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第 04 章

04-01
自旋晶格弛豫时间(T1)

04-02
T1的微观意义

04-03
T1的宏观意义:脉冲序列

部分饱和脉冲序列
反转恢复脉冲序列
04-04
自旋自旋弛豫时间(T2)

04-05
T2的宏观意义:脉冲序列

自旋回波脉冲序列
04-06
T1和T2的测量

体外测定
活体测定
T1/T2成像和T1/T2加权成像
医学诊断中弛豫时间的测定


04-06  T1和T2的测量

用不同方法测量的弛豫时间的精确度是不相同的。


04-06-01  体外测定

50多年前,高分辨核磁共振波谱学家就开始对T1值进行测量。体外测量时,样品的体积都很小(大约为0.1-1.0毫升,或者再稍微稍大一点),所用仪器的磁场都是超级均匀的。

为了在最短时间内获取最精确的弛豫时间值,科学家们开发了许多测试方法。通常必须设置15到30个不同的延迟时间(反转恢复实验中的TI或者部分饱和实验中的TR)下,并测量对应的磁化矢量的值,然后对测量结果进行拟合,就可以算出表观T1,这种方法误差通常小于5%。

类似地,设置多个不同的回波时间,即多个回波序列,可以算T2值。设置的回波时间的个数越多,测量结果越精确。


04-06-02  活体测定

大磁孔的磁共振仪器可以对整个生物体、动物、人进行活体检查,而不是被切下来的一个器官或者一块组织。活体测量弛豫时间的最大问题是被检测样品的定位。定位技术将在第6章中进行详细介绍。活体测量的精确性取决于获取的数据点数和定位的精确性。

T1图像是指成像参数是T1值。目前用于获取T1图像的方法是用数学方法分析处理几张单独获取的、受T1影响的图像。一般需要对2到4个图像进行处理才能产生T1图像。记住,活体弛豫是多指数弛豫,用有限的数据进行指数曲线的拟合是不合适的。多个回波序列产生的图像可以用来生成T2图像,临床上通常会设置4到8个回波时间。

如果被测样品是从在整个生物体内选取的“切片”,就会出现因切片边缘的部分体积效应而引起的额外误差。三维体积成像方法可以避免这个误差。最近有一些快速成像方法也可用来测量T1,这些技术对测量一个器官中顺磁对比剂的浓度是相当有效的。


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inkpot
Enter: the cardiologists. Welcome to the scientific arena.
A comment.

inkpot
And a follow-up: The return of MR fingerprinting.
A comment.

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04-06-03  T1(T2)图像和T1(T2)加权图像

临床上,经常听到有人把磁共振图像叫做T1图像、T2图像或者质子密度图像。正确的叫法应该是T1加权、T2加权或者质子密度加权(或者更准确说法,中介加权)图像,因为这些图像只有一定的T1、T2、或质子密度依赖性。这些图像不是用来计算弛豫时间值和质子密度的图像,这部分内容将在第10章中详细讨论。

图04-22a图和b图分别是T1图像和T2图像,而图04-22c图和d图则分别是T1加权图像、T2加权图像。



图04-22

鼻息肉患者鼻腔图像(息肉位于左鼻窦):a:T1图像;b:T2图像;c:T1加权图像;d:T2加权图像。这些图像细节清晰、对比鲜明。不同成像参数产生的各式各样的图像对临床诊断和疾病研究有相当重要的价值。


04-06-04  医学诊断中弛豫时间的测定

在发现不同组织拥有不同弛豫特点的15年之后[⇒ Erik Odeblad],有些研究人员就提出了凭借弛豫时间就能区分肿瘤组织和正常组织的观点。因为病态组织的T1值和相应正常组织的T1值显著不同(T2也有类似情况)[⇒ Damadian](参考:磁共振成像演化史)。

然而,尽管精密的多点拟合方法已经出现多年了,想用弛豫时间来区分肿瘤的类型或者肿瘤的病理级别依然是个梦想。图04-23展示了正常组织与病态组织拥有不同的T2值。虽然T2值要比T1精确一些,因为T2值是对很多个数据点进行拟合而计算出来的,但是,有些组织的T2值没有显著差异,比如说肿瘤、水肿和梗塞。

图04-23
正常人脑组织和病态人脑组织的T2值,绿色表示标准偏差(SD)。正常人脑组织T2值的SD可达20%,病态人脑组织T2值的SD可达30%[⇒ Rinck 1985].


矩阵尺度、切片厚度,以及部分体积效应都是活体测量弛豫时间的限制因素,因为在一个单位体积内有许多不同的生物学结构。拟合过程中的标准偏差、伪影、待测样品的定位和选取,都会导致误差,参见图04-24。

图04-24
活体弛豫时间的测量可以是逐个像素式的,也可以是整块区域式的。测量结果受部分体积效应和其他因素影响。左图:囊括不同病态组织的小块区域;水肿组织标记为绿色;肿瘤组织标记为粉红色;坏死组织标记为红色;等等;右图:囊括整个肿瘤的大块区域。


同一损伤中的血管分布、坏死、细胞行为的变化都会使弛豫时间发生重叠。而且,相似的损伤有可能存在多指数弛豫,而非单指数弛豫,比如,脑肿瘤、多发性硬化斑。对于非均相的肿瘤来说,这种现象并不意外。所以,无法保证这种测试的重复性。

每年都有文献报道活体弛豫时间测量的新方法及其成功应用的实例。许多都是对治疗的跟踪观察,患者本身作为参照物。如图04-25所示,有研究显示白血病骨髓的弛豫时间可以用于鉴别诊断白血病[⇒ Jensen]。另外一个研究小组针对晚期神经胶质瘤也得到了类似结果[⇒ Boesinger]。

图04-25
通过测量T1值对急性原始粒细胞性白血病的治疗进行跟踪观测。T1变化趋势为绿色曲线的表示响应治疗;T1变化趋势为红色曲线的表示治疗无效。


还有一个关于活体弛豫时间的研究是测量多发性硬化症中看似正常的脑白质弛豫时间。逐个像素测量显示脑白质中存在几乎看不见的变化,说明不能只通过对看得见的硬化斑的位置和尺寸来解释脑功能的损伤[⇒ Barbosa; ⇒ Lacomis; ⇒ Rinck 1987].

然而,仅凭弛豫时间来诊断治疗效果是相当困难的,而且在大多数情况下,诊断结果是靠不住的,参见图04-26。

图04-26
在相同条件下对同一样品弛豫时间T1进行多次测量,所得数据的标准偏差很大。所以,仅凭对活体T1的测量结果来评价治疗效果是靠不住的。只有在T1值出现巨大变化的情况下,诊断才靠谱。


在利用弛豫时间绝对值进行临床诊断的应用失败之后,科学家们又开展了将T1、T2联用、直方图技术、以及更精密的多因素三维显示技术应用于临床诊断的研究[⇒ Skalej]。

关于活体弛豫时间的数据库不多。Bottomley等人曾报道了他们整理的大量的活体弛豫时间的数据[⇒ Bottomley 1984, 1987]。不幸的是,这些数据可信度不高。将活体和体外的弛豫时间进行比较是非常困难的。因为许多组织在切除之后,弛豫时间T1变化很快。只有脑组织在切除之后,其弛豫时间能保持相对稳定[⇒ Fischer 1989, 1990]。


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inkpot 如果觉得这一章太枯燥,
不妨听听蓝调消遣消遣:
弛豫时间的历史背景。

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