁场），所以采集到的每个信号都拥有了自己独特的空间位置信号，信号重建后获得核磁图像。

名词概念

序列(sequence)：指检查中使用的脉冲程序-组合。常用的有自旋回波(SE)、快速自旋回波(FSE)、梯度回波(GE)、翻转恢复序列IR)、平面回波序列(EP)。

加权像(weightimage，WI)：为了评判被检测组织的各种参数，通过调节重复时间TR。回波时间TE，可以得到突出某种组织特征参数的图像，此图像称为加权像。

流空效应(flowingvoid effect)：心血管内的血液由于流动迅速，使发射MR信号的氢质子离开接受范围，而测不到MR信号。

MR水成像：根据T2WI图像，可以抑制其它的组织，只显示静止的水份，这一技术可作脑室成像、胆道成像、尿路成像等。

弛豫：在射频脉冲的激发下，人体组织内氢质子吸收能量处于激发状态。射频脉冲终止后，处于激发状态的氢质子恢复其原始状态，这个过程称为弛豫。

弛豫时间

CPMG脉冲序列测量T2弛豫时间
硬脉冲自旋回波序列（90度脉冲+180度脉冲）测量T2弛豫时间
反转恢复序列(IR)测量T1弛豫时间
90度脉冲激发后的FID为T2*

（1）纵向弛豫T1

T1弛豫时间：Mz由零恢复到M0的63%所需要的时间。

纵向磁化强度矢量Mz随时间的恢复表达式如下：

当t=T的时候，

（2）横向弛豫T2

T2弛豫时间：Mxy由最大值衰减到37%所需要的时间。

横向磁化强度矢量Mx y随时间的衰减表达式如下：

当t=T时，

T1弛豫为纵向弛豫，纵向弛豫是从零变为最大值，因此，T1弛豫越长，信号恢复越慢，检测时信号越弱，亮度越低。
T2弛豫是横向弛豫，横向弛豫衰减是从最大值变为零，因此T2弛豫越长，信号衰减越慢，检测剩余信号越强，亮度越高。
T1受Spin-Gitter影响，需要将质子内的能量传递给质子外的其它分子中，所以时间久。
T2s受Spin-Spin影响，它的驰豫发生在质子群的内部，质子与质子之间，所以时间短。

T1和T2都有信号高低之分，高信号显示为白影，中等信号显示为灰影，低信号显示为黑影。T1和T2的信号高低通常用长短来描述。

T1弛豫也叫自旋-晶格弛豫（Spin-Gitter）。物质进动频率与质子自旋频率越接近，能量传递很快，进而使T1弛豫发生较快，T1时间也很短。
- 水的旋转频率远高于进动频率→因此能量传递速度很慢→T1时间很长→所以水是长T1的低信号；
- 脂肪的旋转频率与进动频率很接近→能量传递很快→T1时间很短→所以脂肪是短T1的高信号；
- 固体的旋转频率比进动频率略小→为中等长T1的低信号；其中蛋白质中结合水运动受限→旋转频率下降→T1时间比水短，具体信号取决于蛋白质含量。
T2弛豫也叫自旋-自旋弛豫（Spin-Spin）。物质结构越松散，自旋-自旋作用力越小，失相位越慢，T2时间越长。
- 水的结构松散→使自旋-自旋作用力小→失相位速度慢→T2时间很长→所以水是长T2的高信号；
- 脂肪结构紧密→作用力大→失相位速度较快→T2时间中等→所以脂肪为短T2低信号；同理，固体结构紧密→为短T2的低信号。

T2是比T1要小一个数量级的，而且体内不同物质的T1/T2也有很大差别。

TE、TR与加权成像技术

T1加权像上，组织T1值越长，信号越低，图像呈深色。（注意，是加权像，核磁信号都不是纯净的，T1加权像指以T1值为主的成像序列）

T2加权像上，组织T2值越长，信号越高，图像呈浅色。

长T1表现为黑影，长T2表现为白影，表现为长T1和长T2信号的病灶，常见于脑脊液、水肿、含水囊肿、部分肿瘤等等。具体情况不仅要看T1、T2信号，还要看弥散以及压水压脂的信号，才能做病变的诊断。

影响磁共振信号强度的因素主要有两类：一类是组织本身的特性，比如质子密度多少，T1值，T2值，组织含量及性质（是否有结合水）；另一类是磁共振参数。

磁共振图像质量主要受质子含量（密度）、T2弛豫和T1弛豫的影响。

T1弛豫主要受重复时间TR影响，T2弛豫主要受回波时间TE影响。

TR=Repeatation Time重复时间，一般指两个连续的90度射频脉冲之间的时间隔。TE=Echo Time 回波时间，指射频脉冲与相应的回波之间的时间间隔。

回波时间TE和重复时间TR是控制序列权重，是影响图像对比度最重要的两个扫描参数。

经典的自旋回波序列又叫对称自旋回波序列，可以看到180°重聚脉冲刚好位于90°激发脉冲和自旋回波信号中点的中心，90°射频脉冲到180°重聚脉冲的时间间隔和180°重聚脉冲到回波信号中点的时间间隔相等，都是τ，这种时序上的对称性确保了当TE=2τ时，水平方向上每一个质子的相位都刚好保持一致，得到的信号强度最大。

