《MRI检查技术》PPT课件.ppt

MRI检查技术 孟炯 第一节常用脉冲序列及其应用 脉冲序列控制着MR系统施加RF脉冲 梯度和数据采集的方式 从而决定图像的质量 常用的RF序列有以下三种 1SE序列 spinecho 2IR序列 inversionrecovery 3GRE序列 gradientecho 一 SE脉冲序列 一 常规SE脉冲序列 二 FSE脉冲序列 90 pulseand180 pulse Z Y X B1 180 90 Mz Mxy B1t Z Z Z Z Y Y Y Y M Mo Mz MoMxy 0 Mz 0Mxy Mo M Mxy Mz Mxy Mz M Mo Mz MoMxy 0 90 pulse后 Z Y X Mxy coil Currentincoil time Inducedsignal FID Mz Mxy Z Z Z Z Y Y Y Y X X X X Mxy Mxy Mxy 0 Mz t Mo 0 0 63Mo T1 Mo 0 0 37Mo T2 Mxy t Mz Mz t 0FID t 180 pulse Mz t t 2 1stecho Mxy Z Z Z Z Z Y Y Y Y Y X X X X X 123 123 123 常规SE脉冲序列 一 常规SE脉冲波的形式 RF Signal 90 180 90 FID Echo TE 2 TR 常规SE脉冲序列 2 常规SE脉冲序列参数TR 一个序列脉冲形式的作用时间 TR控制着纵向磁化恢复的程度 因而决定图像的T1加权程度 TE 获取回波的时间 TE控制着横向磁化衰减的程度 因而决定图像的T2加权程度 常规SE脉冲序列 3 常规SE脉冲序列的适用范围 Brain orbitalcavity auditorynerves Orthopedicrangeincludingjoints ligaments tendons muscles Spinalcolumninallsections Thorax heart 4 常规SE脉冲序列的三种图像1 T1加权像TRshort TEshort 450ms 15ms 2 T2加权像TRlong TElong 2500ms 90ms 3 质子密度图TRlong TEshort 2500ms 15ms 常规SE脉冲序列 常规SE脉冲序列 5 常规SE脉冲序列的优点及缺点1T1加权像具有较高的信噪比 适于显示解刨结构 也是增强扫描的常规序列 2T2加权像更易于显示水肿和液体 病变常含有较高的水含量 T2加权像显示为高信号 从而易于显示病变 3质子密度图可较好地显示血管结构 缺点 扫描时间长 FSE脉冲序列 fastspinecho TSE 一 FSE脉冲波的形式 RF Signal 90 180 180 180 n个180 FID Echo TR TE eff FSE脉冲序列 meas time rawdatalines echoes TR acquisitions Segmentrawdata Kx Ky Echono 1234567 FSE脉冲序列 2 FSE脉冲序列参数TR 一个序列脉冲形式的作用时间 TR控制着纵向磁化恢复的程度 因而决定图像的T1加权程度 有效TE 获取回波的时间 TE控制着横向磁化衰减的程度 因而决定图像的T2加权程度 在FSE脉冲序列中产生一系列回波 因而TE各不相同 需要选择有效TE effectiveTE 系统将根据所选的有效TE调整每次180 脉冲后的相位编码梯度的斜度 使有效TE附近的回波最强 对图像的加权起主要作用 ETL echotrainlength turbofactor 180 脉冲次数称为回波链长度或快速系数 FSE脉冲序列 3 FSE脉冲序列的优点及缺点1FSE图像与常规SE非常接近 但扫描时间显著缩短 SE的扫描时间 TR 相位编码次数 激励次数 numberofexcitations NEX FSE的扫描时间 TR 相位编码次数 快速系数 NEX2FSE序列使T2信号成分增加 T2加权像更易于显示病变 缺点 流动与运动伪影增加 在T2加权像上脂肪与水肿难辩 快速系数大时图像较差 二 IR脉冲序列 inversionrecoverysequences 