第六章--磁共振成像(第三节至第四节)

医学影像物理学第六章磁共振成像主编：南京医科大学吴小玲编者海南医学院许建梅华北理工大学侯淑莲第三节快速成像序列一、梯度回波序列三、平面回波成像序列二、快速自旋回波序列四、快速成像序列应用前面的研究以表明，实现快速成像可从三个方面入手，一是缩短TR，二是利用k空间共轭对称性减少采集次数，三是在一个TR内采集更多个Ny，四是综合利用上述方法。这节将逐项研究，主要内容如下：一、梯度回波序列缩短TR方式小角度激发直接采集频率编码梯度的回波实现条件:主磁场均匀度达一定要求梯度回波（gradientecho，GRE或GE）序列又称为场回波（fieldecho，FE）序列采用小角度（90°）RF激励、短重复时间，用反转梯度取代180°，重聚脉冲在磁化强度矢量形成稳定平衡状态下进行信号采集。常规GRE序列；横向残余磁化矢量利用序列；横向残余磁化矢量破坏序列。三类GRE序列：GRE序列与SE序列主要区别配制高强度的梯度场使用反转梯度取代180º相位重聚脉冲。一、梯度回波序列（1）信号产生的基本原理小角度激励技术GRE序列中，用小于90º的脉冲，在脉冲结束时，纵向磁化仍保持较大幅度，可短时间内再激励，缩短了激励周期，横向磁化仍可产生较大幅度信号。例如，当=20º时仅过数十毫秒，纵向磁化即可恢复到平衡状态。Mxy=34%M0Mz=94%M01.基本GRE序列一、梯度回波序列x方向施加梯度场，通过切换，用梯度回波代替180º自旋回波，同时作为频率编码梯度，与消除频率编码散相原理相同。相位重聚梯度的持续时间为去相位梯度时间的一倍。。大大节省了时间一、梯度回波序列梯度回波时序梯度回波重聚的原理一、梯度回波序列梯度回波的形成原理一、梯度回波序列一、梯度回波序列梯度回波的形成SE序列180º相位重聚可消除磁场不均匀性梯度磁场引起的去相位影响获得T2信号GRE序列能补偿梯度场引起的去相位无法消除磁场不均匀性的影响读出梯度反转产生相位重聚获得的是T2*信号梯度回波与自旋回波相位重聚的比较一、梯度回波序列成像时间采集一幅图像SE和IR序列成像总时间要几分钟，而GRE由于大大缩短了成像时间缩短至几十秒甚至几秒。一、梯度回波序列yNNEXTtR小翻转角5º～20º、长TE(15~25ms)、短TR（＜50ms)形成T2*加权图像；（2）加权图像T1加权图像T2*加权图像质子密度加权图像大翻转角70º、短TE(5~10ms)、短TR(＜50ms)形成T1加权图像小翻转角5º～20º、短TE(5~10ms)、短TR(＜50ms)形成质子密度加权图像。一、梯度回波序列原因：GRE序列2.常用的梯度回波序列基本GRE脉冲序列没有实用价值每一次相位编码过程中都会有上一次残留的横向磁化矢量参与，每条相位编码读出线的强度都有所增加，反映在图像上沿相位编码方向出现强信号亮线，称为横带干扰伪像。为解决该问题梯度回波出现两大脉冲系统，一是合理利用残留的横向磁化矢量脉冲系列，二是破坏掉横向磁化矢量的脉冲系列。一、梯度回波序列2RTT小角度倾倒后在z方向留下较大的和处理后最大的横向磁矩，GRE序列中TR很短脉冲多次作用下，纵向磁化会一步步变小，但恢复的速度又在一步步加快，于是在脉冲的多次激励后这两种相反的趋势达到平衡，纵向磁化和横向磁化在每一个的开始和结束时都具有相同的幅值。纵向磁化和横向磁化处于动平衡中，这就是稳态或稳态自由旋进（SSFP）。(1)稳态自由旋进形成条件：一、梯度回波序列2RTT2RTT残留的汇聚于-y轴形成时产生的负FID信号称为SSFP-echo信号，又称为重聚焦，发生在本次α角脉冲之前。稳态时MR信号包含两种成份：FID信号echo信号echo信号FID信号RF脉冲激励后产生的SSFP-FID信号。