在经典的自旋回波中，一次激发只采集一个回波，对应唯一的一个TE。延长TE，等于信号的采集时间往后推迟，信号会随着时间衰减，所以信噪比会下降。TE越长，组织的横向弛豫越充分，其T2值对图像的影响越大。TE越短，得到的信号强度越大，图像的信噪比越高。假设TE无限短（接近于0），则信号刚产生还没有进行横向弛豫就被采集了，则组织的T2值对图像基本上没有影响，T2权重被消除了。

要得到完整的图像，射频脉冲就不可能只激发一次。假设TR »TE，也就是下一次射频脉冲激发的时候，上一个90°激发产生的信号已经完全衰减了，不会干扰到后面的信号。

在固定磁场强度和选层厚度情况下，SE序列采集到的信号强度可表述为：
SI = K*N(H)e^(-TE/T2)[1-e^(-TR/T1)]
参数含义：
SI为信号强度；
K为常数；
N(H)为H质子密度；
TR 重复时间；
TE 回波时间；
T1 纵向弛豫时间（与组织自身特性有关）；
T2 横向弛豫时间（与组织自身特性有关）；
在固定磁场强度和选层厚度情况下，SE序列采集到的信号强度可表述为：
S=K *N(H) * [1-exp(-TR/T1)]*exp(-TE/T2)
参数含义：
S为信号强度；
K为常数；
N(H)为H质子密度；
TR 重复时间；
TE 回波时间；
T1 纵向弛豫时间；
T2 横向弛豫时间；

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

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。TR会影响T1的权重，TE会影响T2的权重。

当TR比较短的时候，下一次激发脉冲前，纵向磁化矢量强度可能小于初始磁化矢量强度M0，这里体现的就是T1权重。

当TR比较长的时候，下一次激发脉冲前，纵向磁化矢量强度已经恢复到初始磁化矢量强度M0，剔除了T1权重。就是下一次射频脉冲激发的时候，上一个90°激发产生的信号已经完全衰减了，不会干扰到后面的信号。

TR主要决定图像的T1对比，TR越大，组织的纵向驰豫T1完全驰豫，剔除了组织的T1（纵向）驰豫差别，所以T1权重越小；反之，TR越小，T1权重越大。

在TR<500ms，TE<25ms时，可得到T1加权影像；在TR＝1500～2500ms，TE＝90～120s时，可得到T2加权影像。

加权是指重点突出，而T2WI指把T2弛豫视为影响图像的主要因素，这就需要滤除T1弛豫对图像的影响，来实现T2WI（质子含量基本相同的前提下，因为需要控制变量）。滤除T1弛豫，也就是说选择一个长TR时间，使图每个信号中的纵向磁化矢量都恢复到百分之百，同时再选择一个长TE时间，使T2弛豫到最合适的值（TE时间超过50ms，为了使多种组织间的对比度最大）。

反之，T1加权图像，则是滤除T2弛豫对图像的影响，也就是选择短TE时间，让组织还没发生T2弛豫就采集信号。此时再选择短TR时间，使T1弛豫到最合适的值（TR时间小于20ms，为了使多种组织间的对比度最大）

PDWI（质子密度加权成像），则是滤除T1、T2两者的弛豫，使图像仅受氢质子的数量影响。此时选择长TR时间，使T1弛豫都恢复到一样，不同T1之间的信号差别主要由其各自的质子密度决定，再选择短TE时间，使T2弛豫没发生就采集信号。

此外还有T2*WI。由于脉冲激发后FID横向磁化矢量主要受到“磁场分布不均匀”的影响，产生进动质子失相位现象，进而发生弛豫，相比理论上的T2弛豫更快。需要特别注意的是：此时发生的实际上是T2*弛豫，产生的图像叫T2*WI，而真正的T2弛豫实际上是通过外加180度聚相位脉冲（原理类似于龟兔往返跑比赛）消除“磁场分布不均匀”的影响，产生真正的T2弛豫与T2WI图像。

TR长，TE短，质子密度加权
TR短，TE短，T1加权成像
TR长，TE长，T2加权成像

T1WI→滤除T2因素→选短TE→再选适当TR（短）
T2WI→滤除T1因素→选长TR→再选适当TE（长）
PDWI→滤除T1和T2因素→选短TE、长TR
总结：双短T1脂肪亮水暗、双长T2脂肪暗水亮。

TR为重复时间，成像时可以根据需要进行设置。当TR取5T1时，纵向磁化矢量Mz=M0（1-e(-5)）≈ 0.99M0。即90度脉冲后，经过5倍T1，纵向磁化矢量已经恢复到了初始状态的99%，基本上可以忽略T1弛豫对图像的影响。所以取不同的TR值会对应不同的T1权重。

TE为回波时间，在仪器允许的范围内，也可以自由设置。当TE→0时，横向磁化矢量Mxy=Mxymax*exp(-TE/T2)→Mxymax。即当TE趋近于0时，基本上可以忽略T2弛豫的影响。所以取不同的TE值会对应不同的T2权重。