一 IR脉冲序列 二 STIR脉冲序列 IR脉冲序列 一 IR脉冲波的形式 RF Signal 180 90 180 FID Echo TR 180 TI TE B1180 pulse Z Z Z Z Y Y Y Y X X X X Mo Mo M M Mo Mo M0 t 0 26Mo T1 Tissue 1 Tissue 2 Tissue 3 180 B1 180 180 B1 B1 M M M M Z Z Z M M M M M M B190 B190 B190 Y Y Y Y Y Y X X X X X X IR脉冲序列 2 IR脉冲序列参数TR 一个脉冲序列形式的作用时间 2000ms以上 TI timeofinversion 从180 反转脉冲至90 脉冲开始的时间为反转时间 TI的长度决定了IR脉冲序列的重T1加权像 TE 从90 脉冲开始的时间到获取回波的时间间隔 3 IR脉冲序列的三种图像1 重T1加权像 由于纵向磁化的恢复是从180 反转脉冲后的 1 完全饱和 至 1 纵向磁化完全恢复 范围大 因而选择合适的TI可得到不同质子纵向磁化的显著差异 获得比SE脉冲序列更显著的T1加权效果 2 质子密度图 使用长TI 则所有质子 脂肪与水 的纵向磁化均可完全恢复 使T1对比完全消失 此时的图像为质子密度图 3 病理加权像 使用长TE 产生的图像 使图像不仅保持了显示解刨效果好的优点 且长T2病变可显示为高信号 称为病理加权像 IR脉冲序列 IR脉冲序列 4 IR脉冲序列的优点及缺点优点 T1加权像对比度好 具有较高的信噪比 缺点 扫描时间长 STIR脉冲序列 shortT1inversionrecovery 是IR脉冲序列的一个类型 特征是选择合适的TI值 恰好使脂肪质子的纵向磁化恢复到 1至 1的中点 即0点施加90 脉冲 因此在90 脉冲后脂肪质子无横向磁化而无信号产生 STIR脉冲序列 STIR脉冲序列的用途在T1加权像中抑制脂肪的短T1高信号 即脂肪抑制 并且使用长TI 2000ms 1T 也可抑制CSF的流动 DarkFluidmethod 使用长TE产生的图像 既含有T1对比度又含有T2对比度 叠加的效果会得到重T2加权像 缺点 不用于增强扫描 三 GRE序列 gradientechosequences GRE与SE比较 缩短检查时间 较少量的电磁波辐射 3 D成像 T1加权像和 或重T2加权像的对比度有所提高 单位时间的S N有所提高 Z Mo Mz Mxy Y X 90 三 GRE脉冲序列 GRE脉冲序列的种类 1 常规GRE脉冲序列 2 GRASS脉冲序列 3 失相位GRE脉冲序列 1 常规GRE脉冲波的形式 RF Signal 90 90 FID Echo TR TE 频率编码 去相位 复相位 FID echo ABC RFpulseandechosignals X gradient 1 2 3 123 1 2 3 A B C Z Z Z Y Y Y X X X 常规GRE脉冲序列参数 TR 一个序列脉冲形式的作用时间 TR控制着纵向磁化恢复的程度 因而决定图像的T1加权程度 TE 获取回波的时间 TE控制着横向磁化衰减的程度 因而决定图像的T2 加权程度 翻转角 使纵向磁化矢量翻转的角度 常规GRE脉冲序列应用范围可应用于屏气下腹部快速扫描 动态增强扫描 血管成像 关节病变等检查 缺点 由于是小角度扫描 仅使部分纵向磁化矢量翻转为横向磁化 因而图像的信噪比低 1 T1加权像 大翻转角70 110 短TE 5ms 10ms 短TR 5ms 2 T2 加权像 小翻转角5 20 长TE 15ms 25ms 短TR 因翻转角小 3 质子密度图 小翻转角5 20 短TE 5ms 10ms 短TR 因翻转角小 平均扫描时间为数秒至数分钟 常规GRE脉冲序列的三种图像 a b c d e Mo ShortT2 LongT2 ShortT2 LongT2 Mxy Mxy 2 GRASS脉冲波的形式 RF Signal 90 90 FID Echo TR TE 频率编码 去相位 复相位 FID 30 45 相位编码 翻转梯度 GRASS脉冲序列的特点序列的翻转角为30 