核磁共振成像学习笔记——基本加权成像方式

对核磁共振成像而言，最为基本的加权成像包括T1-weighted(T1W), T2-weighted(T2W), proton density (PDW)。
T1:是所谓的纵向弛豫时间，就是说你把质子磁化弄到z轴负向后，他要花多少时间才能回到初始位置Z轴正向。
T2:是横向弛豫时间，就是说在横向平面产生一个磁化后，他会在多少时间内衰减到零。
T1与T2的值由组织本身的组成决定，T1为纵向磁化强度恢复至63%所需的时间。

T1为纵向磁化强度衰减至37%所需的时间。

不同组织的T1与T2是不同的，如下图所示，不难发现fat的T1最小，而CSF的T1最大。

不同组织的T2如下图所示。

T1W:突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别
T2W:突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别
PDW:突出组织质子密度的差别
对于不同的加权成像方式，其主要改变的是图像中同一位置的亮度，进而使得图像的对比度发生变化。下图将为我们展示不同加权成像方式的同一个层面的脑部影像。

受不同加权的影响，同一位置的体素在图像中呈现的亮度会发生变化。而控制是产生T1W还是T2W的最主要的成像参数是Time of Repitition(TR)和Time to Echo(TE)。
TR:重复时间，是指相邻两次射频脉冲激发的间隔时间。具体到自旋回波序列，就是相邻两次90°射频脉冲激发的时间间隔。
TE:指从射频脉冲激发到形成最大回波的时间。
下面以自旋回波(Spin Echo)序列为例，在序列图中标注出TR与TE。

如上图所示，在自旋回波中，TR为两个90°RF信号的时间间隔，TE为90°脉冲信号发出后直至回波信号到达最大值的时间间隔。在自旋回波中，TR与TE决定了图像的加权方式。其数学公式为
$M_{xy}=M_0(1-e^{-TR/T1})e^{-TE/T2}$
对于某个具体的组织，其的echo信号如下图。

可以看到其中T1的影响受TR所调控，T2的影响受TE调控。因此TR控制T1W，TE控制T2W。(注意T1和T2是组织的本征值，不会改变）
如果我们将两个组织的echo信号放在一起呢

不难发现，在当前的TR与TE的设置下，两种组织的强度相同，此时产生的信号就是质子密度加权(PWD)。
然后我们对TR和TE进行改变，比如，我们减少TE。

那么，此时两种组织的信号强度差异主要由组织本身T1的不同决定了，也就是说此时的状态是T1W。
T2W也是同样的，设定一个较长的TR的同时设定一个较长的TE，就可以得到T2W了。
那么，如果我们给予一个较短的TR同时又设定一个较长的TE，将会得到噪声信号。
总结：
Long TR , Short TE-->PDW
Long TR , Long TE -->T2W
Short TR, Short TE-->T1W
Short TR, Long TE -->noise
同时，我们要注意，仅在自旋回波(SE)序列中对比度由TR和TE决定，在其他的序列中对比度还受其他的一些参数影响，比如偏转角。
下面从MRI From Picture to Proton摘录几张不同TR,TE设置的图片展示其对影响对比度的影响。
Different TR

Different TE