GRE梯回波序列的原理與臨床學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1GRE梯回波序列的原理與臨床梯回波序列的原理與臨床n梯度回波是一種MR成像的回波信號，即其強度是從小變大，到峰值后又逐漸變小的。n梯度回波是在射頻脈沖激發(fā)后，在讀出方向即頻率編碼方向上先施加一個梯度場，這個梯度場與主磁場疊加后將造成頻率編碼方向上的磁場強度差異，該方向上質(zhì)子的進(jìn)動頻率也隨之出現(xiàn)差異，從而加快了質(zhì)子的失相位，組織的宏觀橫向磁化矢量很快衰減到零，我們把這一梯度場稱為離相位梯度場。這時立刻在頻率編碼方向施加一個強度相同方向相反的梯度場，原來在離相位梯度場作用下進(jìn)動頻率慢的質(zhì)子進(jìn)動頻率加快，原進(jìn)動頻率快的質(zhì)子進(jìn)動頻率減慢，這樣由于離相位梯度場造成的質(zhì)子失相位將逐漸得到糾正，組織

2、的宏觀橫向磁化矢量逐漸恢復(fù)，經(jīng)過與離相位梯度場作用相同的時間后，因離相位梯度場引起的質(zhì)子失相位得到糾正，組織的宏觀橫向磁化矢量逐漸恢復(fù)直到信號幅度的峰值，我們把這一梯度場稱為聚相位梯度場；從此時間點后，在聚相位梯度場的繼續(xù)作用下，質(zhì)子又發(fā)生反方向的離相位，組織的宏觀橫向磁化矢量又開始衰減直至到零。這樣產(chǎn)生一個信號幅度從零到大又從大到零的完整回波（圖38a）。由于這種回波的產(chǎn)生是利用了梯度場的方向切換產(chǎn)生的，因此稱為梯度回波（gradient recalled echo，GRE）。梯度回波也稱場回波（field echo，F(xiàn)E）。第1頁/共24頁以頭顱橫斷面且頻率編碼方向為左右為例。在射頻脈沖激

3、發(fā)后（以頭顱橫斷面且頻率編碼方向為左右為例。在射頻脈沖激發(fā)后（角），在頻率編碼方向上角），在頻率編碼方向上先施加一個右高左低的離相位梯度場（圖先施加一個右高左低的離相位梯度場（圖a、b），這樣就造成右邊的質(zhì)子進(jìn)動頻率明顯高于左邊），這樣就造成右邊的質(zhì)子進(jìn)動頻率明顯高于左邊的質(zhì)子，加快了質(zhì)子的失相位，因而組織的橫向磁化矢量很快消失。這時依然在頻率編碼方向上的質(zhì)子，加快了質(zhì)子的失相位，因而組織的橫向磁化矢量很快消失。這時依然在頻率編碼方向上施加強度相同，方向相反即右低左高的聚相位梯度場（圖施加強度相同，方向相反即右低左高的聚相位梯度場（圖a、c），原來進(jìn)動頻率高的右邊質(zhì)子進(jìn)），原來進(jìn)動頻率高的右邊

4、質(zhì)子進(jìn)動變慢，而原來進(jìn)動頻率低的左邊質(zhì)子進(jìn)動變快，由于離相位梯度場造成的失相位逐漸得以糾正，動變慢，而原來進(jìn)動頻率低的左邊質(zhì)子進(jìn)動變快，由于離相位梯度場造成的失相位逐漸得以糾正，組織宏觀橫向磁化矢量逐漸恢復(fù)（圖組織宏觀橫向磁化矢量逐漸恢復(fù)（圖a上升箭頭），當(dāng)聚相位梯度場作用時間達(dá)到與離相位梯度場一樣時，離上升箭頭），當(dāng)聚相位梯度場作用時間達(dá)到與離相位梯度場一樣時，離相位梯度場造成的失相位得以完全糾正，信號強度得到峰值，從此時刻后，在聚相位梯度場的繼續(xù)作用下，質(zhì)子又發(fā)相位梯度場造成的失相位得以完全糾正，信號強度得到峰值，從此時刻后，在聚相位梯度場的繼續(xù)作用下，質(zhì)子又發(fā)生了失相位，組織宏觀橫向磁化