实际采样中，由于仪器具有特定的死时间，TE不可能等于0。假设最短TE=TE1，在TE1位置采样时，其实信号也经历了短暂的T2衰减。

T1加权成像

T1加权成像：图像的灰度（亮暗程度）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：

由信号强度公式可知：

当exp(-TR/T1)≠0，并且exp(-TE/T2)→1时，

信号强度可以简化成：S=K *N(H) *[1-exp(-TR/T1)]

假设组织A与组织B在同一层面内的质子密度N(H)相同或相近。

则信号强度主要的决定因素为：1-exp(-TR/T1)，即选择不同的TR能得到不同T1权重的图像。

当TR较短时，能体现组织A、B的T1弛豫差异。

要使exp(-TE/T2)→1，则TE«T2;

即有TR短，TE短，得到的图像是T1加权图像。

上面是假设A、B组织质子密度相同或接近，这样便于更好的理解T1加权成像。实际成像中，质子密度是成像基础，不同组织的质子密度是有差异的。所以图像中总会有质子密度的权重部分。但T1加权图像的明暗差异主要还是由组织的T1弛豫时间决定。

图解说明T1加权成像TR与TE；

不同T1弛豫快慢的A组织与B组织，对应的短TR与短TE情况图：

当TR取得较短（比如：T1<TR<2T1）时，由于A组织与B组织的T1弛豫差异，A组织T1弛豫快，在TR时刻恢复了更多的纵向磁化矢量，TR时刻施加90度脉冲后，偏转到xy平面的横向磁化强度较大。

B组织T1弛豫慢，在TR时刻恢复的纵向磁化矢量较小，TR时刻施加90度脉冲后，偏转到xy平面的横向磁化强度相比A组织要小。

当TE取最短时间TE1时，A、B两组织的基本上还没有经历T2弛豫，此时采集到的信号强度差异主要是由T1弛豫差异引起的，此时获得的即是T1加权成像。

T2加权成像

T2加权成像：图像的灰度（亮暗程度）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：

由信号强度公式(1)可知：

当 1-exp(-TR/T1)=0，并且 exp(-TE/T2) ≠1时，

信号强度可以简化成：S=K * N(H)* exp(-TE/T2)

假设组织A与组织B在同一层面内的质子密度N(H)相同或相近。则信号强度主要的决定因素为：exp(-TE/T2)，即选择不同的TE能得到不同的T2权重图像。

当TE较长时，能体现组织A、B的T2弛豫差异。

要使1-exp(-TR/T1)=0，则TR»T1;

即有TR长，TE长，得到的图像是T2加权图像。

图解说明T2加权成像TR与TE；

不同T2弛豫的A组织与B组织，对应的短TR与短TE情况图：

当TR取得较短（比如：T1<TR<2T1）时，由于A组织与B组织的T1弛豫差异，A组织T1弛豫快，在TR时刻恢复了更多的纵向磁化矢量，TR时刻施加90度脉冲后，偏转到xy平面的横向磁化强度较大。

长TR，当TR取5T1时，纵向磁化矢量Mz=M0（1-e(-5)）≈0.99M0 .

基本上可以忽略T1弛豫对图像的影响。

当TE取较大时，如图取TE=TE2，A、B两组织都经历相同时间的T2弛豫。

由于A组织T2弛豫比B组织更快，在TE2时刻A组织横向磁化矢量衰减的更多，采集到的信号强度A<B。

这种信号强度的差异主要是由T2弛豫差异引起的，此时获取的图像就是T2加权图像。

质子密度加权成像

质子密度加权成像： 图像的灰度（亮暗程度）主要由组织的质子密度决定。

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

（一）由信号强度公式进行解释：

当exp(-TR/T1)→0，并且exp(-TE/T2)→1时，

信号强度公式可以简化成：S=K * N(H)

即磁共振图像只与质子密度相关，这样获得的图像就是质子密度图像。

要使exp(-TR/T1)→0，则TR»T1；

要使exp(-TE/T2)→1，则TE«T2;

即TR长，TE短，得到的图像是质子密度加权图像。

（二）图解说明质密度加权成像TR与TE；

长TR：当TR取5T1时，纵向磁化矢量Mz=M0（1-e(-5)）≈0.99M0，基本上可以忽略T1弛豫对图像的影响。

短TE：一般要求90度脉冲后立即采样，由于仪器有一定死时间，立即采样无法实现。在仪器允许的范围内，TE越短，质子密度权重越大。

当TE=TE1时（最短TE），A组织对应的长TR与短TE情况如下图：

假设组织A与组织B，其质子密度A>B，长TR与短TE情况如下图：

由于组织A的质子密度大于组织B的质子密度，长TR使A、B两组织都恢复到初始状态，此时有M0(A)>M0(B);

短TE，在TE=TE1时刻采样到的信号强度基本上正比于组织的质子密度（即信号强度A>B），信号强度的差异主要是由两组织的质子密度差异引起的，此时获得的图像为质子密度加权图像。

分别用T1W、T2W、PDW对同一样品（鸡蛋）成像：

在任何序列图像上，信号采集时刻横向的磁化矢量越大，MR信号越强。

短TR、短TE——T1加权像，T1像特点：组织的T1越短，恢复越快，信号就越强；组织的T1越长，恢复越慢，信号就越弱。

长TR、长TE——T2加权像， T2像特点：组织的T2越长，恢复越慢，信号就越强；组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱。

