磁共振基本序列 及 不同厂家磁共振常用序列.ppt

基本脉冲序列及原理各主流厂家不同序列名列表列表中各族群序列成像规律 基本脉冲序列 3 脉冲序列定义 所谓脉冲序列 pulsesequence 就是具有一定带宽 一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲的有机组合 a 自旋回波序列b 梯度回波序列c 反转恢复序列 脉冲序列分类 梯度周期与成像时序 2020 1 7 4 5 900及其1800射频脉冲 900 1800 900 900 1800 1800 相位编码脉冲 Gpe 频率编码梯度或层选梯度 Gro 回波信号 echo 自由感应衰减信号 FID 脉冲序列时序图中常用的符号 元素 脉冲序列参数 1 时间参数a 重复时间 TR repetitiontime 是指脉冲序列执行一遍所需要的时间 也是从一个RF激励脉冲出现到下一个周期同一脉冲出现所经历的时间 TR是扫描速度的决定因素 也是图像对比度 T1 T2和质子密度对比度 的主要控制因子 2020 1 7 7 b 回波时间回波时间 TE echotime 是指从第一个RF脉冲到回波信号产生所需要的时间 在多回波序列中 RF脉冲至第一个回波信号出现的时间称为TE1 至第二个回波信号的时间叫做TE2 以此类推 TE和TR共同决定图像的对比度 c 反转时间在反转恢复脉冲序列中 1800反转脉冲与900激励脉冲之间的时间间隔称为反转时间 TI inversiontime TI的长短对最终的信号和图像对比度影响很大 一般 对于压制脂肪信号 可以选短TI进行扫描 而脑灰质 脑白质一般选用较长的TI值 2020 1 7 8 2 分辨率参数a 扫描矩阵 序列参数中的扫描矩阵 matrix 具有双重含义 1 规定了显示图像的行和列 即确定了图像的大小2 限定扫描层面中体素的个数 同时指出层面的相位编码步数 扫描矩阵越大 图像分辨率越高 其他参数确定时 b FOVFOV fieldofview 是指实施扫描的解剖区域 简称为扫描野 因此 FOV是一个面积的概念 一般情况下 选定FOV为正方形 FOV的大小以所用线圈的有效容积为限 当扫描矩阵选定之后 FOV越大 体素的体积就越大 使空间分辨率随之降低 2020 1 7 9 3 层面厚度层面厚度 slicethickness 是成像层面在成像空间第三维方向上的尺寸 层厚越厚 体素体积就越大 结果导致更高的SNR和更低的空间分辨率 4 层间距层间距 slicegap 又叫层距 是指两个相邻层面间的距离 层间距过小 可能出现层间交替失真 crosscontaminationorinterferencebetweenslices 一般将层距与层厚之比称为层面系数 2020 1 7 10 5 其他参数a 翻转角 在RF脉冲的激励下 宏观磁化强度矢量M将偏离静磁场B0的方向 其偏离的角度称之为翻转角 flipangle 或射频翻转角 其大小由激励电磁波的强度 能量 所决定 增大RF脉冲的强度或宽度 可以使翻转角变大 常用的翻转角有1800和900两种 分别称为1800和900脉冲 在梯度回波等快速成像序列中 经常采用所谓的小角度 lowflipangle 激励技术 系统的恢复时间较快 因而能够有效提高成像速度 2020 1 7 11 b 信号平均次数信号平均次数 NSA numberofsignalaveraged 又叫信号采集次数 NA numberofacquisition 或激励次数 NEX numberofexcitations 它是指每个相位编码步中信号收集的次数 当NSA 1时 序列采用叠加平均的办法对每次收集到的信号进行处理 以提高图像的SNR 显然 NEX越大 所需的扫描时间越长 2020 1 7 12 6 快速成像序列的参数 a 回波链长度回波链长度 ETL echotrainlength 是快速成像序列的专用参数 所谓ETL是指扫描层中每个TR时间内用不同的相位编码来采样的回波数 如图所示回波链长度为3的快速自旋回波序列 TR echo1 echo2 echo3 900 1800 1800 1800 900 RF echo Gpe 图 快速自旋回波序列 ETL 3 2020 1 7 13 b 回波间隔时间回波间隔时间 ETS echotrainspacing 是指快速自旋回波序列回波链中相邻两个回波之间的时间间隔 ETS决定序列回波时间的长短 因而关系到图像对比度 2020 1 7 14 图像加权 1 7 2020 15 MRIoftheBrain Sagittal T1ContrastTE 14msTR 400ms T2ContrastTE 100msTR 1500ms ProtonDensityTE 14msTR 1500ms 1 7 2020 16 MRIoftheBrain Axial T1ContrastTE 14msTR 400ms T2ContrastTE 100msTR 1500ms ProtonDensityTE 14msTR 1500ms 17 所谓的加权就是 突出 的意思在任何序列图像上 信号采集时刻横向的磁化矢量越大 MR信号越强 T1加权像 短TR 短TE T1像特点 组织的T1越短 恢复越快 信号就越强 组织的T1越长 恢复越慢 信号就越弱 T2加权像 