常用脈沖序列及其應用PPT課件

1、第三節(jié) 常用脈沖序列及其應用 脈沖序列(pulse sequence)是指具有一定帶寬、一定幅度的射頻脈沖與梯度脈沖組成的脈沖程序。不同的脈沖序列及序列參數(shù)決定了圖像的加權特性、圖像質量以及對病變顯示的敏感性。 目前用于臨床成像的脈沖序列有很多種，而且隨著設備硬件和軟件的進步，脈沖序列，特別是快速和超快速成像序列將會有更大的發(fā)展，臨床應用的范圍也會不斷擴展。脈沖序列不但品種多，而且各MR設備制造廠家均發(fā)展并形成了自己獨特的序列，并具有各自不同的名稱。一、自旋回波脈沖序列 1.序列構成 自旋回波（spin echo；SE）脈沖序列是目前臨床MRI檢查中最基本、最常用的脈沖序列。SE序列包括單回波

2、SE序列和多回波SE序列。 該序列以90RF激勵脈沖開始，繼而施加一次或多次180相位重聚脈沖使質子相位重聚，產生自旋回波信號。 從90脈沖開始至下一次90脈沖開始的時間間隔為TR，從90脈沖開始至獲取回波的時間間隔為TE。如在90脈沖后僅使用一次180相位重聚脈沖，則僅取得一次回波，稱為單回波SE序列；如在90脈沖后使用多次180相位重聚脈沖，則產生多個回波，稱為多回波SE序列。在實際掃描中，常使用單回波SE序列獲取T1WI；使用多回波SE序列，產生PDWI和T2WI，其中短TE、長TR的第一回波為PDWI，長TE、長TR的第二次回波用于產生T2WI。 2.掃描參數(shù) 通過對TR和TE值的選擇

3、，可獲得不同程度的T1WI 、T2WI 和PDWI。 1）PDWI：選用長TR（15002500ms）和短TE（1025ms）， 得到質子密度加權像。在PDWI上，質子密度越大，信號越高；質子密度越小，信號越低。 2）T2WI：選用長TR（15002500ms）和長TE（80120ms），得到T2加權像。隨著TE延長，T2權重會加大。在T2WI上，T2越長，信號越高，T2越短，信號越低。 3）T1WI：選用短TR（300600ms左右）和短TE（1025ms），得到的MR影像為T1加權像。T1WI 上組織的對比主要受TR影響。在T1WI上，T1越短，信號越強，T1越長，信號越弱。 若在MR成像

4、中均選用中等長度的TE與TR，無法突出T1、T2與質子密度對MR信號強度及組織對比的作用，不適于醫(yī)學成像。 3.優(yōu)缺點 盡管近年來發(fā)展了很多新的MR成像序列，但SE序列仍保持著MR診斷的主導地位，一方面因為SE序列采用180RF脈沖克服外磁場的不均勻性帶來的弊端，能顯示典型的T1WI 、T2WI 和PDWI，尤其在顯示T2加權像方面是其它序列不能比擬的。另一方面與其它序列相比，SE序列的圖像對常見的偽影（例如運動偽影和磁敏感性偽影）較不敏感。SE序列的主要缺點是掃描時間較長，尤其是應用長TR和長TE產生T2WI時。 4.應用 常規(guī)SE脈沖序列是臨床用途最廣泛的標準成像序列，適用于絕大多數(shù)行MR

5、I檢查的病人，其中T1WI適于顯示解剖結構，T2WI則對病變更敏感。因為順磁性對比劑具有縮短T1的增強效應，在T1WI上更易于進行增強前后信號強度變化的比較，所以也是增強檢查的常規(guī)序列。 二、快速自旋回波序列 1.序列構成 快速自旋回波（fast spin-echo；FSE或turbo SE；TSE）序列與多回波序列一樣，也是在一個TR周期內首先發(fā)射一個90RF脈沖，然后相繼發(fā)射多個180RF脈沖，形成多個自旋回波，但是二者有著本質的區(qū)別。 在多回波SE序列中，每個TR周期獲得一個特定的相位編碼數(shù)據，采集的數(shù)據只填充K-空間的一行，每個回波參與產生一幅圖像，最終可獲得多幅不同加權的圖像。而FS