长TR、短TE——质子密度加权像，图像特点：组织的 rH 越大，信号就越强； rH 越小，信号就越弱。

区分T1和T2

1.SE序列的MR片子可以根据TR、TE与加权像的关系来确定　

	TR	TE
T1WI	短(<500ms)	短(<25ms)
T2WI	长(>2000ms)	长(>75ms)
PdWI	长(>2000ms)	短(<25ms)

2.GRE梯度回波序列（通常TR及TE的参数均很小的即为梯度回波序列）的片子光靠参数就不好确定了，这需要依靠间接征象，比如依靠膀胱、肾盂、输尿管内的尿液及脑脊液等含水量较多部位的信号高低来判断，水是亮的为T2WI，水是暗的为低信号。

3.压脂序列可以通过皮下脂肪或者肾周脂肪信号来判断，如果变黑了说明是压制序列。

磁共振参数

信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）

除了单纯的磁共振信号强度，还有一个评价磁共振图像指标的术语叫做SNR（Signal-Noise Ratio，信噪比）。也就是磁共振图像中的有效信号和无效噪声之比。这个比值越大，说明图像越好。还会考虑图像的分辨率、CNR（对比噪声比）、扫描时间等。

信噪比的公式：

Pixel代表体素大小，Average代表激励次数，Number of PE代表相位编码步级，BW是采集带宽。

体素越大，单位体素内的氢质子密度越大，提供的信号越多，SNR越高；

激励次数越大，SNR越高。激励2次，比激励1次，信号大了2倍，噪声大了√2倍，这样的话SNR等于大了2/√2倍，等于增大了√2倍；

采集带宽越大，SNR越低。

磁共振的参数按作用进行分类：

第一类：几何类
第二类：分辨率类
第三类：对比度类
第四类：生理及运动类
第五类：系统及后处理类

Ⅰ.几何类

几何类参数，主要决定扫描体位，成像范围（视野大小），成像方位，相位编码方向，采集模式，扫描顺序，扫描层数，扫描层厚，层间距等。

磁共振的层间距概率和CT的不同。磁共振层间距叫Gap，CT的层间距叫Spacing。CT的层间距定义是一层的中心到另一层中心的距离，比如说一层扫描10mm，层的中心位于层高的一半位置，两个相邻层的中心之间隔2个5mm，也就是spacing是10mm，这两层之间没有间隔，没有gap。磁共振的层间距是指这两层之间中空的部分，是有空隙的。

层厚能决定对比度和信噪比。层厚越厚，部分容积效应就越重，但是信噪比就越高。理想状态下，我们希望影像断层读片是断面图片，也就是一层图片切得无限薄，接近没有层厚。层厚越薄，部分容积效应就越弱，层间分辨率就越高，但是SNR越低。层厚与SNR成正比；但是层厚与层间分辨率成反比。层厚越大，引入的部分容积效应就越重。

Ⅲ.对比度类

这副图是最重要也是最简洁的描述磁共振图像评价指标及相互之间关系的图。在某一项固定的情况下，其他两项相互制约。我们要做的就是平衡他们之间的关系，根据图像目的，找到一个最优平衡点。比如，有的检查部位或序列，我们更在乎信噪比；有的序列我们更在乎空间分辨率，信噪比只要不太低都可以，这样能够检出更小的病灶。可以说理解了这张图的内容，就基本上理解了大部分磁共振，也就懂得了如何权衡，取舍，如何优化参数达到你想要的目的。

评价磁共振图像质量的几个标准：

首先，最重要的是SNR信噪比，如果一个图像连基本的信噪比都没有了，那么其他的信息你也看不到；

其次，图像的空间分辨率也很重要。影像图片大部分部位需要图像有一个比较高的空间分辨率，如果空间分辨率低了，即使信噪比再高，图像再亮，细节也模糊，对诊断及判读图片帮助不大；

再次，扫描时间也很关键。同样的条件下，信噪比越高，扫描时间越长；空间分辨率越高，扫描时间越长。如果扫描时间太长，第一不利于临床推广，可用性差；第二扫描时间长，患者动的概率就显著增加了，引入的各种运动伪影，生理伪影可能性就大，反而使图像更差。

信噪比、空间分辨率、扫描时间，这三个指标如图三角关系一样，相互制约，相互牵制。

扫描时间固定的话：空间分辨率越高，体素越小，信噪比越低；体素增大，空间分辨率下降，但是信噪比上升。

空间分辨率固定的话：增加扫描时间，信噪比肯定上升；减少扫描时间（比如用并行采集，多回波链），信噪比下降。

信噪比固定的话：减小体素，分辨率增加，但是信噪比下降，要保持信噪比不变，必须增加激励次数，这样就增加了扫描时间；同样，减少空间分辨率，体素变大，信噪比上升，可以减少扫描时间。