长TR 长TE T2像特点 组织的T2越长 恢复越慢 信号就越强 组织的T2越短 恢复越快 信号就越弱 质子密度加权像 长TR 短TE 图像特点 组织的质子密度越大 信号就越强 质子密度越小 信号就越弱 2020 1 7 18 常规脉冲序列 a 反转恢复序列b 自旋回波序列c 梯度回波序列 2020 1 7 19 自旋回波脉冲序列 1 自旋回波及其产生自旋回波 SE spinecho 脉冲序列是指以900脉冲开始 后续以1800相位重聚焦脉冲 以获得有用信号的脉冲序列 在1950年 NMR领域中卓越的科学家 时域NMR的创始人汉恩 E L Hahn 第一个观测到了自旋回波现象 当时他所用的脉冲序列为 900 900 FID 之后 900脉冲被1800脉冲取代 自旋回波属于一种能量守恒的散焦 聚焦过程 也可以称为散相 重聚过程 2020 1 7 20 x x x x y y y y a 核磁矩受900脉冲激励后同其他核磁矩一起倒向y轴 b 在不均匀场 Bi中该核磁矩获得了 i 的相位 a 1800脉冲使核磁矩的相位成了 i a 时延后该核磁矩与其他核磁矩在y轴重聚 图 自旋回波产生过程中单一磁矩的相位变化 900脉冲激励 失相开始 失相过程 1800脉冲重聚 相位重聚过程 自旋回波形成 图 质子群的相位重聚 2020 1 7 21 2 自旋回波序列的时序 TR TE 2 T TI RF 激发 GSS RF 信号 Gpe Gro 900 1800 900 echo FID 图 基本自旋回波脉冲序列 TE 预备脉冲 相位重聚脉冲或复相脉冲 2020 1 7 22 3 自旋回波信号的波形因素及其影响因素回波信号的幅度和带宽受磁场均匀性 组织本征T2的影响 FID FID FID echo echo echo 900 1800 900 TE 2 TE d 磁场均匀性一致时短T2组织使信号的衰减加快 b 磁场均匀性一定时信号的衰减决定于T2的长度 c 磁场均匀性变差时信号持续时间变短 a SE序列的RF激励 1 T2 图 磁场均匀性 组织本征T2对自旋回波信号波形 包络 的影响 2020 1 7 23 4 自旋回波信号的应用如果用FID信号来测量T2 得到的只是受磁场非均匀性影响的T2 而它比组织的本征横向弛豫时间T2短的多 从FID测得的T2 中很难进一步分辨出T2 而自旋回波信号被广泛用来测量T2 900 1800 1800 1800 0 2 3 4 5 6 t RF 0 2 3 4 5 6 1 T2 echo1 echo2 echo3 1 T2 图 用自旋回波技术测定T2的原理 S t 24 5 自旋回波序列的图像特征SE序列的信号强度至少取决于氢质子密度 T1和T2弛豫时间 TR及TE等五个参数 TR1 TR2 对比度1 对比度2 短T1组织 长T1组织 a TR与T1对比度的关系 M0 MZ M0 MZ TE1 TE2 t t 短T2组织 长T2组织 b TE与T2对比度的关系 对比度1 对比度2 由上图 a 可知 当TR较短时 如图中的TR1 T1值不同的组织很容易分辨 当TR较长时 如图中的TR2 无论长T1组织还是短T1组织都已经基本恢复 这种情况下 二者的信号差就小 由图 b 可知 取较长的TE 图中的TE2 时 不同T2值的组织比取较短TE 图中TE1 时易分辨 2020 1 7 25 6 自旋回波序列族在实际应用中 根据成像质量和速度的不同要求 又发展了许多以SE为基础的扫描脉冲序列 形成了所谓的自旋回波序列族 spinechosequencefamily 按照序列产生回波数的多少 可以分为单回波SE序列 双回波SE序列和多回波SE序列 CPMG序列 由Meiboom和Gill对Carr Purcel法改进 按照成像周期中激励层面的多少 可分为单层面SE序列和多层面SE序列按照成像速度的快慢 可以分为基本SE序列 快速SE序列此外 还可以联合其他技术 形成所谓的复合序列 26 反转恢复脉冲序列 反转恢复 IR inversionrecovery 脉冲序列是在1800RF脉冲的激励下 先使成像层面的宏观磁化强度矢量M翻转至主磁场的反方向 并在其弛豫过程中施以900重聚脉冲 从而检测FID信号的脉冲序列 2020 1 7 TR 900 RF GSS Gpe echo Gro 1800 1800 1800 TI TE 2 TE 2 T 2020 1 7 27 激发过程和信号检测原理 1800 900 M M0 M0 0 0 5 1 0 1 5 1 55 t a M的激发及恢复 M0 M0 t T1 2T1 3T1 4T1 5T1 6T1 b M的恢复与T1的关系 M 0 0 2020 1 7 28 反转恢复脉冲序列的信号特点反转恢复序列的信号不仅与T1弛豫时间和质子密度有关 还与序列参数TI和TR有关 在TI一定 TR足够长时 信号强度因组织的T1不同而不同 即此时序列表现出高度的T1敏感性 因此 IR序列可以用来产生较大的T1对比度 M0 M0 T1 2T1 3T1 4T1 5T1 6T1 MZ T1较短的组织 T1居中的组织 T1较长的组织 图 反转恢复脉冲序列组织T1对比度的形成 0 2020 1 7 29 STIR ShortTIinversionRecovery ShortTI tosuppressfatsignalATIof150 