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文档简介

MRI成像技术与新技术

MRI质量控(Kong)制

MRI对比剂的特点

第一页,共一百零六页。成像技术(Shu)

新技术(Shu)第二页,共一百零六页。一、MRI常(Chang)规成像技术颅脑T2->FSE;可选序列:IR-FSEFLAIR;SE-EPI垂体动态增强扫描:可选序列:FSET1WI(中等ETL);扰相GRET1WI眼眶常需压脂四肢关节FSEPDWI/权重轻的T2WI(TE<80ms)扰相GRET2*WI利于纤维软骨的显示扰相GRET1WI利于透明软骨的显示第三页,共一百零六页。肝脏T2WI:首选FSE(短ETL)+呼吸触发技术(TR=1~2个呼吸周期)可选压脂技术动态增强:理想动脉期图像:动脉信号最高;门脉主干轻微显影;肝静脉无对比剂理想门脉期图像:肝实质(Zhi)信号最高;门脉、肝静脉显示扫描起始时间:动脉期15s;门脉期50~60s;平衡期3min胰腺压脂T1WI——扰相GRET1WI第四页,共一百零六页。二、磁共振血管(Guan)成像MagneticResonanceAngiography

第五页,共一百零六页。血流的信号(Hao)特点常见的血流形式层流(laminalflow):

血流中心部血层流速最快,近血管壁的血层流速慢,呈抛物线分布。湍流(turbulentflow):

血流除轴向运动外还有非轴向运动而形成大大小小的旋涡。第六页,共一百零六页。1、流空效应SE序列时,垂直激励平(Ping)面快速流动的血流接受90°RF被激发;180°复相RF时(TE/2)已经流出接收平面,为无信号(流空效应)。TE/2越长-越明显

激励层面90°

+180°90°血流表现为低信号的血流第七页,共一百零六页。2、扫描层面内质子(Zi)群位置移动造成的信号衰减3、层流流速的差别造成的失相位4、层流引起分子旋转造成的失相位5、湍流:易发生血管狭窄、分叉、转弯等处第八页,共一百零六页。1、流入性增强效应

短TR使静止组织饱和,不接受新的RF而信号衰减;但总有已饱和的血流被新流入层面的未饱和的血流取代,可接受RF产生信号。长TR则(Ze)相反。血流已饱和质子位移已饱和质子充分弛豫的质子血管切层图像短TR表现为高信号的血流见于SE/GRE;多层面:上游-下游—信号逐渐衰减第九页,共一百零六页。2、舒张期假门控现象:TR与心动周期同步时;且激发与采集刚好落在舒张中后期-高信号血流3、流速非常缓慢的血流4、偶回(Hui)波效应:SE多回波偶回波的相位重聚5、梯度回波序列-高信号6、利用超短TR(<5ms)和TE(<2ms)的稳态进动GRE–流动对图像影响小7、利用对比剂和超短TR和TE的GRET1WI第十页,共一百零六页。MRA的(De)方法TOF法;PC法;黑血法;ceMRA第十一页,共一百零六页。TOF法(Fa)(TimeofFlight)最常用的MRA技术基于流入性增强效应:新鲜的质子进入接收平面TOF法MRA分类:2D-TOF或3D-TOF2D-TOF:利用TOF技术连续薄层采集-图像后处理采用扰相GRET1WI优点:背景抑制好(TR短;反转角大)有利于慢血流的显示(单层-避免饱和)扫描速度快缺点:易出现假象;重建效果不如3D第十二页,共一百零六页。2D-TOF:利用TOF技术对整个容(Rong)积进行激发和采集采用扰相GRE优点:空间分辨力更高,层厚更薄受湍流的影响相对较小后处理图像的质量好缺点:容积内血流饱和明显,不利于慢血流显示背景抑制效果较差-+磁化转移技术--可改善扫描时间相对较长临床应用:3D:脑部、颈部2D:颈部、下肢、腹部、静脉预饱和技术第十三页,共一百零六页。第十四页,共一百零六页。相位(Wei)对比法

(phasecontrastPC)

基本原理:应用大小和持续时间相等方向相反双极梯度

A使静止和运动组织质子相位发生变化

B使静止组织质子回绕并失去相位回到零

运动组织质子相位变化不回到零A-B后运动质子信号增强PC法MRA时须选择对所需的速度范围能产生最大信号的速度编码梯度(Velocity-encodinggradient,Venc)