产生'M'M一、梯度回波序列(2)利用残留的横向磁化矢量脉冲系列序列名称特点1）FISP序列采集SSFP-FID不抑制2）双回波SSFPFID和echo信号都采集3）平衡式SSFPFID与echo横向矢量完全融合(3)破坏残留的横向磁化矢量脉冲系列扰相GRE序列特点：破坏掉残余横向分量短TR、小角可实现T1加权极短TR、TE可实现重T1加权'M一、梯度回波序列二、快速自旋回波序列1．多回波SE序列特点：90º—TI—180º—TI—echo…180º—TI—echo…多个回波对应的是同一个相位编码步，具有相同y坐标，不能填进同一个k空间，不能用于同一幅图像，而填充到不同的k空间，得到不同参数加权的多幅图像。在90°脉冲后施加相位编码，而后以特定的时间间隔连续施加多个180°脉冲，由此产生多个自旋回波，通过频率编码后采集信号，从而形成多个有一定间隔的自旋回波。二、快速自旋回波序列多回波SE序列二、快速自旋回波序列先发射90º脉冲，再连续发射多个180º脉冲，从而形成多个有一定间隔的自旋回波。与多回波SE不同的是每个回波对应不同的相位编码梯度，对应一幅图像。90º—TI—180º—TI—echo…180º—TI—echo…2.快速自旋回波序列快速自旋回波序列多回波SE序列TR内Gy幅度固定各回波对应的数据填充不同的k空间多幅不同加权MR图像形成形成FSE序列Gy幅度不同同一k空间的不同区域一幅完整MR图像TR内各回波对应的数据填充二、快速自旋回波序列FSE序列与多回波SE序列比较名词术语二、快速自旋回波序列回波链：激励脉冲后的每一组回波叫做一个回波链；回波链持续时间（echotrainduration：）获取这些回波的时间；回波链长度（echotrainlength，ETL）：回波链中的回波数；回波间隙（echospace，ESP）：相邻回波间的距离。快速自旋回波序列（1）FSE序列的扫描时间由于回波链长(ETL)等于一个TR周期内所获得的回波数。增加回波链长可减少扫描时间。FSE扫描时间t二、快速自旋回波序列优点缩短扫描时间；对弥散效应、磁化率效应不敏感，图像与常规SE图像非常接近。ETLNEXNTRty=××（2）相位编码与k空间填充次序FSE序列中，k空间被分成ETL个区域或节段，假定256×256像素的层面，ETL=4经过64个TR周期，k空间就被填满，可形成一幅MR图像。二、快速自旋回波序列64次激发的相位编码ky在k空间的填充顺序一12……31320-1……-30-314二3334……6364-32-33……-62-633三6566……9596-64-65……-94-952四9798……127128-96-97……-126-1271节段6463……34333231……21TR周期echotrain二、快速自旋回波(fastspinecho,FSE)序列多回波与快速自旋回波k空间填充次序比较多回波1多回波2二、快速自旋回波序列多回波3（3）有效回波时间与加权图像数据采集中，Gy=0产生的回波信号被填入k空间中心行(ky=0)，该回波信号所对应的回波时间称为有效回波时间(TEeff)。FSE序列中，填充在k空间同一节段的回波具有相同回波时间，k空间中央部分对应的回波时间就是有效回波时间。选择短TEeff得到的是质子密度加权图像；选择长TEeff得到的是T2加权图像。一、快速自旋回波(fastspinecho,FSE)序列二、快速自旋回波序列各加权图像对应扫描参数：①-WI：短TE，20ms；长TR，2500ms；②T1-WI：短TE，小于20ms；短TR，300~600ms；③T2-WI：长TE，100ms；长TR，2000ms以上。缺点ETL对应不同的TE模糊效应显著，对比度低于SE；回波链的存在使TE、TR不能太短，影响T1WI质量；脂肪信号超强；成像速度低于梯度回波。二、快速自旋回波序列采集正向相位编码、零编码以及少量负向相位编码数据，根据对称原理，利用正相位编码数据复制负相位编码数据，形成一幅完整的图像。单次激励快速自旋回波序列:一次RF激励后使用一连串180º相位重聚脉冲，采集一连串回波，一次激励形成一幅图像。