磁共振图像不仅要考虑信噪比（SNR），空间分辨率，扫描时间，还要考虑对比度。 这里的对比度是指广义的对比度，包括图像对比度，病灶和正常组织对比度，图像权重对比度。参数里指的对比度主要是狭义的对比度，即图像权重对比度。这个图像（序列）是T2WI，T1WI，还是PDW。不直接说这个图像是T2图，而且比较谨慎的使用专业名词T2WI（T2加权图）。因为一个图像（序列），不可能只含有T2信息（对比），肯定是含有多种参数（T2，T1，PD）信息的，只是看哪一种占主要作用，即占的权重大，所以T2加权像代表T2的权重占得最大，主要显示组织的T2对比。控制图像对比度的，主要是TR和TE。TE时间越长，图像越偏T2权重；TE时间越短，图像越偏T1权重。

图像对比度，并不等于信噪比，而且图像对比度和信噪比没有直接关系，和空间分辨率也没有。

图像对比度，主要包括：正常组织-病变的对比度；不同正常组织的对比度。比如，头颅扫描，优先考虑把灰质-白质对比度做好，再考虑其他组织对比度。

信噪比高了，并不一定图像对比度好。空间分辨率高了，也不一定是图像对比度好。图像的对比度首先是反映在各种不同组织的差异上面，无论是信号差异，还是解剖位置差异。所以，图像对比度是通过信噪比，空间分辨率，综合调试出来的。信噪比太低了，图像没有信号，肯定无从谈起图像对比度；空间分辨率太低，即使信号有差异，细节不足，图像对比度也不能很好的反应。所以，图像对比度很重要。而且根据检查目的，我们需要不同的图像对比度。比如：需要正常组织-水肿的对比度；需要灰质-白质对比度；需要肝脏和病变组织对比度等。

FA 翻转角，主要是控制对比度的。

为了简化模型，大部分书在写自旋回波SE序列的时候，都写一个90°射频脉冲激发，然后一个180°重聚脉冲聚相位，然后在TE时间采集，就是标准的SE序列。这里的90°脉冲，控制这个激发度数的即使FA（翻转角）。其实，不全是，有时候，会给70°，80°。

翻转角越大，信噪比越高。翻转角越大了，更多的纵向磁化矢量被翻转到横轴位上，这样矢量更大了，当然信噪比更高。但是不仅要考虑信噪比，还要考虑图像的对比度。在头颅T1W这个主要看解剖像为主的序列中，除了考虑信噪比，还要考虑图像对比度，也就是灰质-白质的对比度。FA越大，的确信噪比越高，但是灰质-白质对比度是下降的。FA越大，图像的MTC（磁化传递效应）加重，图像对比度下降。所以，综合权衡各方面取舍，有时候为了同时满足一定信噪比和图像对比度，FA值并不是设置的90°，而是75°，69°等。

K空间

K空间就是储存磁共振原始数据的空间，K空间其实是频率域空间，是以频率为坐标系的MR图像原始数据的承载空间。K空间又可以叫傅里叶空间。

K空间为什么叫K空间呢？是因为K空间的这种填充方式是有Kumar, Welti, Edelstein等三人提出并修订而成的，所以以Kumar的首字母来命名。

这里讲K空间，就不得不多提一下傅里叶变换（Fourier Transform, FT）。

傅里叶变换FT：将时间域函数转换为频率域函数；

反傅里叶变换IFT：（反过来）将频率域函数转换为时间域函数。

磁共振成像采集的数据，为了空间定位，需要用到几个方向的的梯度对空间进行编码，采集得到的数据并不是时间域函数，而是频率域函数。所以需要对K空间中的数据进行IFT，得到时间域函数，并且解析出每个质子的空间定位，得到磁共振图像。

磁共振图像的产生有三个主要步骤：

1.通过RF脉冲和梯度磁场的配合使成像区域的质子产生信号（FID信号，SE信号，STE信号等）；
2.利用磁共振线圈采集这些信号并且将采集的信号填充到K空间；
3.对K空间中的数据进行IFT（实际上是有两次傅里叶变换FT和IFT），得到磁共振图像。

K空间特性

1.K空间中的阵列点并不是和重建后的图像像素点一一对应

K空间的每一点并不是和重建以后的图像的每一个体素一一对应的，K空间中每一点上都包含了全部采集的磁共振信息。而重建以后的图像，每一个点对应一个体素，该体素只对应该点的信号强度信息。

2.K空间有共轭对称性

共轭对称的意思是：当一个函数，它的实部为偶函数，虚部为奇函数的时候，并且满足f（x）=f（-x），这个函数就叫共轭对称函数。简单的说就是，把K空间分为四个象限的话，每个对角线都是对称的。

在相位编码方向上对称，在频率编码方向上也对称；利用K空间对称性，我们可以减少K空间的填充，利用数学方法算出另外的数据，这样可以进行磁共振成像的加速；

3.K空间中心（中央）部分的数据，主要决定图像的对比度；K空间周边（周围）部分的数据，主要决定图像的细节（空间分辨率）。可以通过变换K空间填充顺序和填充轨迹进行运动伪影的消除或精确的抓准血管成像时间。