第十五页,共一百零六页。PC法MRA特(Te)点速度图像+流动图像(相位图像)速度图像信号强度仅与流速有关-常规流动图像信号与流速、血流方向有关(+-)-定量背景抑制-减影技术需不同方向施加速度编码梯度场优点背景抑制好-小血管慢血流显示-静脉;血管狭窄显示好血流定量分析缺点时间长,后处理复杂合适编码流速的确定第十六页,共一百零六页。第十七页,共一百零六页。对(Dui)比增强MRA

(contrastenhancementCE-MRA)原理:利用对比剂缩短T1,采用快速T1WI记录T1弛豫差别目前多用三维扰相GRET1WI-短TE同时缩短T1和T2*,减少T2*效应减轻流动相关的失相位优点:血管腔的显示可靠,减少血管狭窄的假象,不易遗漏病变可同时完成多部位的动静脉显示缺点:需注入对比剂无血液流动信息成效速度快第十八页,共一百零六页。第十九页,共一百零六页。三、MRI水成(Cheng)像技术利用人体内的水作为天然对比剂清晰显示含水器官的解剖和病变。内耳水成像MR涎腺管造影MR脊髓造影(MRM)MR胆胰管造影(MRCP)MR尿路造影(MRU)内耳水成像MRCP第二十页,共一百零六页。原理:利(Li)用水长T2特性,采用重T2WI(TE>500ms),使所采集的图像信号主要来自于水样结构常用序列:FSET2WI(长ETL)-腹部MRCPMRU单次激发FSET2WI/半傅立叶采集单次激发快速SE(HASTE)-MRCPMRU三维TrueFISP-内耳、MRM第二十一页,共一百零六页。四、MRI脂(Zhi)肪抑制技术意义减少运动伪影、化学位移伪影增加图像组织对比增加增强扫描效果鉴别病变内是否含有脂肪第二十二页,共一百零六页。机制

脂肪与其他组织纵向弛豫(Yu)的差别脂肪与其他组织T1值的差别(脂肪的纵向弛豫速度最快,T1值最短)化学位移现象质子的化学位移现象:因分子环境(核外电子结构)不同引起的进动频率的差异与B0强度呈正比第二十三页,共一百零六页。

常见的脂肪抑制技术频率选择饱和(He)法STIR技术频率选择反转脉冲脂肪抑制技术:SPIR(Philips),SPECIAL(GE)Dixon技术(Proset-WATS、FATS)第二十四页,共一百零六页。频率(Lv)选择饱和法思路利用化学位移效应900

射频脉冲signal1800

回聚脉冲先施加数个脂肪选择性的预脉冲——脂肪被连续激发出现饱和;水质子不被激发——再施加真正的射频脉冲——只有水分子被激发产生信号

Watersignal例:自旋回波的脂肪抑制脂肪选择性预脉冲第二十五页,共一百零六页。优点:高选择性可用于多种序列:SE、FSE、GRE简便宜行缺点:场强依赖性大——0.5T以下机器不宜采用对(Dui)场强均匀度要求高——需要匀场大FOV扫描,视野周边区抑制效果差SAR值高延长扫描时间,影响图像质量(预脉冲占据TR间期)第二十六页,共一百零六页。第二十七页,共一百零六页。大FOV+磁场(Chang)不均匀第二十八页,共一百零六页。STIR技(Ji)术

原理:TI值是影响脂肪抑制效果的关键参数当TR比T1足够长时,只要取TI=0.69T1即可去除脂肪信号优点:场强的依赖性较低,低场强磁共振系统也能取得较好的脂肪抑制效果对磁场的均匀度要求较低大FOV也能取得较好的抑制效果缺点:对脂肪信号的抑制缺乏特异性,当某些液体或组织的T1值与脂肪相近时,其信号也被抑制扫描时间长(长TR)不能用于增强扫描第二十九页,共一百零六页。STIRsiliconeimplantsSTIRSpinEcho第三十页,共一百零六页。STIRSpinEchoSTIRDrJoyAThomas第三十一页,共一百零六页。ShoulderSTIRT1W/TSEPDW/TSET2W/TSEDualTSET1W/TSESPIRPDW/TSESPIRT2W/TSESPIRSTIR/TSETE=30msSTIRLongTEFFET2W/FFE第三十二页,共一百零六页。频率(Lv)选择反转脉冲脂肪抑制技术