HASTE序列主要用于生成T2加权图像，采用单次激励快速自旋回波序列，并结合半傅里叶数据采集技术，使一幅256×256矩阵图像在1s内可采集完毕。3.FSE的拓展（1）半傅里叶采集单次激励快速自旋回波序列二、快速自旋回波序列（2）快速反转恢复自旋回波序列RF激励方式与IR-SE相同采集方式与FSE相同优点与缺欠与FSE相同（3）短TR，T2WI的实现：最后一个ETL采集结束后加180º+（-90º）脉冲，相位重聚后磁矩返回z轴二、快速自旋回波序列（4）k空间的旋转和放射状填充螺旋桨技术（propeller）目的：为了进一步加强FSE和FIR序列对各种原因造成的磁场不均匀的不敏感性；提高对比度和信噪比；为后台数据处理提供足够的基础信息；消除相位编码方向上的运动伪影。二、快速自旋回波序列图中一组平行线表示一个TR采集的一个ETL，这里ETL=4k空间填充的螺旋桨技术，ETL=4(5)MR水成像在FSE序列或HASTE序列中，选择长TE、长TR的T2加权成像，在信号读出时，大多数组织T2较短，横向磁化基本衰减完毕,信号很低；静态液体T2较长，横向磁化衰减较少，信号较高。胰胆管、泌尿系统、椎管、内耳、延腺、泪道、脑室和输卵管等器官成像。特点应用安全、无需造影剂、无创伤二、快速自旋回波序列正常胆系MR水成像二、快速自旋回波序列输尿管结石MR水成像内耳膜迷路MR水成像三、平面回波成像序列几种序列成像速度比较SE成像(5~15min)FSE成像(1~5min)EPI成像(30~100ms)应用运动目标动态研究、功能性应用研究，如心血管运动、血流显示、脑的弥散成像、灌注成像、脑的功能成像、实时MRI等。技术要求梯度系统要求高，如提升速度快、切换率高、梯度强度大。主磁场均匀度要好。1.EPI脉冲序列EPI是一种数据读出模式，实质就是改进了的FID，IR，SE或GRE等脉冲序列的信号读取方式。对于单次激励EPI成像，在一次RF激励后，施加的读出梯度进行快速往返振荡，梯度每反转一次就产生一个具有独立相位编码的梯度回波，直至采集完重建一幅MR图像所需的全部回波。三、平面回波成像序列（1）EPI的射频激励初始横向磁化强度准备方式不同就产生了不同类别的EPI序列。如FID-EPI、SE-EPI、IRSE-EPI、GRE-EPI等。初始横向磁化强度准备方法FID信号；IRSE信号；SE信号；GRE信号三、平面回波成像序列（a）FID-EPI序列时序（b）k空间轨迹（左）SE-EPI序列时序（右）k空间轨迹三、平面回波成像序列采用恒定相位编码梯度，利用相位累积形成相位逐渐升高的相位编码；（2）EPI相位编码梯度与k空间填充采用脉冲式相位编码梯度，在每个读出梯度后施加脉冲式相位编码梯度进行相位编码。相位编码梯度种类不同k空间数据采集轨迹不同三、平面回波成像序列kx正负切换，ky线性增加，k空间轨迹呈正弦变化。FID-EPI序列三、平面回波成像序列（a）FID-EPI序列时序（b）k空间轨迹（b）SE-EPI序列kx呈正负切换，ky为脉冲梯度，读梯度穿越零点时施加，空间轨迹为方波形。三、平面回波成像序列FID-EPI序列和SE-EPI序列，在k空间数据采集轨迹的共同特点为连续振动曲线。第三种渐开平面螺旋序列。是早期冠状动脉成像的主要序列，现在新技术多，已很少使用。三、平面回波成像序列螺旋线k空间填充（3）EPI的读梯度与成像时间FID-EPI,T2*衰减完之前；SE-EPI,回波衰减完之前完成k空间信息采集。决定成像时间的主要因素：读梯度的上升、水平保持和下降时间，设为t，读梯度切换n次采集k空间一行数据需时间nt,频率编码方向n回波成像最短时间为n×t读出梯度爬升要快，梯度幅度要高三、平面回波成像序列(4)对硬件的要求高强度的梯度场;开关速度要快;梯度爬升速度要高;涡流必须足够小；主磁场强度要1.5T以上，均匀度要好，以保证足够长；ADC要高；计算机速度要快。(5)EPI图像分辨率EPI图像的清晰度低于其他方式的图像。但EPI首先