175msachievesfatsuppressionalthoughthisvaluevariesatdifferentfieldstrengths 140msfor1 5Tscanner Figure5 8belowshowsthataSTIRsequenceusesashortTItosuppressthesignalfromfatinaT2weightedimage FLAIR FLuidAttenuatedInversionRecovery LongTI tosuppressliquidsignalATIofapproximately2000msachievesCSFsuppressionat1 5T 2020 1 7 30 4 梯度回波脉冲序列 1 梯度回波及其产生所谓梯度回波 GRE gradientecho 就是通过有关梯度场方向的翻转而产生的回波信号 梯度回波又叫场回波 fieldecho 它与自旋回波的主要区别在于二者产生回波的激励方式不同 另外 所有的SE序列都是以一个900脉冲开始 而GRE序列总是以一个小于900的RF脉冲开始 也就是说后者是小角度激励 在GRE序列中 RF激发脉冲一结束 便在读出梯度 频率编码 方向上施加一个先负后正的梯度场 习惯上将梯度脉冲的方向变化称为梯度翻转 gradientreversal 因此 质子群先后经历散相 相位重聚的过程 从而产生回波信号 由于这种回波由梯度脉冲产生 故称为梯度回波 2020 1 7 31 RF Gro echo 0 图 梯度反转脉冲 质子进动散相 相位重聚进行中 相位重聚完成 质子进动反相 相位重聚开始 图 梯度回波的形成 a b c a a a a b b b b c c c c 2020 1 7 32 2 梯度回波序列的T2 效应在GRE序列中 翻转梯度的加入将使读出梯度方向的磁场均匀性遭到暂时性破坏 从而导致横向弛豫加快 通常将这一现象称为GRE序列的T2 效应 它的大小可以通过GRE回波信号的衰减程度加以检测 式中 T2 为梯度场对横向弛豫的影响 T2 为磁场不均匀性导致的横向弛豫影响 1 T2 GRE 1 T2 1 T2 1 T2 2020 1 7 33 3 梯度回波序列的时序 0 0 RF GSS Gpe Gro echo SS ro pe TE T TR 图 基本梯度回波脉冲序列及其相位 2020 1 7 34 4 扰相梯度和相位重聚梯度 在SE序列中 由于满足TR T2的条件 在下一个RF脉冲到来时横向磁化矢量已经基本恢复 因此 该横向磁化对继之而来的回波信号没有贡献 但是 在GRE序列中 由于TR T2 下一个周期的 脉冲出现时就有可能保留相当的横向磁化 这种剩余磁化对图像的影响主要以带状伪影 bandingartifact 的方式出现 当使用大的翻转角或者对T2较长的组织成像时 由此造成的影响更加严重 通常利用相位破坏脉冲和相位重聚两种方法来减少剩余磁化的影响 两种均需要施加一定的梯度脉冲 2020 1 7 35 0 0 RF 图 梯度回波序列的扰相梯度脉冲及其相位 扰相梯度脉冲 扰相梯度脉冲 扰相梯度脉冲 GSS Gpe Gro echo SS ro pe 横向磁化或者磁化矢量M的横向分量M 是由小磁矩的相位相干所形成的 因此 只需要破坏其相干性 剩余M 就会消失 用于破坏M 的梯度又叫扰相梯度或相位破坏梯度 spoilinggradient 2020 1 7 36 另一种对横向磁化进行处理的方法叫做相位重聚 它与扰相法正好相反 相位重聚就是不仅不消除质子的相位相干状态 还要设法将其保留至下一周期 以便对回波信号作出贡献 0 RF 图 梯度回波序列的相位重聚脉冲及其相位 相位重聚脉冲 相位重聚脉冲 GSS Gpe Gro echo SS ro pe 0 2020 1 7 37 5 梯度回波序列的评价GRE序列最为显著的特点是快速成像 在某些情况下速度要比SE序列快数十倍 1 不用900脉冲激发 使得纵向弛豫时间缩短 2 用梯度的翻转代替1800相位重聚脉冲 有利于使用短TR实施扫描 有效的减少受检者的射频能量沉积 3 由于上述短TR的应用 实现了快速的T2 扫描 GRE序列的缺点 1 可得到T2 图像 但是不能获取纯T2图像 2 对梯度系统要求较高 同时 扫描时整个梯度系统的负担加重 梯度切换时产生的噪声也得到了进一步放大 3 SNR较低 4 如果应用长TE进行扫描 容易导致磁化率伪影和化学位移伪影 5 图像质量在很大程度上受到磁场均匀性的影响 GRE序列的优点 2020 1 7 38 快速成像序列 快速成像是指一系列用以缩短扫描时间的技术 在数据采集和信号生成方面采用了快速扫描策略的成像序列 MRI系统的扫描时间是由序列重复时间TR 信号采集次数NSA和相位编码步数三者共同决定 减少上述参数中的任何一个都可以使扫描时间缩短 扫描速度加快 但是 这些参数的改变还要考虑图像对比度和SNR的要求 1 快速自旋回波序列 2 快速梯度回波序列 3 回波平面成像序列 4 各种组合的快速序列 主要快速成像序列 2020 1 7 39 1 快速自旋回波序列在MRI中 扫描速度的加快主要有两条途径 减少收集的数据量 缩短数据的获取时间 半傅立叶成像或其他减少K空间傅立叶行的方法 用扫描参数的调整来提高成像速度的方法 在标准的SE序列中 