磁敏感加权成像从技术到临床——基本概念篇
在学习磁共振各种成像技术及相关原理的过程中，不知道大家注意到没有：很多磁共振成像过程中的特殊效应既可能是提供某种特殊对比度的基础，也可能是产生某种特殊伪影的原因。譬如，大家熟知的化学位移效应，既是我们进行波谱成像的基础，而有时又是我们所说的化学位移伪影的原因。类似的现象有很多，如流动效应既可以用作成像的对比来源实现各种血流成像，而有时又可能是产生流动伪影的根本原因。了解了磁共振成像过程中各种效应的这种双重属性，对于我们学习和理解磁共振成像原理很重要，也能让我们逐步养成用辩证和对立统一的思维方式来学习和理解磁共振成像原理，这在一定程度上也会激起和增加我们学习磁共振成像技术及原理的乐趣。接下来本文即将和大家分享的也是这样一种特殊的效应，它有时是干扰我们诊断或导致图像变形或伪影的基础，而同时又可以被我们加以利用并提供重要诊断依据的特殊对比，这就是我们要讨论的磁化率效应及基于此基础之上的磁敏感加权成像。
基本概念
有关磁化率的基本概念：磁化率就是用以描述某种物质被磁化程度的一个属性。
从前面的分享中我们已经知道磁共振成像过程中一个重要基础就是人体进入磁场后被“磁化”并因此形成了宏观磁化矢量。然而在这一“磁化”过程中不同物质被“磁化”的程度不同，根据磁化程度的不同可以分为：顺磁性、超顺磁性、铁磁性和抗磁性。简单的说气体几乎不能产生磁化，而临近的软组织可以产生一定的磁化，所以含气结构中的气体就和临近软组织之间形成了一定程度的磁化率差别；我们通常使用的对比剂属于顺磁性，它比一般的软组织等具有相对更大的磁化程度，因此在注射对比剂的首过期间血管内顺磁性对比剂和临近组织之间形成了磁化率对比，这是用于头部动态磁敏感对比灌注成像的成像基础。用来描述某种物质磁化率属性的一个物理量用字母χ来表示，这个值越大，说明其磁化率越高，反之这个值越小就说明其磁化率越低。χ值的大小和符号是我们定义不同磁化率属性的基础：
1️⃣顺磁性物质：在外磁场作用下产生一个很小的磁矩，该磁矩方向与外加磁场方向相同，χ值>0但很小，在10-6到10-3量级；代表性物质有用于对比增强的钆对比剂及亚急性出血期的高铁血红蛋白；
2️⃣抗磁性物质：在外磁场作用下产生一个很小的磁矩，该磁矩方向与外加磁场方向相反，χ值<0但很小，在10-5量级；代表性物质如钙化或某些特殊金属如金等；
3️⃣铁磁性物质：代表一类在外磁场作用下能迅速磁化而且在外磁场撤除后仍能保持有磁化现象的物质，铁是其中最常见的代表，故称铁磁性。铁磁性物质的χ值很大，在10到106量级，在很小的外加磁场中能很快达到磁化饱和；代表性物质就是含铁类工具，这类物质一旦进入磁场内会造成巨大人身或设备的巨大伤害；
4️⃣超顺磁性物质：也可以被称为亚铁磁性物质，可以理解为铁磁性物质当体积减小到一定程度在外磁场存在或撤除时能迅速磁化或退磁化的一类物质，χ值在10到103量级，大家比较熟悉的这一类物质比如用于磁共振成像的分子探针超顺磁性氧化铁（SPIO）。
了解磁化率属性及常见的代表性物质，对于我们理解磁共振成像过程中的某些现象非常重要，也是我们学习和理解磁敏感伪影和磁敏感加权成像的基础。
既可产生伪影，也可突出病变
磁化率属性差别既可以产生伪影也可以用于突出病变：不同的物质具有不同的磁化率属性，这就意味着当进入同一个外加磁场后会产生一个个不同的附加磁场，有的强有的弱，有的与外加磁场方向相同而有的与外加磁场方向相反。这会导致这些不同物质内的氢质子会感受到不同的磁场强度，因为其内氢质子实际感受到的磁场强度是外加磁场即主磁场和物质磁化后所产生的附加磁场的合成磁场。显然不同的磁化率属性导致其内氢质子经历着不同的“合成磁场”强度。根据拉莫尔方程，这些不同物质中的氢质子也表达出不同的进动频率。简单的说不同的磁化率属性产生的一个宏观结果就是人体进入主磁场后，使得原本应该均匀的主磁场的均匀度被不同程度的破坏。通常这种主磁场均匀度被破坏的程度不是很明显，所以一般的扫描序列能够最大程度克服由于磁化率差别对图像的影响。当然要克服磁敏感效应对图像的影响需要从两个维度入手：其一，从信号激发层面，因为磁敏感效应的差别会导致相应区域质子进动频率的不同，不过因为通常的射频脉冲的频带宽度在KHz量级，而通常的磁化率差别特别是由于组织所引起的磁化率差别不会有这么大的差别，所以通常不构成问题；其二，从信号读取层面：因为磁化率差别其实就是导致局部磁场不均匀，这对于信号的弛豫会产生相对更明显的影响。
图片说明：心脏FIESTA电影扫描和肝脏冠状位FIESTA扫描很容易出现磁敏感伪影，这是因为在心脏和肺部之间以及肝脏膈顶和肺部之间存在明显的磁敏感差别，局部磁场均匀度变差。FIESTA是一个比较特殊的序列，这个序列虽然是一个快速的梯度回波序列，但因为TR很短所以理论上在FIESTA序列实现了用梯度回波序列采集自旋回波信号的结果。因为TR非常短，在FIESTA序列理想状态下实现了SSFP-FID和SSFP-Echo两个信号的完美融合，但当局部磁场均匀度变差时会导致两个不同性质的回波信号无法实现完美融合并从而导致磁敏感伪影。金属特别是具有一定铁磁性属性的金属植入物会导致局部磁场明显不均匀因而导致明显的金属伪影，这里表现为图像几何形变、信号丢失或移位等。
图片说明：这里我们可以对比头部T2像和GRE序列像在反映陈旧性出血方面梯度回波序列更加明显，这是因为磁敏感差别导致的磁场不均匀对弛豫的干扰在梯度回波序列更加明显。同时这里也展示了因为含气结构区域和临近组织之间磁敏感差别导致DWI序列明显的磁敏感伪影。通常的DWI序列基于EPI信号读取，对磁敏感差别导致的磁场不均匀非常敏感。而在Propeller DWI序列因为是基于FSE信号读取，因此可以明显克服相应的磁敏感伪影。
小结
磁化率的基本概念和有关磁化率属性的分类和定义：顺磁性、抗磁性、铁磁性、超顺磁性等概念及相应代表性物质；
理解并掌握磁敏感差别如何影响最后的图像；
复习拉莫尔方程，这是理解磁敏感效应的基础。
天师论道