SPIR--SpectralPresaturationInversionRecovery)

900

射频脉冲signal1800

回聚脉冲略大于90°的脂肪选择性的预脉冲

Watersignal自旋回波的脂肪抑制带宽窄,中心频率为脂肪质子频率-只有脂肪被激发+TI(短10-20ms)同时考虑:脂肪进动频率、脂肪短T1特性frequency220Hz1.5Twaterfatfatselectivebandwidth第三十三页,共一百零六页。优点:扫描时间增加不多一次预脉冲激发(Fa)可完成整个三维容积内的脂肪抑制SAR低缺点:对场强要求高-低场不适用对B1,B0敏感,对磁场均匀度要求高第三十四页,共一百零六页。WithSPIRWithoutSPIR第三十五页,共一百零六页。五、MRI化(Hua)学位移成像技术同相位(InPhase)和反相位(Opposed-phase)成像相位是指在XY平面磁化矢量的圆周运动水质子比脂肪质子进动频率快:同相位(0°)-异相位(180°)-同相位(360°)-异相位(540°)…………..通过选择适当的回波时间,可在水和脂肪质子宏观磁化矢量相位一致或相位反向时采集回波信号同相位:水和脂肪信号相加反相位:水和脂肪信号抵消技术:扰相GRET1WI应用:腹部脏器脂肪成分的判定第三十六页,共一百零六页。六、MR扩散(San)加权成像技术扩散的基本概念分子微观、随机的平移运动并相互碰撞-布朗运动自由扩散:不受任何约束-如脑脊液、尿液等限制性扩散:受周围介质的约束-一般组织各向同性:各方向上限制性扩散对称各向异性:各方向上限制性扩散不对称第三十七页,共一百零六页。简要原理在某一方向上施加一个梯度场-磁场不(Bu)均匀-该方向上质子进动频率出现差别-质子失相位-横向磁化矢量衰减-MR信号减弱SE-EPI:180°复相脉冲的两侧各施加方向、强度和持续时间完全相同的梯度场(扩散敏感梯度场)-体素中水分子在梯度场施加方向上的扩散运动引起质子信号的衰减第三十八页,共一百零六页。DWI技术要点DWI上组(Zu)织信号衰减的影响因素扩散敏感梯度场强度、持续时间、间隔时间组织中水分子的扩散自由度b值的选择(磁旋比梯度场强度梯度场持续时间梯度场间隔时间)过高->SNR降低;过低->扩散不敏感b=0b=300b=1200第三十九页,共一百零六页。DWI方向性:6个方向以上施加梯度场(Chang)—DTI表观扩散系数b=0b=1200ADC为了在图像中去掉其它权重的影响,可以利用两幅不同b值而其它条件全相同的图像来计算出纯扩散的信息。如利用一幅b=0和一幅b>0的图像,便可以逐个像素地计算出表观扩散系数图(ADC):

第四十页,共一百零六页。第四十一页,共一百零六页。MR缺血的(De)时程T2DWIADC第四十二页,共一百零六页。FanG,ZangP,JingF,etal.Usefulnessofdiffusion/perfusion-weightedMRIinC6ratgliomas:correlationwithhistopathology.AcaRadiol2005;12(5):640~651.第四十三页,共一百零六页。EPI技(Ji)术的主要应用:

弥散张量成像(DTI)理论依据:水分子的限制性扩散:受周围介质的约束-一般组织各向同性:各方向上限制性扩散对称各向异性:各方向上限制性扩散不对称选用不同的弥散梯度方向:6个以上(3个主要方向

+3个对角线)应用:白质纤维束成像(FiberTractography)第四十四页,共一百零六页。可识别三种主要纤维束:投射纤维:CST联络纤维:SLF连合纤维:胼(Pian)胝体第四十五页,共一百零六页。PotentialofDiffusionTensorMRImagingintheAssessmentofPeriventricularLeukomalacia(FanG,YuB,QuanS,etal.ClinicalRadiology,2006:inpress)第四十六页,共一百零六页。七、MR波(Bo)谱原理:化学位移分子结构不同所造成的同一磁性原子核进动频率的差异1HMRS技术:STEAM(激励回波采集模式):3个90°脉冲-SNR低