把K空间所有的信息（中央部分和周边部分）都利用，重建后的图像是一个完整的图像。对比度和解剖细节都很好。

只利用K空间中心部分数据来做图像重建，把周围数据丢弃掉。重建出来的图像对比度比较好，但是空间分辨率不够，解剖细节模糊。

只利用K空间周边数据，把中心部分数据丢弃，重建出来的图像，周围有轮廓，有解剖细节，但是没有对比度，无论是脑脊液和脑实质，还是灰质白质，都没有对比度。

4.K空间的填充轨迹有很多方法，不同填充轨迹，会有不同的作用；

5.K空间填充的顺序也有不同，不同的填充顺序可以决定图像的对比度。

磁化传递效应（磁化传递对比MagnetizationTransferContrast,MTC）

该技术可以选择性的抑制组织信号（主要是含蛋白组织），从而达到提高对象对比的目的。这种技术最常用于磁共振血管成像MRA中，以达到抑制背景信号，增强血管对比度的目的。

磁共振成像主要信号来源于氢质子，人体中氢质子主要又来源于H2O水和脂肪组织。

人体组织内水分子存在着几种不同状态：结合水、结构水、自由水。 其中，自由运动的水分子被称为自由水，或者又叫自由水池（feel pool）；与生物大分子蛋白相结合，运动不自由，被束缚的水分子又被称为结合水，或者又叫做束缚水池（bond pool）；结构水又被称为化合水，人体中含量很少。

主要讨论自由水和结合水的情况，这两种水分子具有不同的特性。

自由水的进动频率范围很窄，其T2值相对较长；而结合水的进动频率范围非常宽，其T2值非常短。正常MR成像中，由于结合水的T2值太短，根本采集不到结合水的信号，所以MR成像的时候，结合水基本上不会对信号有所贡献。

要使质子产生共振，发射的射频脉冲频率要等于质子的进动频率。而结合水的频率范围非常宽，所以我们可以发射一个偏离中心频率很多的频率脉冲，该脉冲会激发结合水而不会影响自由水。

生物体内，结合水中的质子和自由水中的质子会不停的进行交换。也就是说，结合水里的质子可能传递（转移）到了自由水，而自由水中的质子又转移到了结合水。

这样，本来被提前饱和了的结合水组织中的质子由于传递交换给了自由水，类似于自由水质子被部分的饱和了，导致信号下降。

如上图所示，由于率先使用了偏振脉冲激发了结合水，导致结合水质子部分被饱和；而结合水质子和自由水质子会不停的进行交换；饱和的结合水质子转移到自由水质子中，导致自由水质子部分呈现饱和状态，信号下降。就类似于通过传递，结合水把磁化饱和的状态传递给了自由水，这也就是磁化传递效应或者叫做磁化传递现象。

MTC效应一般只影响对MT敏感的组织，也就是影响含蛋白的组织，比如：肌肉、透明软骨、脑白质、脑灰质、肝脏、乳腺纤维腺体组织等；而对MTC效应不敏感的组织有：纯液体、脂肪组织、血液、脑脊液等。

MTC技术一般是用来抑制组织背景信号的。对于MT敏感的组织，使用了MTC成像以后，大部分组织信号会有下降。

STIR和FLAIR序列结构

反转恢复序列是一类比较特殊的序列，它并不是按照信号产生的机制来分类，而是根据脉冲结构及作用命名的，该类序列名字为Inversion Recovery，简称IR序列，Inversion表示第一个射频脉冲的作用是将磁化矢量反向，反转到纵轴的反方向。要达到这种效果首先需要一个180°翻转角的射频脉冲，根据其效果我们把这个脉冲称为反转脉冲。广义的反转恢复序列是指在采集信号前首先施加一个反转脉冲作为磁化准备；狭义的反转恢复序列就是指一种特殊的反转脉冲作为磁化准备的自旋回波序列。

反转恢复序列通过施加一个反转脉冲进行磁化准备可以达到选择性抑制某种组织信号或者提高图像T1对比度的作用。所以该序列的T1对比优于常规的SE序列或TSE序列，这是因为所有组织从负方向开始恢复，拉大了组织之间纵向弛豫的尺度，类似于两个跑步者速度有差别，跑200米路程两人之间的差距要大于跑100米。

通过反转恢复序列抑制脂肪组织信号的序列又叫做短时反转恢复序列（Short Tau Inversion Recovery），简称STIR序列。

通过反转恢复序列抑制水信号的序列又叫做液体抑制反转恢复序列（Fluid Attenuation Inversion Recovery），简称FLAIR序列。

在实际采集中，无论是STIR，还是FLAIR，都采用了多层交叉激励（采集）的方法，这样比较节约时间。

多片技术是在同一时间间隔内（也就是一个TR内，实际上就是一个完整的循环内）采集多个切片（多层）的技术，而不是先采集完整个一层，再去激发下一层。对于一个TR比较长的序列，特别是自旋回波类序列。由于TR非常长，采集完这一层的一次信号后，还剩余很多的时间。这个时候可以在这么长等待时间内，再去激发下一个层面，而不是把这个等待质子纵向恢复的TR时间给浪费掉。这种技术实际上是有效的利用了时间，提高了不同层的采集效率。这种在一个TR内交叉激励多层的技术又被叫做multi-slice method交叉多层成像法或者简称多层成像法。

T2 FLAIR序列的结构是一个典型的反转恢复序列，现在临床大部分使用的T2 FLAIR序列可以拆解为两部分：第一部分是反转恢复部分；第二部分是快速自旋回波序列部分TSE。