5、矢量又開始出現(xiàn)衰減直至到零（圖生了失相位，組織宏觀橫向磁化矢量又開始出現(xiàn)衰減直至到零（圖a下降箭頭），從而形成一個完整的梯度回波。下降箭頭），從而形成一個完整的梯度回波。第2頁/共24頁常規(guī)常規(guī)GRE序列的結(jié)構(gòu)序列的結(jié)構(gòu)n常規(guī)GRE序列結(jié)構(gòu)圖和其他所有序列一樣，常規(guī)GRE序列也由射頻脈沖、層面選擇梯度、相位編碼梯度、層面選擇梯度（或稱讀出梯度）及MR信號等五部分構(gòu)成。與SE序列相比，常規(guī)GRE序列有兩個特點：（1）射頻脈沖激發(fā)角度小于90；（2）回波的產(chǎn)生依靠讀出梯度場（即頻率編碼梯度場）切換。把小角度脈沖中點與回波中點的時間間隔定義為TE；把兩次相鄰的小角度脈沖中點的時間間隔定義為TR。第3

6、頁/共24頁梯度回波序列的特點梯度回波序列的特點n1. 采用小角度激發(fā)，加快成像速度n2. 反映的是T2*弛豫信息而非T2弛豫信息n3. GRE序列的固有信噪比較低n4. GRE序列對磁場的不均勻性敏感n5. GRE序列中血流常呈現(xiàn)高信號第4頁/共24頁n在梯度回波中我們一般采用小于90射頻脈沖對成像組織進(jìn)行激發(fā)即采用小角度激發(fā)。我們都知道射頻脈沖施加后組織的宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)的角度取決于射頻脈沖的能量（由射頻的強度和持續(xù)時間決定），小角度激發(fā)就是給組織施加的射頻脈沖能量較小，造成組織的宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)角度小于90。在實際應(yīng)用中，我們通常稱小角度脈沖為脈沖，角常介于10和90之間。n小角度激發(fā)有

7、以下優(yōu)點：（1）脈沖的能量較小，SAR值降低；（2）產(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量的效率較高，與90脈沖相比，30脈沖的能量僅為90脈沖的1/3左右，但產(chǎn)生的宏觀橫向磁化矢量達(dá)到90脈沖的1/2左右（圖40） 3）小角度激發(fā)后，組織可以殘留較大的縱向磁化矢量（圖40），縱向弛豫所需要的時間明顯縮短，因而可選用較短的TR，從而明顯縮短TA，這就是梯度回波序列相對SE序列能夠加快成像速度的原因。第5頁/共24頁n圖a示平衡狀態(tài)下，組織的宏觀縱向磁化矢量為100，沒有宏觀橫向磁化矢量；圖b示90脈沖激發(fā)后，宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)90，即產(chǎn)生了一個最大的宏觀橫向磁化矢量（100%），縱向磁化矢量變?yōu)榱?；圖c示30脈沖

8、激發(fā)后，宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)30，產(chǎn)生的橫向磁化矢量為90脈沖的50%，而縱向磁化矢量保留了平衡狀態(tài)下的86.6%。第6頁/共24頁n在橫向弛豫和SE序列中，射頻脈沖激發(fā)將使組織產(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量，射頻脈沖結(jié)束后，組織的宏觀橫向磁化矢量逐漸衰減，衰減的原因是同相位進(jìn)動的質(zhì)子失相位，造成質(zhì)子失相位的原因有兩部分：（1）組織真正的T2弛豫；（2）主磁場不均勻。SE序列的180脈沖可剔除主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位從而獲得真正的T2弛豫信息。GRE序列中施加的離相位梯度場將暫時性的增加磁場的不均勻性，從而加速了質(zhì)子失相位，因此GRE序列中離相位梯度場施加后，質(zhì)子的失相位是由三個原因引起的：（1）組織真

9、正的T2弛豫；（2）主磁場不均勻；（3）離相位梯度場造成的磁場不均勻。GRE序列中的聚相位梯度場只能剔除離相位梯度場造成的質(zhì)子失相位，但并不能剔除主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位，因而獲得的只能是組織的T2*弛豫信息而不是T2弛豫信息（圖41）。第7頁/共24頁n圖示同一種組織的三種橫向磁化矢量的衰減，粗曲線為T2弛豫曲線；細(xì)曲線為T2*弛豫曲線；虛曲線為施加離相位梯度場后的組織橫向磁化矢量的衰減曲線。T2*弛豫受T2弛豫和主磁場不均勻兩種因素影響，SE序列的180復(fù)相脈沖可以剔除主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位，因而將得到的組織真正的T2弛豫信息（SE回波）。GRE序列施加的離相位梯度場將加快質(zhì)子的

10、失相位，圖示虛曲線（T2*(GRE)）下降明顯快于細(xì)曲線（T2*），而聚相位梯度場只能剔除離相位梯度場造成的質(zhì)子失相位，因而得到的只能是T2*弛豫信息（GRE回波）。由于T2*弛豫明顯快于T2弛豫，如圖所示即便GRE序列選用的TE比SE序列的TE短，其回波幅度也常常不如SE序列，因此總的來說，GRE序列圖像的固有信噪比低于SE序列。第8頁/共24頁n我們都知道射頻脈沖關(guān)閉后宏觀橫向磁化矢量的衰減（即T2*弛豫）很快，明顯快于T2弛豫。GRE序列利用梯度場切換產(chǎn)生回波，因而不能剔除主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位，因此在相同的TE下，GRE序列得到的回波的幅度將明顯低于SE序列，即便有時SE序列的T