PRESS:1个90°2个180°脉冲-SNR高特点:磁场均匀度、场强要求高,相对代谢信息-谱线表示特定磁性原子核:1H、31P、12C、23Na、19F第四十七页,共一百零六页。单(Dan)体素多体素第四十八页,共一百零六页。梗(Geng)死代谢疾病肿瘤正常第四十九页,共一百零六页。八、MR灌注成(Cheng)像(PWI)经静脉团注对比剂

(Gd-DTPA)后进行的快速动态扫描

T1(体部)、T2(头部)第五十页,共一百零六页。MR灌注(Zhu)成像(PWI)缺血血流动力学:侧枝循环--MTT血管扩张--CBV终末期:CBF采用ASL研究DWI与PWI不匹配-缺血半暗带DWIADCMTT

CBVCBF=CBV/MTT第五十一页,共一百零六页。实验研(Yan)究

临床研究第五十二页,共一百零六页。图像质(Zhi)量第五十三页,共一百零六页。MRI常规质控指标的(De)基本概念矩阵、FOV、空间分辨率-显示细小结构的能力图像信噪比(signaltonoiseratio,SNR)-显示图像的能力对比噪声比(contrasttonoiseratio,CNR)-显示不同组织的能力第五十四页,共一百零六页。矩(Ju)阵Matrix矩阵:图像X轴、Y轴方向上的像素数目1010Matrix=10×10第五十五页,共一百零六页。磁共(Gong)振的矩阵可为

64×64--1024×1024磁共振最常用的矩阵为

256×256磁共振最常用的高分辨矩阵为

512×512第五十六页,共一百零六页。视(Shi)野FOV(fieldofview)320mm320mm视野:X轴、Y轴方向上实际成像区域的大小FOV=320mm×320mm第五十七页,共一百零六页。MRI的FOV根据检查部位(Wei)、序列、线圈及场强可为

25mm--530mmFOV2.5cmFOV530mm×2025mm第五十八页,共一百零六页。空间分辨(Bian)率Resolution空间分辨:单个体素在X轴、Y轴、Z轴的大小层面方向的空间分辨=层厚频率编码方向的空间分辨=频率方向的FOV除以频率方向的Matrix相位编码方向的空间分辨=相位编码方向的FOV除以相位方向的Matrix第五十九页,共一百零六页。空间分辨(Bian)率30mm10mm30mm10mm空间分辨=10mm×10mm×8mm层厚=8mm第六十页,共一百零六页。根(Gen)据MR的场强、线圈、序列及检查部位的不同,可选择不同的空间分辨率MRI的层厚常为:1-10mmMRI层面内的空间分辨常为:0.5mm×0.5mm--2mm×2mm第六十一页,共一百零六页。FOV不变:矩阵越大,XY平面的空间分辨率越高矩阵不变:FOV越大,XY平面的空间分辨率越低层厚越厚:层面选择方(Fang)向的空间分辨率越低FOV、Matrix、层厚与Resolution的关系第六十二页,共一百零六页。10mm×10mm×8mm5mm×5mm×8mm矩阵不变:FOV越大,XY平面的(De)空间分辨率越低20cm40cm第六十三页,共一百零六页。30mm1030mm10mm10mm×10mm×8mm301030mm105mm×5mm×8mmFOV不变:矩阵越(Yue)大,XY平面的空间分辨率越高第六十四页,共一百零六页。矩阵、FOV、空间分辨率图像(Xiang)信噪比(signaltonoiseratio,SNR)对比噪声比(contrasttonoiseratio,CNR)MRI常规质控指标的基本概念第六十五页,共一百零六页。信噪(Zao)比,SNRSignaltoNoiseRatio图像质量的最重要、最基本的指标良好的SNR是MRI清楚解剖结构、病变及其特性的基础第六十六页,共一百零六页。高质量(Liang)的MR图像必具有较高的SNR高SNR意味着较高的有效信号强度和较低的噪声信号SNR=SItissue/SDbackground第六十七页,共一百零六页。影响SNR的(De)主要因素主磁场场强(正比关系)表面线圈空间分辨--Voxel体积大小(正比)层厚、Matrix、FOV采集次数(平方根正比)序列及其参数第六十八页,共一百零六页。矩阵、FOV、空间分辨率图像信(Xin)噪比(signaltonoiseratio,SNR)对比噪声比(contrasttonoiseratio,CNR)MRI常规质控指标的基本概念第六十九页,共一百零六页。对比噪(Zao)声比(CNR)在图像拥有一定SNR的条件下,足够的CNR是检出病变(特别是实质脏器内病变)的根本保证。T1WI:CNR反映图像的T1对比T2WI:CNR反映图像的T2对比CNR=SIlesion-SItissue/SDbackground第七十页,共一百零六页。CNR的检(Jian)测123123CNR=(SI1-SI2)/SD3SI组织信号强度的平均值SD3背景噪声的标准差第七十一页,共一百零六页。同一个肝脏病变用几(Ji)个不同的序列可得到不同的CNR,CNR高的序列有利于病变的检出第七十二页,共一百零六页。影(Ying)响CNR的主要因素是否具有足够的SNR序列扫描参数病变与正常组织的差异伪影空间分辨是否使用对比剂第七十三页,共一百零六页。图像伪(Wei)影第七十四页,共一百零六页。MRI的伪(Wei)影设备伪影;运动伪影;磁化率伪影和金属异物伪影;第七十五页,共一百零六页。MRI伪影(Ying)--设备伪影化学位移伪影由于化学位移现象导致的图像伪影产生的原因是因为脂肪中的质子的进动频率要比水中的质子快(约为3.5PPM):如果以水分子中的质子的进动频率为MR成像的中心频率,则脂肪信号在频率编码方向上将向梯度场强较低的一侧错位,使邻近的两种像素信号重叠。结果在一侧脂肪-水界面出现高信号带,而另一侧水-脂肪界面出现低信号带特点:出现在频率编码方向上脂肪组织的信号向频率编码梯度场强较低的一侧移位场强越高,化学位移伪影也越明显对策:改变频率编码方向、压脂、增加频率编码带宽第七十六页,共一百零六页。第七十七页,共一百零六页。卷褶伪影