每个序列执行周期采集一个回波信号 且该信号只标记K空间一条线 900 1800 TE RF Gpe Gro echo 采样点 m点 Kx 0 Ky 1 2n 1 2n K空间 图 传统SE序列的数据采集 每个周期采集K空间一条线 m 2020 1 7 40 1 快速SE序列快速自旋回波技术最早是由德国弗莱贝格 Freiberg 工业大学的海宁 J Henning 及其同事于1984年提出的 当时称为弛豫增强的快速采集方法 简称RARE RapidAcquisitionwithRalaxationEnhancement RARE技术更为广泛的名称为快速自旋回波 快速SE序列与标准的SE序列有些类似 序列仍以900RF脉冲开始 但是随后又用一系列1800脉冲来产生多个回波信号 一般所生成的回波4 30个之间 比标准的多回波SE序列多得多 这些回波被称为回波链 echotrain 每个回波链中包括的回波个数就是所谓的回波链长度 ETL echotrainlength 在快速SE序列中 每个回波具有不同的相位编码 且每次激发所得到的数条傅立叶线 由数个回波信号产生 被送往同一个K空间以重构出同一幅图像 2020 1 7 41 下图表示5个回波的快速自旋回波序列 这是一种简化的序列 可称为ETL为5或五回波链的快速SE序列 900 1800 1800 1800 1800 1800 TE1 TE2 TE3 TE4 TE5 RF Gpe Gro echo GSS 图 快速SE序列 ETL 5 2020 1 7 42 快速SE序列的回波越多或回波链越长 扫描速度就越快 因此 有人又将回波数叫做快速因子 turbofactor 快速SE序列的最大优点是扫描速度成倍提高 但这是以结果图像中对比度和分辨率的损失为代价的 快速SE序列图像对比度的损失主要是使用多回波生成一幅图像造成的 快速SE序列的回波间隔时间不能太短 通常在10 12ms范围内选取 900 1800 1800 1800 1800 1800 RF echo TE5 TE4 TE3 TE2 TE1 ETE Ky Kx 图 快速SE序列的数据采集 ETL 5 2020 1 7 43 2 快速梯度回波序列 1 去除剩余磁化的GRE FLASH类 序列是指采用SSI技术 稳定状态散相技术 steadystateincoherenttechnique 对剩余磁化进行处理的GRE序列 而又叫SSI类GRE序列 例如 FLASH序列 其特点是 设法去除数据采集结束后组织或者样品中剩余横向磁化 为下一周期的扫描做好准备 扰相梯度最常见的用法是在选层方向施加 也可于采样结束后在相位编码 频率编码和层选三个梯度上同时施加 2020 1 7 44 2 利用剩余磁化的GRE FISP 序列处理剩余磁化的另外一种方案就是设法对其相位进行重聚 使之在下一个周期为回波信号做出贡献 相位重聚最常见的方法是在数据采集结束后在相位编码梯度中增加一大小与相位编码梯度相同但方向相反的梯度脉冲 增加的梯度脉冲叫做重聚焦相位编码梯度 refocusingphase encodinggradient或rewindingphase encodinggradient 由于采用了SSC技术 稳定状态相干技术 steadystatecoherenttechnique 这类序列又叫SSC类GRE序列 西门子公司的FISP FastImagingwithSteady stateProcession 序列就是这种序列 2020 1 7 45 3 回波平面成像序列 回波平面成像 EPI echoplanarimaging 是当今最快速的成像方法 通常能够在30ms之内采集完一幅完整的图像 EPI技术最早是由英国诺丁汉 Nottingham 大学物理系的曼斯菲尔德博士 PeterMansfield 2003年诺贝尔生理或医学奖得主 和他的同伴帕凯特 I L Pykett 于1978年提出 2020 1 7 46 EPI对硬件的要求 EPI自1977年提出并得到实验验证 然而直到1996年才变成商品应用到临床机器上 具体要求 1 梯度强度很大 传统1 5TMRI系统的梯度强度是10mT m 上升时间600us或切换速度为17 mT m ms l 而装备有EPI的1 5TMRI系统的梯度强度达到25mT m以上3T以上MRI系统的梯度强度在30mT m以上 2 梯度开关速度很高 要求在100ms内开关128次 甚至256次 3 梯度上升 s1ewrate 时间很快 200 T m ms 1 以保证有足够长的乎顶时间用于数据采集4 梯度开关引起的涡流要很小 因为涡流产生的磁场叠加到主梯度磁场上 使梯度线性度变差 退化图像质量 产生 涡流伪影 而且涡流增加梯度线团有效电感 位上升速度变慢 2020 1 7 47 5 大电流梯度线圈快速开关时往往会发生强烈振动 这要求加重支撑 采取足够好的减振措施 6 模数转换器 ADc 速度要高 7 主磁场均匀性要高8 主磁场B 要求高场 超导磁体1 5T以上的MRI系统才能安装 9 接受带宽很大 数百KHz量级l0 高速计算机系统 2020 1 7 48 原始EPI序列的时序和K空间扫描轨迹 2020 1 7 49 变形的EPI序列 BEST blippedecho planarsingle pulsetechnique 序列的时序图和K空间轨迹 