11、E長于GRE序列，其回波的幅度也常常大于后者。另一方面，GRE序列常用小角度激發(fā)，射頻脈沖激發(fā)所產(chǎn)生的橫向磁化矢量本來就比SE序列小。不難理解，GRE序列圖像的固有信噪比將低于SE序列（圖41）。第9頁/共24頁n自旋回波類序列的特點之一是對磁場不均勻性不敏感，因為180復(fù)相脈沖可剔除主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位。在GRE序列中，回波的產(chǎn)生依靠梯度場的切換，不能剔除主磁場的不均勻造成的質(zhì)子失相位。因此，GRE序列對磁場的不均勻性比較敏感。這一特性的缺點在于容易產(chǎn)生磁化率偽影，特別是在氣體與組織的界面上。優(yōu)點在于容易檢出能夠造成局部磁場不均勻的病變，如出血、血色病等。第10頁/共24頁擾相擾相G

12、RE序列序列n當(dāng)GRE序列的TR明顯大于組織的T2值時，下一次脈沖激發(fā)前，組織的橫向弛豫已經(jīng)完成，即橫向磁化矢量幾乎衰減到零，這樣前一次脈沖激發(fā)產(chǎn)生的橫向磁化矢量將不會影響后一次脈沖激發(fā)所產(chǎn)生的信號。但當(dāng)TR小于組織的T2值時，下一次脈沖激發(fā)前，前一次脈沖激發(fā)產(chǎn)生的橫向磁化矢量尚未完全衰減，這種殘留的橫向磁化矢量將對下一次脈沖產(chǎn)生的橫向磁化矢量產(chǎn)生影響，這種影響主要以帶狀偽影的方式出現(xiàn)，且組織的T2值越大、TR越短、激發(fā)角度越大，帶狀偽影越明顯。n為了消除這種偽影我們必需在下一次脈沖施加前去除這種殘留的橫向磁化矢量，采用的方向就是在前一次脈沖的MR信號采集后，下一次脈沖來臨前對質(zhì)子的相位進(jìn)行干

13、擾，使其失相位加快，從而消除這種殘留的橫向磁化矢量。干擾的方法有兩種：（1）施加擾相位n梯度場，可只施加于層面選擇方向或三個方向都施加；（2）施加擾相位射頻脈沖。以施加擾相位梯度場應(yīng)用較多，施加了擾相位梯度場后，將造成人為的磁場不均勻，加快了質(zhì)子失相位，從而消除這種殘留的橫向磁化矢量（圖43）。n我們把施加了擾相位梯度場或擾相位射頻脈沖的梯度回波序列稱為擾相GRE序列。這個序列在不同的公司有著不同的名稱，如GE公司稱之為SPGR（spoiled gradient recalled echo），西門子公司稱之為FLASH（fast low angle shot），飛利浦公司稱之為FFE（fast

14、 field echo）。第11頁/共24頁n與常規(guī)GRE序列（圖42）相比，擾相GRE序列唯一的不同就是在前一次脈沖的回波采集后，下一次脈沖來臨前，在層面選擇方向、相位編碼方向及頻率編碼方向都施加了一個很強的梯度場，人為造成磁場不均勻，加快了質(zhì)子失相位，以徹底消除前一次脈沖的回波采集后殘留的橫向磁化矢量。第12頁/共24頁常規(guī)常規(guī)GRE序列和擾相序列和擾相GRE序列的臨床應(yīng)用序列的臨床應(yīng)用n常規(guī)GRE序列與擾相GRE序列在臨床上的應(yīng)用比較廣泛，兩種序列的作用相近，但當(dāng)不能滿足TRT2*的條件時，則應(yīng)該選用擾相GRE序列，以盡量消除帶狀偽影。因此臨床上更多采用擾相GRE序列，下面就以擾相GRE

15、序列為例介紹其臨床應(yīng)用（以下介紹的成像參數(shù)以1.5 T掃描機為例，其他場強的掃描機應(yīng)作適當(dāng)修改）。第13頁/共24頁擾相擾相GRE T1WI序列序列n擾相梯度回波T1WI在臨床上的應(yīng)用非常廣泛，在很多部位已經(jīng)成為常規(guī)檢查序列。根據(jù)成像的目的不同，其成像參數(shù)變化也比較大，下面將介紹擾相GRE T1WI序列目前較為常用的技術(shù)。第14頁/共24頁n1. 擾相GRE腹部屏氣二維T1WI 為上中腹部臟器檢查的常規(guī)T1WI序列之一，在很多醫(yī)院已經(jīng)取代SE T1WI。對于1.5 T掃描機，一般TR為80200 ms，激發(fā)角度60 90，選用短的TE（通常為4 4.5 ms），根據(jù)所選成像參數(shù)的不同，TA一般