45 因使用短于组织T1 T2的TR 使序列重复前仍有部分横向磁化没有衰减完 称剩余横向磁化 这种横向磁化与纵向磁化并存的状况称稳定状态 steadystate 横向磁化与纵向磁化均对信号的产生有贡献作用 横向磁化的的幅度对T2 像起作用 纵向磁化的幅度对T1像起作用 对比度依靠于T1 T2 与TR几乎无关 图像称为T1 T2 加权 TRshort TEshort large 和PD weightedcontrast Asmallflipangle 优点 扫描时间短 用于屏气扫描 对流动敏感 可获得良好的血管成像 缺点 SNR低 3 失相位GRE脉冲序列与GRASS脉冲序列不同是使用了RFspoilingorGradientspoiling 去除剩余横向磁化 可产生T2 对比 对图像的影响 序列只使用纵向磁化形成图像 1 RF破坏 SPGR 可获得T1WI和PDWI 2 梯度破坏 MPGR 同上 但梯度破坏不如RF破坏彻底 信号含有T2 成分较多 可获得T1WI TRshort TEshort averagetolarge T2 WI TRlong TErelativelylong verysmall SSEP 特点 使用射频信号进行复相位 获取的是SE 信号含有真正的T2WI成分 因而主要用于获取T2对比的图像 尤其使用在脑 关节成像 优点 扫描时间短 真正的T2WI 缺点 伪影多 图像质量差 第二节成像参数的选择 一 与图像质量有关的成像参数 1 信噪比 SNR 2 对比噪声比 CNR 3 空间分辨率 Resolution 4 伪影 Artifacts 1 信噪比 SNR Voxel Pixel Pixel FOV SL Matrix 一幅MR image是这些由众多像素组成 这些像素被安置在一个棋盘式的矩阵 Matrix 中 每一个像素都有一个具体的灰度值 即这个灰度值的矩阵就创遭了一幅MR图像 理想的状态是像素的灰度值反应了相应单元 VOXEL 被测后所得的信号大小 其大小依赖于横向磁化的大小 并受很多其他因素的影响 1 MR图像中的信号 2 影响信号强度的因素 Tissueparameters Measurementparameters Systemparameters Signal 1 2 3 1 Tissueparameters质子密度弛豫时间参数 T1 T2 2 MeasurementparametersPulseParameter TR TE flipangle etcSliceparameters Slicethickness Slicedistance etcMatrixparameters Matrixsize Half Fourier etcAcquisitionparameters Acquisitions measurementsReconstructionparameters Filter Interpolationetc 3 DeviceParametersMagneticfieldstrengthTypeofcoilused 3 信号与噪声实际的状态是 Greyvalue Signal Noise 引起噪声的因素ElectromagneticnoiseinthebodyduetomolecularmovementofchargedparticlesNoiseeffectsduetoelectricalresistanceofreceivingcoilandthemeasurementelectronics 图像的噪声依赖于线圈的形状尺寸 bodycoil localcoil Arraycoil 和脉冲序列的带宽 屏幕上表现为像雪花似的不规则形的颗粒 4 信噪比 SNR SNR Signal noiseSNR是评价图像质量的一个重要标准 2 对比噪声比 CNR 1 对比度 Contrast 是指在图像上不同组织的信号强度之间存在的相对差异程度 特别是正常组织与病变组织的相对差别 2 影响信号对比度的因素 Contrast Pulsesequence Pulseparameters Contrastmedium 1 2 3 1 Pulsesequence SpineEcho