把原姑EPI中恒定相位编码梯度修改为B1ip脉冲 并在读梯度穿越零点时到加这B1ip脉冲 BEST序列在K空间的扫描轨迹是矩状直线 图像重建 信号数据处理很是方便 2020 1 7 50 SE EPI混合序列 序列的时序图和K空间轨迹 与BEST不同的是 SE EPI可对Ky空间的两半进行对称扫描 SE EPI可覆盖全K空间 对磁场不均匀性的敏感性有一定改善回波包络按e t T2衰减 图像是T2加权而不是T2 加权 每个分立的回波都是梯度回波 梯度回波的包络对应为1800脉冲产生的自旋回波 2020 1 7 51 GE EPI混合序列 序列的时序图和K空间轨迹 EPI序列本身所成图像是T2 加权 GE本身所成图像是也是T2 加权 那么GE EPI所成图像也是T2 加权 2020 1 7 52 EPI序列的应用受到以下几个方面的限制 经典的EPI是梯度回波技术 因而具备GRE序列的一切缺点 尤其是高度的磁化率伪影 它对化学位移伪影也比较敏感 扫描时经常需要进行水或脂肪信号的压制 EPI序列的SNR明显低于传统序列单激发EPI需要特殊的硬件支持 包括特殊的梯度系统 高速的数据采集系统 RF接收系统要有很宽的接收带宽 和图像处理系统 EPI序列能有效地减少各种运动对图像质量的影响 因此 它的一切应用都将在排除运动伪影方面显示出独特的优越性 2020 1 7 53 渐开平面螺旋序列 时序图和K空间轨迹 自旋回波序列类 SE序列常规自旋回波序列 根据TR的TE的不同组合 可得到T1加权像 T1WI 质子加权像 PDWI T2加权像 T2WI T1WI现正在广泛使用于日常工作中 而PDWI和T2WI因扫描时间太长几乎完全被快速SE取代 1 每个TR周期内 一次激励射频脉冲后跟随一个180 聚焦射频脉冲 得到一个回波信号 一层图像采集完成之后 将这些信号按相位编码顺序Gy排列起来 可得到一个所谓的K空间 见下图 K空间内相位编码Gy的顺序指的是相位编码方向上梯度脉冲幅度 电压 的排列顺序 一般是负值最大 指绝对值最大的负脉冲 的梯度脉冲先开始 采集到的MR信号填充于K空间的最边缘 随着梯度脉冲负值逐渐减小 MR信号逐渐向K空间中间逐行填充 至梯度脉冲减为零时 此刻MR信号一般较大 此信号位置称为零K空间 整幅图像采集时间进行了一半 然后梯度脉冲转为正值并逐渐加大 由零K空间向另一侧方向逐渐填充 至梯度脉冲正值最大时 整个K空间被填充完毕 邻近零K空间的部分称为低K空间 远离零K空间靠近边缘的部分则称为高K空间 低K空间与图像的信噪比有关 而高K空间则与图像的轮廓线或分辨率有关 Z Y X M0 未发射射频脉冲 RF 时 质子进动相位不同 相互抵消 横向方向上无任何磁向量 与Z轴垂直方向上的发射线圈对质子样本发射射频信号 令质子发生核磁共振 我们先看T2加权 X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M 偏转90 对质子样本发射射频 RF 信号后 Z Y X M X Z Y Mxy 90 M0 M Mz 我们忽视磁向量M的旋转 只关心M与Z轴的夹角 即偏转角 能使M偏转 角的射频脉冲就称为 脉冲 如90 脉冲 180 脉冲 X Z Y M RF发射停止后 X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M 偏转90 X Z Y M X Z Y M X Z Y M TE时 发射180 射频脉冲 X Z Y M 180 180 射频脉冲发射孔后的第二个作用是相散的质子群的相位发生换位翻转 180 射频脉冲之后 再经TE 2时间 换位翻转的质子群的相位必然会发生重聚 且纵向磁化向量恰好偏回至横向x0y平面 因此此刻可测得与Mxy大小相关的回波信号 逆时针方向看 My 在后 My 在前 180 射频脉冲 X Z Y M 上述过程完成1次发射 等待2000ms以上 再重复此过程 最大信号强度I 时间t 自由水 灰质 白质 15ms 90ms TE与横向磁化向量有关 三 SET1加权序列 基本原理 在磁共振成像系统中 因为接收信号的线圈总是安放在与纵轴垂直的位置上 纵向磁化向量无法直接进行测量 X Z Y M 偏转90 X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M X Z Y M 偏转90 最大值 X Z Y M 偏转90 X Z Y M X Z Y M X Z Y M 最大值 但纵向磁化向量未完全恢复时 如再次被一个90 射频脉冲偏转至横向x0y平面 横向磁化向量Mxy要相应下降 下降的幅度与未完全恢复的Mz成正相关 此即为 部分 饱和现象 这时测到的横向分量直接反映了不同组织的T1值 TR与纵向磁化向量有关 FSE FastSpinEcho 欧洲厂家西门子和飞利浦以 turbo 来表示快速 故称之为TSE TurboSpinEcho 2 快速SE是一个90 激励射频脉冲后跟随多个或一串180 聚焦射频脉冲 每个聚焦射频脉冲对应不同的相位编码梯度 这样必然得到一串MR回波 这种技术被称为弛豫增强快速采集 rapidacquisitionwithrelaxationenhancement RARE MR回波的数目称为回波链长 echotrainlength ETL 