16、為15 30s，一次屏氣?？蓲呙?5 30層，可以覆蓋肝膽胰脾和雙腎。利用該序列除了可以進(jìn)行常規(guī)T1WI外，還可以進(jìn)行動態(tài)增強掃描。該序列配用脂肪抑制技術(shù)可以清晰顯示胰腺病變。利用該序列通過對TE的調(diào)整還可以進(jìn)行化學(xué)位移成像（詳見化學(xué)位移成像一節(jié)）。與SE T1WI相比，該序列用于腹部成像時的優(yōu)點表現(xiàn)在：（1）T1對比良好；（2）如果屏氣良好，則沒有明顯的呼吸運動偽影；（3）成像速度快，可以進(jìn)行動態(tài)增強掃描。該序列的缺點主要是屏氣不好者有明顯的呼吸運動偽影。第15頁/共24頁n2. 擾相GRE腹部屏氣三維T1WI 當(dāng)腹部臟器屏氣掃描要求層厚較薄，或需要同時兼顧臟器成像和血管成像時可考慮選用該序

17、列，可作平掃T1WI，也可進(jìn)行動態(tài)增強掃描。在1.5 T掃描機上，TR一般為4 8ms，選用盡量短TE（小于3ms），激發(fā)角度一般為10 20，根據(jù)成像參數(shù)和掃描層數(shù)的不同，掃描時間常為20 30s。與擾相GRE二維T1WI序列相比，該序列的優(yōu)點為：（1）在層面較薄時可以保持較高的信噪比；（2）沒有層間距，有利于小病灶的顯示；（3）可同時兼顧臟器實質(zhì)成像和三維血管成像的需要。缺點主要是其軟組織T1對比往往不及擾相GRE二維T1WI。第16頁/共24頁n3. 利用擾相GRE序列進(jìn)行流動相關(guān)的MRA 有關(guān)流動相關(guān)MRA的原理將在MRA一節(jié)中介紹，這里僅介紹擾相GRE T1WI在MRA中的應(yīng)用。無論

18、時間飛躍（TOF）MRA還是相位對比（PC）MRA，也無論是二維MRA還是三維MRA均可采用擾相GRE T1WI序列，下面就以最常用的三維TOF MRA為例介紹其臨床應(yīng)用。在1.5 T的掃描機上，三維TOF MRA序列的TR一般為25 45ms，選用短的TE（一般為6.9 ms），激發(fā)角度一般為2030，根據(jù)成像參數(shù)的不同，TA一般為5 10min。從上述掃描參數(shù)可以看出，三維TOF MRA實際上是一個T1權(quán)重比較重的T1WI，這樣可以抑制背景靜止組織的信號，而有效地反映血液的流入增強效應(yīng)。三維TOF MRA在臨床上多用于頭頸部的血管成像。利用擾相GRE序列進(jìn)行的二維或三維TOF或PC血管成像

19、技術(shù)的優(yōu)點在于無需注射對比劑即可清楚顯示血管結(jié)構(gòu)。第17頁/共24頁n4. 對比劑增強MRA 對比劑增強（CE-MRA）一般也采用三維擾相GRE T1WI序列，其原理請參閱MRA一節(jié)。在1.5 T的掃描機上，TR常為3 6ms，TE為1 2ms，激發(fā)角度為2540，根據(jù)成像參數(shù)的不同，掃描時間常為15 60s，可以進(jìn)行屏氣掃描。從成像參數(shù)可以看出，三維CE-MRA所用的擾相GRE序列的T1權(quán)重很重，比三維TOF MRA的T1權(quán)重更重，可有效的抑制背景組織的信號，而注射對比劑后T1值明顯縮短的血液則呈現(xiàn)明顯高信號。與前面介紹的擾相GRE腹部屏氣三維T1WI相比，用于CE-MRA的擾相GRE T1WI序列的T1權(quán)重也更重，因此盡管血液的信號得以重點突出，而血管外軟組織的信號則因明顯受抑制而不能較好顯示。CE-MRA目前在臨床上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，血管結(jié)構(gòu)顯示清晰，比流動相關(guān)的MRA得到的信息更為可靠，對于直徑較大的血管特別是體部和四肢的血管病變來說，CE-MRA完全可以作為首選檢查手段，從而避免不必要的DSA檢查。第18頁/共24頁n5. 擾相GRE T1WI序列用于心臟成像擾相GRE T1W