InversionRecovery GradientEcho etc 2 pulseparameters TR TE TI flipangle 3 Contrastmedium Forexample GadoliniumDTPA shorterT1andT2 对比度与噪声的关系一幅图像有较高的信噪比并具有足够的对比度 这两个指标可用一个评价质量的参数来代替 即对比噪声比 CNR 2 对比噪声比 CNR Contrast to noiseratio 对比噪声比 代表了两个相关组织 A和B 信噪比的差异性 CNR SNR A SNR B 3 空间分辨率 Resolution 1 空间分辨率是指图像中可辩别的邻接物体空间几何长度的最小极限 即对细微结构的分辨率 足够的分辨率是保证诊断微小病变的先决条件 2 影响信号对比度的因素 Resolution Slicethickness FOV Matrix 1 2 3 SlicethicknessTheslicethicknessisthespatialdepthoftheslicetobemeasured FOVThefieldofviewisthesquaresectionthatcontainstheregionoftheslicetobemeasured MatrixThesizeofthematrixisthenumberofrowsmultipliedbythethenumberofcolumns e g 128 128 3 Arearesolution 区域分辨率 Pixelsize 像素 FOV Matrixsize被检查区域的像素愈小 该区域的分辨率就愈好 FOVMatrixPixel mm mm mm 256 2561 0 1 0260128 1282 0 2 0260256 1281 0 2 0 4 Spatialresolution空间分辨率 Voxel Pixel Pixel FOV SL Matrix Voxelsize Pixelsize slicethickness体素愈小 空间分辨率愈高 但所检测的信号愈弱 如何弥补信噪比的损失 在保持其它参数不变的情况下 降低体素的大小从而提高了图像的空间分辨率 但却导致了其信噪比的损失 不过可以从以下方面进行弥补 1 增加采集次数 2 选择较长的TR effectivetosomeextent frequentlychangesthecontrast 4 扫描时间 scantime 完成数据采集的时间为扫描时间 以SEsequence为例 扫描时间与TR 相位编码次数 激励次数成正比 扫描时间长则运动伪影大 总结 优化图像的工作从以下几个方面进行 Optimi zation SNR Resolution Contrast Measure menttime 1 2 3 4 VoxelAcquisitionsCoilBandwidth SlicethicknessMatrix TR TEFlipangleContrastMediaSequence Acquisitions 二 成像参数的选择一幅理想的图像应具有较高的信噪比与对比噪声比 CNR 高的空间分辨率 以及为降低伪影所必需较短的扫描时间 1 如何达到上述目的 1 根据检查的目的和检查部位选择合适的序列 2 在设置参数时应注意SNR的重要性 不应只照顾空间分辨率而牺牲SNR 3 尽量采用短的扫描时间 降低伪影 4 注意人体不同解刨部位信号的强弱 2 如何选择成像参数 选择层数 EachpulsesequencehasaminimumTR Maximumno ofslice SelectedTR MinimumTR 选择层厚 Slicethickness 扫描层愈厚 信号愈强 信噪比愈高 但空间分辨率愈低 选择层距 Slicedistance Slicedistance Slicegap Slicethickness避免出现 Cross talk 即层距太小 相邻层间出现彼此的干扰 如层距为0 出现Cross talk现象 并影响了T1对比度 Cross talk 0 50 选择Fieldofview FOV FOV是被检测的正方形区域 