定量磁共振成像

1. 基础概念：首先，定量磁共振成像并非单一技术，而是一类MRI技术方法的总称。与常规临床MRI主要生成用于定性（肉眼观察对比）的“加权”图像不同，其核心目标是测量并生成反映生物组织固有物理或生理特性的量化参数图。这些参数具有明确的物理单位（如毫秒、毫摩尔/升等），其数值理论上不因扫描设备、扫描参数的不同而发生显著变化，旨在实现客观、可重复的测量。

2. 核心原理与必要性：常规MRI的对比度（如T1加权、T2加权）受多种因素共同影响（如组织的T1、T2弛豫时间、质子密度等），且信号强度是相对的、设备依赖的。qMRI通过特定的数据采集方式和物理模型计算，将这些混合因素“解耦”，分离并量化出其中单一的、基础的物理量。这就像从一杯混合果汁中，精确测量出其中糖、酸、维生素各自的具体含量，而不仅仅是品尝它的整体味道。

3. 关键技术方法与参数：qMRI包含多种技术，主要测量以下几类基础参数：

   • 弛豫时间定量：
     • T1定量图：测量组织纵向磁化恢复的时间常数。需使用多次不同翻转角的梯度回波序列或反转恢复序列等来采集数据，通过拟合计算每个像素的T1值。可用于无创评估心肌纤维化、肝铁过载、肿瘤特征等。
     • T2定量图：测量组织横向磁化衰减的时间常数。通常使用多回波自旋回波序列采集一系列不同回波时间的图像，进行指数拟合得到T2值。在软骨评估、铁沉积定量中有重要价值。
     • T2*定量图：反映包括主磁场不均匀性在内的更快的横向信号衰减。使用多回波梯度回波序列测量。是定量评估组织铁含量（尤其在肝脏、心脏）、血管畸形和微出血的关键技术。
   • 质子密度定量图：测量组织中可产生MRI信号的氢质子（水、脂肪等）的绝对浓度。通常需要与T1、T2定量同步进行校准和计算，以消除弛豫效应的影响。
   • 磁化率定量成像：基于梯度回波相位信息，通过复杂的场图计算和反演算法，生成定量磁化率图。它能区分钙化（抗磁性）和出血（顺磁性），并对脑内铁分布进行精确定量。
   • 脂肪定量技术：常用的是质子密度脂肪分数图。它利用水和脂肪质子进动频率的差异，通过多回波化学位移编码技术采集数据，并采用复杂模型校正T2*衰减、谱峰复杂性等因素，精确计算每个像素中脂肪所占的信号比例，是诊断和监测肝脏脂肪变性的金标准。

4. 工作流程与挑战：进行qMRI通常需要：1) 特殊序列采集：采集对目标参数敏感的多组图像数据；2) 模型拟合：在像素级别，将采集到的信号强度与回波时间、翻转角等输入参数，代入预定的物理数学模型进行拟合；3) 参数图生成：计算得到每个像素的量化参数值，并以彩色或灰度图直观显示。主要挑战包括扫描时间较长、对运动伪影敏感、计算模型可能过于简化导致误差，以及需要复杂的后处理软件。

5. 临床与科研应用：qMRI正从科研走向临床。其应用包括：

   • 客观监测疾病进展：如用肝脏PDFF和R2*（与T2*相关）定量监测非酒精性脂肪肝病的脂肪变性和铁过载；用心肌T1、T2 mapping评估心肌纤维化或水肿。
   • 提高诊断特异性：如用QSM区分帕金森病与多系统萎缩中的铁沉积模式；用T1ρ mapping（另一种弛豫测量）早期发现关节软骨退化。
   • 多中心研究：因其设备依赖性较低，更适合作为多中心临床试验的客观影像学生物标志物。
   • 肿瘤特征描述：量化肿瘤的弛豫时间，辅助评估治疗反应。

总结来说，定量磁共振成像是通过数学模型从MRI信号中提取具有明确物理意义的数值参数的技术集合，它使MRI从主观的图像对比分析迈向客观的、可重复的物理测量，是精准医学在影像领域的重要体现。