两回波之间的间隔时间称回波间隔 echospacing ES 一般10ms左右 每次180 脉冲后的相位编码梯度的幅度值都有变化 将幅度绝对值最小的相位编码梯度所对应的回波信号 即零K空间或附近 与90 射频脉冲之间的时间称为有效回波时间 efectiveTE ETE 该信号及其邻近的一些信号称低K空间 与图像的对比有关 而高K空间的信息与图像的轮廓线或分辨率有关 扫描时间缩短为相应常规SE的1 ETL ETE TSE 多回波 该序列的优点是 1 速度快 图像对比不降低 所以现在尤其在T2加权成像方面几乎已经完全取代了常规SE序列而成为临床标准序列 2 与常规SE序列一样 对磁场的不均匀性不敏感 该序列的缺点有 1 如采集次数不变 S N有所降低 一般多次采集 2 T2加权像上脂肪信号比常规SE像更亮 显得有些发白 易对图像产生干扰 解决的方法主要是用化学法或STIR序列进行脂肪抑制 3 当ETL 8以后 图像高频部分缺失 导致一种滤波效应产生模糊 常在相位编码方向上出现图像的细节丢失 4 RF射频能量的蓄积 5 磁化转移效应等 SS FSE单次发射快速SE SingleshotFSERARE TR趋于无穷大 一次90 激励射频脉冲后跟随足够多的180 聚焦射频脉冲 脉冲数为一幅图像所需全部回波数目 所有的信号可一次采集完毕 这样一幅256 256的图像成像时间可是1 4秒 有效回波时间如1000ms左右 得到的是重T2加权 该序列常用在颅脑超快速T2WI 仅用于不能配合检查的患者 水成像方面 得到的图像如同含自由水组织的透视像 不需要进行MIP后处理 3 HASTE half fourieracquisitionsingle shotturbospin echo 半傅里叶单发射快速SE序列GE的设备上 在SS FSE的用户控制变量 usercontrolvariables 界面内的 FractionalNEXOptimization 选项中选择 off 飞利浦机器是在SSh TSE序列上加 halfscan 4 该序列采集略多于一半K空间的回波信号 成像时间也相应缩短了将近二分之一 一幅256 256的图像的扫描时间可达到亚秒级水平 一般从低K空间一侧开始采集 很快到达零K空间 再到低K空间另一侧 最后采完一侧高K空间结束 该序列的有效回波时间可较短 例如80ms 提高了信噪比和组织对比 扫描起始位置 扫描方向 HASTE序列应用越来越广泛 除用于不能配合检查的患者外 还因速度快 在腹部成像中应用较多 如用于不能均匀呼吸又不能屏气的病例 磁共振胰胆管成像 MRCP 磁共振尿路成像 MRU 肝脏扫描中增加囊性病变与实性病变的对比 显示肠壁增厚和梗阻性肿块 肿块表面和肠壁受侵犯情况 MR结肠造影等 FRFSE TSE Restore 西门子 TSEDRIVE 飞利浦 FSET2WI需要长TR 才能使纵向驰豫充分 并减少对T2像的影响 但TR过长明显增加扫描时间 为解决这一问题 可在一串180 聚焦射频脉冲结束并采集信号后 加一个180 聚焦射频脉冲 待磁向量复相聚焦时 再加一个负的90 脉冲 令横向分量偏至Z0位 即被打回纵向 这样可加快纵向恢复的过程 在实际工作中 经常会遇到T2WI扫描时TR不能降低 但扫描层次却较少的场合 比如脊柱 颈椎矢状位等 此时梯度的工作周期远未接近100 此时采用FRFSE序列 减少TR 可提高工作效率 或改善图像质量 增加采集次数 5 在实际工作中 例如1 5TMR头颅扫描时TR常选2500ms 但选择FRFSE后 TR可短至1300ms 图像质量并无明显降低 使用方法 1 GE的设备上直接选FRFSE序列 2 西门子公司机器的TSE有两种 一种是普通TSE 另一种是TSE Restore 在参数调整界面的 contrast 卡中勾选 RestoreMagn 项 如不勾选 即为普通TSE 3 飞利浦机器是在TSE序列的参数修改界面的 contrast 卡中增加一个成像参数选项 称为DRIVE DRIvenEquilibrium 脉冲令所有组织纵向磁化向量越过90 平面而偏至180 位 等待其驰豫经一定时间 称反转时间TI 后 不同组织因T1值不同返回至的时间必不相同 此刻恰至90 x0y平面的组织对图像无贡献 而其他组织的对比则明显增加 IR inversionrecovery 反转恢复序列在SE序列的90 180 射频脉冲组合之前 先给予一个180 射频 6 FIR快速反转恢复序列反转恢复序列引入RARE技术 提高了扫描速度 7 但这里有一问题应引起注意 在FIR 或TIR 成像过程中 从上图可见 水平X轴上方有 magnitudedetection 与X轴下方 phasesensitivedetection 呈对应关系 如检到X轴下方组织信号 但在图像上以其幅度绝对值来表示 可以想像 图像中只有相当于X轴水平的信号值是最低的 图像中无物体的空白背景处应该呈低信号黑色 这时西门子公司将此序列称之为TIRM turboinversionrecovery modulus magnitude 而如同样的信号不以幅度绝对值来表达 而是以实际的值来显示 此时图像背景仍然相当于X轴水平的信号值 但却是灰色 即中等信号 成像组织中的信号有可能低于背景的信号 此时称之为TIRReal TIRMmeansaturboIRwithamagnitudedisplay