以毫米为单位 如FOV 260mm意味着被检测的面积为260mm 260mm Voxel Pixel Pixel FOV SL Matrix FOV愈小 Pixelsize FOV Matrixsize体素愈小 空间分辨率愈高 但所检测的信号愈弱 SNA与FOV的平方成反比 选择矩阵 Effectsofmatrixsize 图像的矩阵既影响检测时间也影响分辨率与信噪比 在一个方形矩阵中 扫描 scan 的次数 Lines 等于采样数 columns 1 检测时间TA no ofscans TR Acquisitions如将256 256的矩阵变为128 128的矩阵 检测时间会减少一半 2 分辨率Pixelsize FOV matrixsize 3 信噪比与扫描 scan 次数的平方根成正比 并且与体素的大小成正比 如与一个256的矩阵相比 一个128的矩阵 其体素是256的4倍 但扫描 scan 次数是256的一半 因而其信噪比与256的相比是4 2 2 82 选择采集次数 SNA Acquisitions 2 821 41 1248 SNA与Numberofacquisitions的平方根成正比 第三节流动现象的补偿技术一 流动状态二 流动现象和伪影三 流动现象的补偿 一 流动状态 层流 狭窄 涡流 层流 紊流 二 流动现象和伪影1 血液和脑脊液的流动在MR图像中有两个作用 1 是不受欢迎的伪影的来源 2 在MR管成像中被用来显示血管 提供血流速度的相关信息 2 流动的敏感度由以下因素决定流入和流出的质子群和流动引起的相位迁移 3 Signallossduotofastoutflow Slowflow Fastflow 90 180 180 90 0 TE 2 TE Signal Nosignal 上述的现象称为流空现象 Thewashouteffect 在Spin echosequences较为常见 而Gradient echosequences因无180 脉冲不会发生流空现象 血管内的信号会随着以下因素更弱 thethinnertheslice thelongertheechotime thefasterthebolus 4 Signalgainduetoslowerinflow TR MoMz TR Time Mz Mo Weakersignal Strongsignal Brightblood 与检查层垂直的血管内的血液会发射一个较强的信号 在90 脉冲作用下 纵向矢量在较短的TR时间是不会完全恢复 而层外的质子群是完全磁化 流出层外的质子群被新鲜的流入质子群取代 结果检查层内血液的纵向磁化有所增加 这一现象称为 Inflowenhancement 经常发生于SEsequences和Gradient echosequences 在极端情况下会出现 brightblood Gradient echo Inflowenhancement Wash outeffect V d TR d slicethicknessTR Signal Flowvelocity 5 Phaseeffects 由于梯度场的存在 使质子群的横向磁化经历一个相位迁移 对于静止的质子群 通过施加一个反向的梯度场相位迁移可以完全抵消 然而对于流动的质子群 它们的相位迁移不能完全抵消 由于运动它们位置的改变使之又经历了一个相位迁移 TE 梯度 相位图 Phase Flowingspins Stationaryspins Gradientecho Time 实际情况是 血流速度是变化的 快速流动的质子群比慢流的质子群相位迁移大 相位的不一致导致信号的减弱 质子群的相位离散由梯度和流速决定 紊流导致信号的减弱称为 Jeteffect 信号丢失的程度与低信号区域的大小与流动的模式 所用的序列有关 相位的离散通过缩短TE可以得到有效地降低 并使低信号区域缩小 三 流动现象的补偿 1 梯度磁矩的复相位 2 预饱和 3 偶数回波复相位 1 梯度磁矩的复相位 TE Gradient Phase timediagram Phase V1V2Stationaryspins Gradientecho FlowcompensationusingGMR为减少流动引起的信号丢失 