当受检物体的尺寸超出FOV的大小,FOV外的组织信号将折叠到图(Tu)像的另一侧出现在频率编码方向、相位编码方向特点:由FOV小于受检部位所致常出现在相位编码方向上FOV外一侧的信号组织卷褶并重叠到图像的另一侧对策:增大FOV、切换频率编码与相位编码方向、相位编码方向超范围编码第七十八页,共一百零六页。第七十九页,共一百零六页。截断伪影

也称环状伪影

容易出现在两种情况下:①图像的空间分辨力较(Jiao)低(即像素较(Jiao)大)②在两种信号强度差别很大的组织间,如脑脊液与骨皮质之间特点:①常出现在空间分辨力较低的图像上②相位编码方向往往更为明显③表现为多条明暗相间的弧线或条带对策:增加图像空间分辨力、采集时间第八十页,共一百零六页。第八十一页,共一百零六页。部分容(Rong)积效应MR图像同样存在部分容积效应,造成病变的信号强度不能得以客观的表达,同时将影响病变与正常组织的对比解决的方法主要是减薄层厚。在一样的位置得到两幅头部轴位T1加权像,第二幅像显示VII和VIII颅神经(cranialnerves),第一幅像则没有,原因是部分体积平均。第一幅像片厚为10mm,第二幅像为3mm。第八十二页,共一百零六页。层间干扰