TIRReal 图2MRIT1加权图像 箭头所指为病灶呈短T1高信号图3MRIChem Sat图像见病灶短T1高信号未被抑制图4MRISTIR图像病灶中心被抑制呈低信号图5 7为病例3图像图5MRIT1加权颅脑矢状位像见垂体增大 呈一致性高信号图6MRIChem Sat图像见病灶短T1高信号未被抑制图7MRISTIR图像见病灶短T1高信号大部分被抑制 呈低信号 FIR T1WI快速反转恢复T1加权序列9STIR ShortTIInversionRecovery 短反转时间反转恢复TI timeofinversion 反转时间在1 5TMRI上约130ms 使得脂肪组织返至x0y平面时成像 即成为脂肪抑制序列 8 FLAIR液体抑制反转恢复 fluidattenuatedinversionrecovery 黑水 自由水抑制反转恢复 在1 5TMRI上TI约2000 2500ms 令自由水呈低信号 而结合水仍是较高信号 突出炎症 肿瘤等组织 10 DualIR FSE双反转快速自旋回波施加两个反转预脉冲 并调整两个TI 突出某一组织 1 如抑制脑脊液和脑白质 突出脑灰质信号 或抑制脑脊液和脑灰质 突出脑白质信号 2 心血管黑血 BlackBlood 主要技术 第一个是非层面选择反转预脉冲 第二个为层面选择反转脉冲将成像层面的磁化矢量偏转回到原始平衡位 经过一定时间 即TI 之后施加90 激励射频脉冲并成像 层面内心肌组织有信号 层面内有信号的血液因流出成像平面而不能成像 层面外被反转的血液此刻其磁化矢量恰至零位 也无信号 产生所谓黑血效应 此技术可再加一选择性脂肪反转脉冲抑制脂肪信号 称为三反转FSE序列 对心脏肿瘤 心包和心肌病变的鉴别诊断具有重要意义 11 Propeller periodicallyrotatedoverlappingparallellineswithenhancedreconstruction螺旋桨技术 GE Blade 刀锋技术 西门子 应用于FSE及FIR 一个回波链在低K空间采集 下一回波链则在频率编码和相位编码都旋转一定角度的低K空间采集 最后的结果是 1 整个K空间内 低K空间有大量信息重叠 图像S N必然较高 2 运动伪影不再沿相位编码方向被重建 而是沿放射状被抛射到FOV之外 3 整个过程需复杂的数据处理 该技术 1 可在头颅 腹部减少运动伪影 2 也可在FSE EPI弥散加权成像 DWI 中减少磁敏感伪影和金属伪影 12 梯度回波序列类 扰相GRE gradientrecalledecho SPGR FSPGR spoiledgradientrecalledecho GE 快速小角度激发 fastlowangleshot FLASH 西门子 fastfieldecho T1 FFT 飞利浦 一 使用方法 西门子直接选序列 但在该序列参数设置界面的对比 contrast 卡中选上 RFspoil 选项 可增加扰相效果 GE公司设备在序列选择界面中按下图所示逐项选择 飞利浦公司机器则在成像参数调整界面的 contrast 卡中按下图所示逐项选择 13 Z Y X Mxy M0 M Mz 小角度 小于30 射频脉冲时纵向磁化向量由于偏离纵轴不远 所以恢复很快 下一次激励到来时不同组织的纵向磁化向量之间差别不大 如回波时间长 30 60ms 横向磁化向量虽不大但仍可测 各组织之间横向分量的对比就充分体现出来 所得图像为T2加权 Z Y X Mxy M0 M Mz 反之如使用大偏转角 45 90 激励脉冲和短TE 15ms 可得到T1加权像 这是因为短TE时 横向驰豫尚未发生 T2对图像没有贡献 而纵向磁化向量恢复的时间很长 一般要2000ms以上 而实际所用400 600ms的TR 必然发生部分饱和现象 产生T1对比 sequenceFATRTETA min T2 flash2d 15rb13015 450155 48小长T1 flash2d 12rb13090 410125 17大短T1 flash3d 6b19540 3068 14 SeT2 Flash Flash动态增强 Flash增强后延时10分 Gradientecho Spoiledgradientechosequences Typeofsequence SpoiledGE 二 回波的产生 这一类序列的回波信号不是由180 聚焦射频脉冲而是由改变梯度磁场来产生的 在读出梯度 频率编码 方向上施加一个先负后正的梯度脉冲 使质子群先发生相散 后在反相梯度场中发生重聚 由此接收到一个回波 激励脉冲偏转角一般小于90 这两方面的作用都明显提高了扫描速度 三 T2对比 激励脉冲的偏转角影响图像的加权对比 小角度 小于30 射频脉冲时纵向磁化向量由于偏离纵轴不远 所以恢复很快 下一次激励到来时不同组织的纵向磁化向量之间差别不大 但是各组织横向磁化向量虽不很大但足够被测量 而且因回波时间较长 30 60ms 各组织之间横向分量的对比却是十分明显 所以可以得到T2加权的图像 由于TR一般小于600ms 扫描速度明显大大加快 因为额外梯度的加入 读出梯度方向的磁场均匀遭到暂时性破坏 横向弛豫加快 实际所得图像为T2 加权 四 T1对比 反之如使用大偏转角 45 90 激励脉冲和短TE 15 可得到T1加权像 这是因为短TE时 