T2 FLAIR序列和STIR序列相似，其区别主要在于通过选择不同的TI（反转恢复时间）从而达到到底是抑制脂肪组织还是液体组织的特征。

虽然T2 FLAIR序列主要是T2权重，但是由于采用了180°反转脉冲作为准备脉冲，所以这个序列其实也含有一定的T1权重。

该序列的主要特点有：

①主要的液体信号被抑制（具体到头颅就是脑脊液被抑制）；
②具有比较典型的T2对比。

T1 FLAIR序列，本来就是T1权重，液体本来就是低信号，根本谈不上什么抑制液体信号。采用反转恢复序列，仅仅是为了增加图像组织的T1对比度。

还可以通过几个反转来同时抑制几种组织，使需要的组织成像，例如：脑白质成像和脑灰质成像序列。

弥散加权成像（Diffusion Weighted Imaging, DWI）

磁共振弥散加权成像（Diffusion Weighted Imaging, DWI），是唯一能够活体检测水分子扩散情况的无创影像检查技术，根据水分子扩散情况来反映一些组织病理过程，帮助诊断。

和常规的加权序列相比，弥散序列由于要检测水分子的弥散情况，所以在传统序列的基础上，施加了一个弥散梯度场。这个弥散梯度又叫双极梯度，就是这个梯度的相关是相反的，通过这个双极梯度，可以检测水分子弥散情况，来评估组织情况和推测反映微观形态及结构特点。

弥散（Diffusion），可以翻译为：弥散、扩散。弥散、扩散运动是指分子（磁共振中主要是指水分子）在温度的驱使下无规则、随机的、相互碰撞的过程，即布朗运动。

正常情况下，静止的组织（质子）在经过两叶双极梯度的影响后，质子间的失相位刚好抵消，在TE时刻采集信号，达到同相位，信号最大，不会下降。

而运动的组织（质子），由于在经历了两次双极梯度的时间中，本身也在运动，质子的失相位不能完全补偿，信号降低。而且运动速度越快，质子的失相位越不能得到补偿，信号降低得越明显。

通过双极梯度，可以很容易的检测出静止组织和运动组织。

如果弥散受限，反映在弥散图像（DWI图）上是信号增高（变亮，变白）；但是在弥散图像（DWI图）上发现高信号，不能反推是弥散受限。即使弥散受限，也不能百分之百的推导出在弥散图像上呈高信号；更何况，弥散图像呈高信号，反推弥散受限，把握度更小。

B值

弥散序列最重要的一个参数，叫做弥散敏感度，又叫B值。是为了纪念弥散序列的开创者法国人Denis Le Bihan，所以叫B值。B值越高，弥散序列检测的敏感度越大，但是信噪比越低。

B值反映了施加的弥散梯度的大小（效能）。G代表弥散梯度的幅度，δ代表了一个梯度施加的持续时间，Δ代表两个弥散梯度之间的时间。B值越大，反映的应该是弥散梯度越猛。B值和G，δ及Δ成正相关。

由于弥散梯度场的大小是有限制的（最大值），所以当B值不断提高的时候，一般是通过增大弥散梯度的持续时间或者两个梯度的时间间隔来实现的。为了增大弥散梯度持续时间或者两个梯度间时间间隔，TE采集时间就得延长。当其他因素不变的情况下，TE延长，信噪比当然下降，这也是为什么B值越大，SNR越低的物理原因解释了。

弥散序列的信号强度，由两个部分，或者两个权重组成。

其一，是弥散权重。也就是根据施加的双极梯度引起的质子失相位，再聚相位的权重。如果弥散受限，那么这部分权重就可能引起信号强度增加；反之，弥散不受限（自由扩散），那么这部分权重就可能引起信号下降。

其二，是T2权重。如果某种组织本来就是长T2表现，可能引起信号强度增加，反之亦然。

如果仅看DWI图像，即使发现有高信号，也根本无法判定是否是弥散受限引起的，因为还要考虑T2权重在里面的效应。所以，不仅要看DWI弥散图，还要结合T2图（B=0 的弥散图或者T2WI序列图）及ADC图来判断。

ADC又叫表观弥散系数，Apparent Diffusion Coefficient，可以用于对弥散受限的定量判断，而且消除了T2权重的影响。

如果弥散受限，不一定反映在弥散图像上是高信号，但是ADC图一定是降低的，因为表观弥散系数下降了，说明弥散受限了。如果ADC图没有明显异常，基本上可以说明弥散不受限。

在临床工作中，判断弥散信号是否异常，一定要结合ADC图来判断。

弥散受限 ——DWI图信号增高——ADC值低——ADC图变黑；
弥散不受限——DWI图信号不高——ADC值高——ADC图偏亮。

ADC图转化为指数ADC图，即eADC图。这样eADC图就和ADC图的变化相反，也就和DWI图变化相似，便于临床医生理解。

弥散受限——DWI图信号增高——ADC值降低——ADC图变黑——eADC图变亮。

第二个陷阱：

看到DWI图信号高的时候，要去看ADC图，在发现ADC图信号低了后，并且确认ADC图低信号区域与DWI图高信号区域匹配的时候，就推测弥散受限。这个操作流程是完全没有问题的。但是，先看高b值的弥散图，发现高b值弥散图信号正常，就肯定觉得不可能弥散受限，也就不看ADC图了，这种操作流程是错误的，容易漏诊。