使用GMR技术使流动和静止的质子群均相位回零 这项技术称为 GradientMotionRephasing 需要增加合适的梯度来实现 对于稳定的流速 使用尽可能短的TE时间 补偿效果比较理想 对于涡流和流速变化的质子群不能完全弥补 2 预饱和 Pre Saturation 使用预饱和脉冲使流动的质子群信号丢失 这样最大限度地减少流动效应的影响 FOV 血管 饱和容积 预饱和脉冲 激励脉冲 静止质子 流动质子的磁矩 原理 在FOV外设置一饱和带 并向其发射90 脉冲 使其内的流动质子预先翻转90 当它进入层面后再受到激励而被饱和 继续翻转 当达到完全饱和时 纵向磁化翻转至180 则无横向磁化 故无信号产生 预饱和的效果是使流动质子信号丢失 因而常用于血液和脑脊液为低信号的T1WI和PDWI 为达到目的 应根据流动的方向决定预饱和带的位置 预饱和也可消除脂肪和水的信号 脂肪预饱和主要用于T1WI中鉴别脂肪与非脂肪 抑制化学位移伪影 水预饱和主要用于T1WI中评价肝脏的脂肪含量 通过使用特殊频率的射频预饱和脉冲激励其中之一 使之预饱和即可达到目的 3 偶数回波复相位 Evenechorephasing 在SE序列中获取偶数回波可减少流动的影响 质子被激励后有去相位和复相位过程 二者所用时间长度相同 选择在复相位时的信号可减少流动的影响 偶数回波复相位用在T2WI中 第四节伪影的补偿技术一 伪影类型二 伪影的补偿方法 一 伪影类型 1 边界伪影 Edgeartifacts ghosting chemicalshift ringing 2 失真变形 Distortions 3 包裹伪影 Wraparoundartifacts 4 流动伪影 Flowartifacts 1 边界伪影 Edgeartifacts Ghostingandsmearingcausedbymotion 由随意或不自主的身体运动引起的伪影 呼吸运动 心脏运动和血流 眼球的运动 食管的吞咽病人的运动运动伪影只在相位编码方向可见表现为鬼影或图像被涂污 原因 在周期性生理运动过程如呼吸运动 原始数据线是在呼气或吸气周期轮流采集 由于其中半周期是不读数的 胸部就会以相同的间隔偏离正常位置 带有高信号的组织结构 特别是皮下脂肪 因运动会产生带有鬼影的图像 Kx Ky ExIns Ghosting Smears 在非周期性生理运动如眼球运动 数据的不完全记录导致图像被连续地涂污 标准相位编码方向 相位编码与频率编码互换 抑制运动伪影的方法1 改变相位编码与频率编码的方向 2 使用带有流动补偿的序列 GMR 血液流动 将引起相位离散 导致信号的丢失的现象得到补偿 带有鬼影的图像几乎会完全避免 3 设置预饱和带饱和掉流入的血液 将脉冲式流动的流入信号保持稳定 图像中与之垂直的血管结构消失 减少鬼影 如Sagittalimageofthespine 呼吸伪影 Imagesofthecervicalspine 吞咽伪影 3 使用带有脂肪抑制的序列呼吸伪影会显著降低 呼吸伪影主要由于腹壁的高亮度的脂肪层的运动引起的 使用带有脂肪抑制的序列 伪影会显著降低 4 利用生理同步采用心电门控 这样因心脏跳动和血液流动引起的伪影几乎全部消除 然而图像上仍有残余伪影 这是由于心律不齐造成的 5 提高采集次数数据在整个呼吸周期是连续获得的 并且每一次扫描重复多次 这样可将带有的鬼影 一或两次采集引起 消除 Chemicalshiftartifacts 化学位移伪影表现在有显著脂肪 水的含量差异的组织的边界 与读出梯度的方向垂直 如脾 肾 眼腔 脊柱及椎间盘 原因 在读出过程 同一层内脂肪的质子比水的拉莫尔频率低 导致来自脂肪的信号未读 这一现象是由氢原子的不同化学环境造成 产生又一附加磁场 使脂肪质子的频率比水的低大约有3 5ppm 在1T 有147hz 对于一个读出带宽为78hz pixel 存在2个像素的位移 带宽为45hz pixel 带宽为130hz pixel 化学迁移3个像素 化学迁移1个像素 化学迁移的纠正方法1 使用频带宽度较大的序列 注意会提高噪声 频带宽度较窄的序列使用的是较低的梯度场 引起明显的化学迁移 不过在大脑中脂肪信号的强度与水比可忽略