横向驰豫尚未发生 T2对图像没有贡献 而纵向磁化向量恢复的时间很长 一般要2000ms以上 而实际所用400 600ms的TR 这时各组织的纵向磁化向量必然不同程度地产生饱和现象 因此产生T1对比 五 解决剩余磁化问题 现在所遇到的问题是由于TR T2 下一周期的 脉冲出现时横向磁化向量将有较大程度保留 这种剩余磁化对图像有严重影响 解决的方法有两种 一种方法是用相位破坏 扰相技术 的方法去除剩余磁化 采用扰相技术的序列又分两类 第一类采用梯度脉冲来扰相 以西门子的FLASH即快速小角度激发为代表 各公司称谓不同 T1 FAST Picker T1 FFE FFE Philips GRE Hitachi 第二类用RF脉冲实现扰相 包括GE的GRASS SPGR和PickerRF FAST 第二种方法是用相位重聚的方法使剩余磁化稳定在一定水平 即所谓稳态 以西门子FISP即稳定进动快速成像为代表 另还有GRASS GE FFE Philips FAST Picher 和GFE Hitachi 六 扰相GRE的临床应用 1 上腹部T1WI 可加脂肪抑制 结合屏气技术 图像对比良好 还可行三期动态增强扫描 2 关节软骨T1WI 短TE 10ms 时 透明软骨呈高信号 而纤维软骨 韧带 肌腱 关节液 骨及骨髓均呈低信号 3 脊柱 大关节和出血病变T2WI 较敏感 4 同相位反相位成像即化学位移成像 脂质和水中的质子的进动频率略有不同 脂肪中质子稍快 二者差别约3 5ppm 相当于150Hz T 在1 0T场强下每3 33ms发生一次同相或反相 导致既含水又含脂质的像素的信号周期性降低 不同场强MRI仪化学位移成像的TE值 方法 在西门子1 5TAvanto机器上在检查序列卡中选abdomen library T1 第6T1 fl2d in opp ph tra mbh00 27TE1 2 38msTE2 4 97msTR 100ms20层6 0mm第19T1 fl2d opp tra mbh pat200 21TE 2 6ms20层 化学位移成像的应用 反相位像上水脂混合组织信号衰减明显 纯脂肪组织信号没有明显衰减 脂肪组织脏器呈现出勾边效应 临床上判断肾上腺结节是否为腺瘤 因其含脂质 脂肪肝诊断与鉴别诊断 判断肝局灶性病灶内是否含脂质 并有助于肾脏或肝脏血管平滑肌脂肪瘤的诊断和鉴别诊断 5 TOF法MR血管成像 例如2D或3D椎动脉成像 心脏的亮血成像 6 对比剂增强MRA CE MRA T1WI像上注射对比剂后一定时期内 含对比剂的血液的T1值变短 呈高信号 甚至短于脂肪组织 通过MIP MPR VR及SSD等后处理方法得到血管像 实用中应掌握MRI参数 对比剂注射时间 剂量以及用脂肪抑制技术或蒙片减影技术来消除脂肪组织信号等 7 三维扰相GRET2 WI序列用于磁敏感加权成像 susceptibilityweightedimaging SWI 该序列实质上是3DFLASHT2WI 如上述 采用较长TE 对磁场不均匀敏感 小角度 但该方法需同时采集两种图像 因MR信号经解调之后可得幅度和相位两个信息 一般只对其中幅度信息成像到强度图像即平时所常用的图像 或称幅度图像 另一种是相位图像 将相位图校正 并与强度图叠加即得到磁敏感加权像 血红蛋白及其降解产物 分氧合血红蛋白 去氧血红蛋白 正铁血红蛋白和含铁血黄素四种状态 中以去氧血红蛋白和含铁血黄素表现的磁敏感性较强 非血红蛋白铁 铁蛋白 和钙化也表现较强的磁敏感性 它们均可加快MR信号的去相位 造成T2 缩短 信号减低 根据这一机制SWI在临床上可用于脑创伤 小血管畸形 脑血管病等诊断以及MR功能成像 主要是BOLD 研究 三维容积内插快速扰相GRE其本质是T1加权的三维扰相GRE 西门子公司称为 容积内插体部检查 volumeinterpolatedbodyexamination VIBE 飞利浦公司称之为 T1高分辨力各向同性容积激发 T1highresolutionisotropicvolumeexcitation THRIVE GE公司则是 肝脏容积加速采集 liveracquisitionwithvolumeacceleration LAVA 该序列的要点是 1 使用小角度的激发脉冲 10 15 超短TR 3 8ms 极短的TE 1 3ms 2 采用多通道线圈 并行采集以提高S N 3 容积内插重建技术 可以较少的数据量得到较多的图像 提高了速度 4 加入了脂肪抑制 减少腹部脂肪信号的干扰 5 3D采集S N高 可行各方向重建 6 用于无需屏气的软组织动态增强扫描 如乳腺 体 四肢等 7 用于胸腹部屏气动态增强扫描 14 普通SSFP steadystatefreeprecession 普通稳态自由进动 稳态进动快速成像fasstimagingwithsteadystateprecession FISP 西门子 用相位重聚的方法使剩余磁化稳定在一定水平 并使剩余磁化保留至下一个周期 这样得到的回波信号要高于用扰相法得到的信号 如组织T2 较长 用短TR和大 时 可得到比FLASH更强的信号 此信号与T2 T1相关 所以像尿液 脑脊液这样的长T2物质 在FISP像上显得更亮 此类序列用于TOF法血管造影效果较好 但目前更多地被扰相GRE序列所取代 该序列中长TR2DT2 加权和3D都可用于大关节