DWI图等信号的时候，不排除弥散受限！

弥散图像的信号强度是由T2权重和弥散权重组成的，所以，弥散图像的信号包含了这两者的信息，也反映了这两者的加权和。

如果在弥散图像上发现等信号，是否完全表明是弥散不受限，这个推断显示是不正确的。

假设弥散信号为S，如果S为等信号，表示为=，那么有以下几种可能性：

S为等信号=，弥散不受限，组织T2值也不高；
S为等信号=，弥散受限，弥散部分使S升高，组织T2值低，T2部分使S降低，两者抵消；
S为等信号=，弥散非常自由，弥散部分是S降低，组织T2值稍高，T2部分使S升高，两者抵消。

这种在高b值弥散表现为等信号，但是不能判断到底弥散是否受限的情况，又叫做T2 washout效应，也就是T2抵消效应，这种情况多见于血管源性水肿区域。

那么同样，如果在弥散图像上发现高信号，也不能推断是弥散受限。

假设弥散信号为S，如果S为高信号，表示为hyper+，那么有以下几种可能性：

S为高信号+，弥散受限，弥散部分使S升高；
S为高信号+，弥散不受限，但是组织T2值高，T2部分使S升高；
S为高信号+，弥散受限，弥散部分使S升高；组织T2值也高，T2部分又使S升高。

这种弥散不受限，但是因为T2值高，T2对比度反映在了弥散图像上，导致弥散图像呈高信号的现象，叫做T2穿透效应（或者T2透过效应），也就是T2 Shine Through。一般见于T2值高的组织中。

T2穿透效应，是临床中比较多见的，由于有T2穿透效应，所以我们在弥散图像上发现高信号，必须结合ADC图来看，通过比较弥散高信号区域是否与ADC图低信号区域一致，才能判断是否是由弥散受限引起的弥散高信号。

在临床中，为了去除T2穿透效应，必须要用ADC图。当然，普通T2W图也是非常重要的，看弥散图像要结合普通T2W图、高B值DWI图和ADC图一起综合判断。

在实际过程中，普通T2WI图可以采用前面扫描的同样方位的T2W图像，也可以采用b=0时候的DWI图。当B=0的时候，代表并没有施加双极弥散梯度，B=0的图像，可以默认为是EPI采集的T2WI图。

除了T2穿透效应，也叫T2亮效应，当然还有T2黑效应。

假设弥散信号为S，如果S为低信号，表示为hypo-，那么有以下几种可能性：

S为低信号-，弥散非常自由，弥散部分使S降低；
S为低信号-，弥散不受限，但是组织T2值低，T2部分使S降低；
S为低信号-，弥散受限，弥散部分使S升高；但是组织T2值非常低，T2部分又使S降低，且T2部分使S降低效应大于弥散部分使S升高，综合作用就使S降低。

这种由于T2值低，导致的在弥散图像上表现为低信号的现象叫做T2暗效应，又叫T2 Dark Through。在临床中，主要见于含铁血黄素沉积。

在使用DWI序列的时候，一定要结合普通T2WI、DWI及ADC图一起看，不能单凭DWI图或者ADC图来判断组织的弥散情况。

结语

结语
对磁共振成像的理解过程需要逐步完成，因为有很多东西无法一步到位，所以通过分段理解的方式更加有效，甚至还涉及破和立的过程。如果你真的懂了磁共振的基本原理，你也会发现离真正的磁共振还有这样那样的距离，在此引用网上认为学习磁共振的几种境界：
第一种是：刚开始什么都不懂，觉得好难，什么都难，没有方向，物理知识难，数学公式难，这种是第一种境界；
第二种是：开始看很多书籍，听课，自己实践操作，扫描磁共振，发现磁共振基本原理都懂了，基本的参数也明白了，突然觉得磁共振简单，这是第二种境界；
第三种是：当你研究再深入的时候，发现以前学磁共振时候，用的理想模型，不正确，仔细一想，觉得很多问题能解释，但是总是不那么完美，好多问题虽然实践有用，自己也懂了，但是要穷根问底，还是不明白，发现自己原来懂的，学的什么都不是，这是第三种境界；
第四种是：再进一步思考，学习，甚至自己做实验研究。发现有些理论不重要了，有些定律是注定要被打破的，有些公式没必要探求，有些思考是哲学形式的了。还要不要再往前走，这是个问题；
第五种是：什么都不思考了，一切有宇宙定律，有造物主来决定，磁共振，啊，数学形态，哲学灵魂。

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本文作者：Fermi
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转载标题：【转载】核磁共振(NMRI)的成像原理 —— Fermi
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核磁共振(NMRI)的成像原理

目录

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核磁共振的基本原理（总结）

名词概念

弛豫时间

（1）纵向弛豫T1

（2）横向弛豫T2

TE、TR与加权成像技术

T1加权成像

T2加权成像

质子密度加权成像

磁共振参数

信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）

K空间

磁化传递效应（磁化传递对比MagnetizationTransferContrast,MTC）

STIR和FLAIR序列结构

弥散加权成像（Diffusion Weighted Imaging, DWI）

B值

结语

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