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氫原子層面上：

氫原子的運(yùn)動(dòng)特性為：做自旋運(yùn)動(dòng)的同時(shí)圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（該方向產(chǎn)生的磁矩為凈磁矩）旋轉(zhuǎn)。情況如圖1-1所示：

圖1-1

當(dāng)無(wú)外界強(qiáng)磁場(chǎng)作用的情況下，腦內(nèi)所有的氫原子自旋所繞的旋轉(zhuǎn)軸方向隨機(jī)。故宏觀看來(lái)，對(duì)外凈磁矩為0。

公式1

圖1-2

這時(shí)，施加一個(gè)RF脈沖（實(shí)質(zhì)上是一個(gè)在xy平面中旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)B1，讓B1也沿著以拉莫頻率旋轉(zhuǎn)）。由于共振特點(diǎn)，氫原子會(huì)吸收能量躍遷變軌，氫原子在自旋的同時(shí)以B1為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。所有的氫原子疊加共同產(chǎn)生一個(gè)與B1同方向（不斷旋轉(zhuǎn)）的凈磁矩。

這個(gè)B1與B0夾角為90度，稱為90度脈沖，此時(shí)移除B1，x-y平面的磁化為Mxy,其大小與M0相同， z軸方向的磁化為Mz，其大小為0。
一般來(lái)說(shuō)，有兩種常用的脈沖，90度脈沖和180度脈沖。180度脈沖會(huì)將縱向磁化矢量轉(zhuǎn)向到M0的反方向；失相質(zhì)子在XY平面內(nèi)翻轉(zhuǎn)180度。兩種脈沖的差異如圖1-3所示：

圖1-3

當(dāng)B1被移除，氫原子放能，重新在B0的作用下逐漸恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱為弛豫(relaxation), 具體表現(xiàn)為兩方面：Mxy逐漸恢復(fù)為0，Mz逐漸恢復(fù)到M0。總體變化狀態(tài)如圖1-4所示：

圖1-4

Mz方向上，凈磁矩成指數(shù)形式增長(zhǎng)，而Mxy方向上，成指數(shù)形式衰減。兩個(gè)方向上變化函數(shù)如圖1-5所示：

圖1-5

然而，只有當(dāng)B0處處相等，所有的氫原子的拉莫頻率才會(huì)相同。而只有這時(shí)，才能保證當(dāng)B1存在時(shí)，所有氫原子都和B1以相同頻率一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
在實(shí)際情況下，無(wú)法保證B0處處相等，因此在B1施加的過(guò)程中，所有氫原子旋轉(zhuǎn)軸所處的相位并不相同，這就低估了Mxy的最大值，因此實(shí)際測(cè)量的T2*比理想情況下的T2小。

成像層面上：

MR信號(hào)本質(zhì)

這時(shí)可能有一個(gè)問(wèn)題：那我們采集的MR信號(hào)具體是什么信號(hào)呢？
實(shí)際上，MRI中的信號(hào)采集線圈就是測(cè)量Mxy的，如果Mxy的大小為0，就沒(méi)有信號(hào)輸出。這就是為什么T2*與T2的差異需要我們格外在意了。

K空間

要了解成像是怎么形成的，我們需要了解以下K空間的概念：
其實(shí)K空間是涉及到傅立葉變換的一個(gè)概念，在介紹K空間之前，先簡(jiǎn)單介紹一下傅立葉變換，一維空間上的傅立葉變化如圖2-1所示。

圖2-1

對(duì)于二維的波，我們同樣可以進(jìn)行分解，例如圖2-2中左圖的3個(gè)點(diǎn)就代表了二維空間上三種不同的波，需要注意的是，左圖上的兩個(gè)坐標(biāo)軸表示空間X軸上的頻率值和Y軸上的頻率值，這就是K空間。

圖2-2

根據(jù)上面的描述，我們已經(jīng)可以提煉出K空間的特性了：
K空間可以把復(fù)雜的波形圖像簡(jiǎn)單化，抽象成頻率空間內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。

那么我們一定會(huì)問(wèn)：平時(shí)常見(jiàn)的MR圖像在K空間長(zhǎng)什么樣子呢？圖2-3中給出了對(duì)應(yīng)關(guān)系，右圖實(shí)際上就是左圖中點(diǎn)所代表的波的疊加。

圖2-3

為了更加清晰的闡述，我們可以從圖7中剔除幾個(gè)K空間上的點(diǎn)，看看圖像的變化。如圖2-4所示，剔除紅點(diǎn)和黃點(diǎn)給圖像帶來(lái)了以下變化：

圖2-4

我們?cè)賮?lái)考察去除高頻或低頻成分會(huì)發(fā)生什么。我們知道，K空間中越遠(yuǎn)離原點(diǎn)的位置，所代表的正弦波的頻率越高。如圖9，當(dāng)我們刪除K空間中遠(yuǎn)離原點(diǎn)位置的那些數(shù)據(jù)時(shí)（圖2-5上兩張），逆傅立葉變換得到的圖像能夠比較好地顯示大腦剖面圖的樣子，只是變得有些模糊，分辨率不夠高。而當(dāng)我們刪除K空間中原點(diǎn)附近位置的數(shù)據(jù)時(shí)（圖2-5下兩張），逆傅立葉變換得到的則是關(guān)于結(jié)構(gòu)邊界的細(xì)節(jié)。左上、左下兩張圖的疊加，可以恢復(fù)原來(lái)的K空間中的數(shù)據(jù)；而右上、右下圖的疊加，則可以恢復(fù)原來(lái)的圖像空間中的數(shù)據(jù)。