MR成像需要采用射频脉冲激发,由于受梯度场线性、射频脉冲的频率特性等影响,实际上MR二维采集时扫描层面附近的质子也会受到激励,这样会造成层面之间的信号相互影响,这种效(Xiao)应称之为层间干扰(crosstalk)或层间污染(crosscontamination)层间干扰的结果往往是偶数层面的图像整体信号强度降低,因而出现统一序列的MR图像一层亮一层暗相间隔的现象对策:设置层间距、跳跃式采集图像、三维采集第八十三页,共一百零六页。第八十四页,共一百零六页。MRI伪影(Ying)—运动伪影生理性运动伪影:呼吸、心脏大血管搏动、血流以及CSF波动等;自主性运动伪影:吞咽、眼球运动、身体移动等。原因:信号采集过程中,运动器官在每一次激发、编码及信号采集时所处的位置或形态发生了运动-出现相位的错误,在傅立叶变化转换时其信号的位置即发生错位共同特点:①主要出现在相位编码方向上②伪影的强度取决于运动结构的信号强度,后者信号强度越高,相应的伪影越亮③伪影复制的数目、位置受基本正弦运动的相对强度、TR、NEX、FOV等因素的影响第八十五页,共一百零六页。第一幅像(Xiang)是女性盆腔,由于采集期间肠蠕动有严重的伪影,第二幅像(Xiang)静脉注射了抗痉挛药物蠕动造成的运动伪影第八十六页,共一百零六页。任何类型病人运动产生的伪影都会在相位方向(本例为前后方向)传(Chuan)播,左面的图像是在获取数据时病人有吞咽运动,产生伪影,注意脊髓上信号强度增加的区域。适当使用预饱和RF脉冲可消除这种伪影吞咽运动第八十七页,共一百零六页。MRI伪影(Ying)—磁化率和金属伪影两种磁化率差别较大的组织界面上将出现伪影,称为磁化率伪影铁磁性物质的磁化率很高

磁化率伪影表现为局部信号明显减弱或增强,常同时伴有组织变形特点:①常出现在磁化率差别较大的组织界面附近,如脑脊液与颅骨间、气体与组织之间等②体内或体外铁磁性物质可出现严重的磁化率率伪影③GRE序列对磁化率变化较敏感,更容易出现磁化率伪影,EPI序列的磁化率伪影更为明显④一般随TE的延长,磁化率伪影越明显,因此T2WI或T2*WI的磁化率伪影较T1WI明显第八十八页,共一百零六页。磁性(Xing)假牙非磁性假牙第八十九页,共一百零六页。磁性项(Xiang)链第九十页,共一百零六页。对比(Bi)剂第九十一页,共一百零六页。使用MRI对比(Bi)剂的目的提高图像的信噪比和对比噪声比,有利于病灶的检出通过病灶的不同增强方式和类型,帮助病灶定性提高MR血管成像的质量利用组织或细胞特异性对比剂获得特异性信息,可提高病灶检出率或定性诊断的准确率第九十二页,共一百零六页。MRI对比(Bi)剂作用原理通过影响质子的弛豫时间,间接地改变组织的信号强度有些物质(顺磁性物质)缩短质子的弛豫时间,而有些物质(逆磁性物质)则延长质子的弛豫时间利用这些物质对质子弛豫时间的不同影响,可选择性的增加或减低组织的信号强度,通过人工对比的方法达到提高组织对比度的目的第九十三页,共一百零六页。MRI对比(Bi)剂的分类按其对T1弛豫和T2弛豫的影响:T1加权对比剂T2加权对比剂按其对信号强度的影响(增强或减弱):阳性对比剂和阴性对比剂按对比剂在体内的生物分布特点:非特异性和特异性对比剂:细胞外间隙对比剂,经肾脏排泄,又称肾性对比剂特异性对比剂:选择性分布于某些器官和组织,不经过或仅部分肾脏,也称为非肾性对比剂根据不同的磁特性:顺磁性、超顺磁性、铁磁性以及逆磁性四种第九十四页,共一百零六页。离子型非特异(Yi)性细胞外液对比剂

目前临床广泛应用的是稀土元素镉(Gd+3)与二乙稀五胺乙酸的螯合物------Gadolinium-DTPA(Gd-DTPA),是一种顺磁性物质,商品名为马根维显。具有弛豫性强、毒性小、安全系数大、细胞外分布、不通过正常的BBB、迅速由肾脏排出、在人体内结构稳定、具有高溶解度以及口服也不被胃粘膜吸收等特征。第九十五页,共一百零六页。MRI造影(Ying)剂(Gd-DTPA)和CT增强扫描比较的优点:更为安全(同等剂量下,其安全性是CT造影剂的20倍)对比好,病变检出率高(颅脑、肝脏)使用剂量更小(一般为CT造影剂的1/10)第九十六页,共一百零六页。机理:改变局部组织的磁环境而间接增(Zeng)强。

•PRE效应,同时缩短组织的T1和T2;

•T2PRE效应(T2质子弛豫增强),缩短组织的T2。半数致死量(LD50)为20mmol/kg体重,常用剂量:0.1~0.2mmol/kg体重,一般只作T1-WI

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