圖2-5

由此我們可以看出，圖像空間中的圖像分辨率與K空間中的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量密切相關(guān)。K空間中有多少數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖像空間中也就能還原出多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；K空間中有越多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖像的空間分辨率也就越好。
圖2-6給出了幾個(gè)K空間數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)語(yǔ)圖像空間中圖像分辨率的關(guān)系。

圖2-6

當(dāng)K空間中有1024個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，我們可以還原出32 ×32的圖像；
當(dāng)K空間中有4096個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，可以還原出64 ×64的圖像；
當(dāng)K空間中有16348個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，可以還原出128 ×128的圖像……
然而我們又知道，要想在K空間中取更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，就必須進(jìn)行更多次的測(cè)量，也就要耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。因此，要想提升圖像空間分辨率，就必須付出降低時(shí)間分辨率的代價(jià)。在實(shí)際工作中，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)要研究的問(wèn)題，找到時(shí)間分辨率和空間分辨率的平衡。

從圖像整體到局部

腦成像信號(hào)采集對(duì)應(yīng)的單位是體素，實(shí)際上就是把一個(gè)腦子切成若干片，每一片又切成若干小塊，每一塊就是一個(gè)體素，如圖2-7所示。我們想要獲取的，是每個(gè)體素中的質(zhì)子濃度（也就是每個(gè)體素中獨(dú)特的MR信號(hào)）。

圖2-7

當(dāng)我們直接對(duì)整個(gè)腦子的信號(hào)進(jìn)行無(wú)差別提取的時(shí)候，我們直接測(cè)量到的值來(lái)自于整片腦區(qū)域所含的氫原子，而我們更希望獨(dú)立的測(cè)量到每個(gè)體素所含的氫原子的數(shù)量。此時(shí)我們就需要另外一個(gè)磁場(chǎng)了，我們將其稱為梯度磁場(chǎng)(magnetic field gradient），通過(guò)梯度磁場(chǎng)我們可以得到一個(gè)關(guān)于氫原子濃度的加權(quán)積分。具體求解見(jiàn)公式2，其中的S（kx,ky）實(shí)際上是在K空間下，(kx,ky)坐標(biāo)的值，也就是該頻率下的振動(dòng)權(quán)重。

公式2

如果我們能獲得多個(gè)S（Kx,Ky），就可以用逆向傅立葉變換求出每個(gè)點(diǎn)的氫原子數(shù)量ro(x,y)。
根據(jù)線性方程求解的原理，我們知道，要得到N個(gè)未知數(shù)的解，最少要有N個(gè)方程。
因此，要得到分辨率為nn的圖像，我們至少要測(cè)量nn個(gè)S值。

一般來(lái)說(shuō)，為了得到這若干個(gè)S值，我們?cè)贙空間中取多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。常見(jiàn)的方法有EPI（回波平面成像），SI（螺旋成像）。如圖2-8所示，兩種方法的差異主要體現(xiàn)在他們的取點(diǎn)路徑上。

圖2-8

MRI常用脈沖序列及應(yīng)用

基本概念：

1. 脈沖序列（pulse sequence）：具有一定帶寬、一定幅度的射頻脈沖與梯度脈沖組成的脈沖程序。
2. 重復(fù)時(shí)間（TR）：脈沖序列重復(fù)時(shí)間，即前一脈沖序列和相鄰的后一脈沖序列之間的時(shí)間間隔。單位ms。
3. 回波時(shí)間（TE）：脈沖至采集信號(hào)峰值之間的時(shí)間間隔。

學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前面說(shuō)到的T1，T2和這里的TR，TE的關(guān)系很容易混淆，所以這里寫(xiě)下我的理解：
首先我們要明確，T1、T2是由質(zhì)子所處的組織屬性決定的。不同的組織弛豫時(shí)間有所不同，例如脂肪的T1弛豫較短，而腦脊液的T1弛豫較長(zhǎng)。見(jiàn)圖3-1。

圖3-1

TR和TE是人為設(shè)置的：
TE決定了在信號(hào)（信號(hào)就是Mxy）讀出前，Mxy上的衰減量。因此我們可以說(shuō)，TE決定了所讀出的T2弛豫量。
較短的TR下，腦脊液也許還沒(méi)有完成向M0的恢復(fù)，但脂肪已經(jīng)完成了。在下一次脈沖到達(dá)時(shí)，腦脊液只要吸收較少的能量就能達(dá)到飽和，而脂肪卻要吸收較大的能量。在這個(gè)意義上，較短的TR和TE可以區(qū)分不同的組織，因?yàn)樗麄儧Q定了T1弛豫的程度。

那么我們所說(shuō)的加權(quán)又是什么意思呢？這和TR、TE長(zhǎng)短對(duì)T1、T2差異對(duì)比度的影響有關(guān)，圖我已經(jīng)看昏了，不如看看公式3，這就是我們測(cè)量到的信號(hào)（怎么算的就不要為難我胖虎了）：

公式3

這里需要補(bǔ)充，TR是肯定大于TE的，所以我們要明確，當(dāng)TE長(zhǎng)的時(shí)候，TR不可能短。
圖3-2寫(xiě)明了各種加權(quán)成像的TR、TE特點(diǎn)：

圖3-2

那么脈沖序列又是什么東西呢？在實(shí)際應(yīng)用中，不同的脈沖序列也各有千秋。具體可參考下圖（感謝華西！）

圖3-3

具體的序列我看懂再寫(xiě)。。。

然后下次會(huì)寫(xiě)一點(diǎn)空間轉(zhuǎn)換的東西。

參考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/22172325
https://zhuanlan.zhihu.com/p/22208517
https://blog.csdn.net/taigw/article/details/44834953