6、E序列中，每個TR時間內獲得多個彼此獨立的不同的相位編碼數(shù)據，采集的數(shù)據可填充K-空間的幾行，最終一組回波結合形成一幅圖像。 另外，近年來出現(xiàn)的單次激發(fā)FSE序列是指在一次激發(fā)脈沖后使用一連串（例如128個）180復相脈沖，采集一連串的回波信號，極其快速地形成圖像。例如，半傅里葉采集單次激發(fā)快速自旋回波（half-Fourier acquisition singo-shot turbo-SE；HASTE）序列是單次激發(fā)FSE，并集合半傅里葉采集技術，使一幅256256矩陣的圖像數(shù)據在1S內便可采集完畢。 2.掃描參數(shù) 首先定義幾個參數(shù)，回波鏈長度(echo train length；ETL)是

7、指每個TR時間內用不同的相位編碼來采樣的回波數(shù)，也稱為快速系數(shù)。 回波間隔時間(echo train spacing；ETS)是指快速序列回波鏈中相鄰兩個回波之間的時間間隔。ETS決定序列回波時間的長短，因而關系到圖像對比度。 有效回波時間(effective echo time；ETE)是指在快速序列回波鏈中，最終決定圖像對比的回波時間。 通常參數(shù)選擇：T1WI：短TE，20ms；短TR，300600ms；ETL 26；掃描時間一般需12min。T2WI：長TE，90120ms；長TR，30005000ms；ETL832；掃描時間23min。PDWI：短TE，20ms；長TR，2500400

8、0ms。ETL 812；掃描時間34min。 在FSE脈沖序列中，ETL越大，掃描時間越短，但信號成分也更混雜，因為來自其它的TE信號成分增多。這種混雜信號成分一般對T2WI的影響并不顯著，因為來自最短TE的信號成分與來自最長TE的信號成分在圖像中互相補償。但在T1WI和PDWI上，當ETL過大時，將產生過多的T2加權成分，使圖像中信號加權混亂，因此一般應選較小的ETL值。此外，隨著ETL的增大，在每一TR期間內能完成的掃描層數(shù)則減少。 3.3.優(yōu)缺點優(yōu)缺點 該序列的主要優(yōu)點是掃描時間顯著縮短，因而便于使用高分辨力、多采集次數(shù)的圖像。FSE序列能提供比較典型的質子密度加權像和重T2加權像，F(xiàn)S

9、E與普通SE序列在圖像對比和病變檢測能力方面很大程度上是相當?shù)?。另外，減少了運動偽影和磁敏感性偽影。 FSE序列影像的主要缺點是其T2WI的脂肪信號高于普通SE序列的T2WI，在T2WI上脂肪信號難與水腫等鑒別；ETL大時信號成分復雜，圖像模糊；磁敏感效應降低因而對出血不敏感；同時，提高了因使用多個180脈沖而引起的對人體射頻能量的累積。 4.應用 FSE圖像與SE圖像非常接近，在很多部位的MR成像中，F(xiàn)SE序列可取代普通SE序列，尤其是T2加權像。只是在FSE的T2WI上脂肪仍顯示為高信號，必要時可用脂肪抑制技術進行補償。重度T2加權FSE序列還可用于膽道、泌尿道、內耳、椎管等部位的水成像。

10、 三、反轉恢復序列 1.序列構成 反轉恢復序列（inversion recovery；IR）包括一個180反轉脈沖、一個90激發(fā)脈沖與一個180復相脈沖。 掃描中先給一個180RF脈沖，該脈沖使磁化矢量由正Z軸反轉到負Z軸，然后磁化矢量沿正Z軸恢復，T1短的組織沿正Z軸恢復磁化矢量要明顯地快于T1長的組織。90RF脈沖使磁化矢量偏轉到XY平面，再施加180復相脈沖，在TE時間內產生一個回波信號。 IR脈沖序列的TR一般均應當充分長（2000ms以上），以保證在下一次180反轉脈沖開始前縱向磁化得到完全恢復，否則將影響后面的加權。由于TR長，因而一般IR脈沖序列掃描時間也長。目前有些系統(tǒng)在IR脈

11、沖序列的90脈沖后使用多次180復相位脈沖取得信號，使掃描時間顯著縮短。 2.掃描參數(shù) IR序列的成像參數(shù)包括，反轉時間（time of inversion；TI）為初始180RF脈沖與90RF脈沖之間的間隔；TE為90RF脈沖與回波之間的間隔；TR為整個序列的重復時間，即兩個初始180脈沖之間的間隔。操作者在成像時可控制這三個脈沖間的延遲時間，從而決定圖像的加權特性。TI是IR序列圖像對比的主要決定因素，尤其是T1對比的決定因素。 一般情況下采用：重T1WI：中等TI，400800ms；短TE，1020ms；長TR，2000ms以上；平均掃描時間515min。PDWI：長TI，1800ms；

12、短TE，1020ms；長TR，2000ms以上；平均掃描時間515min。病理加權像：中等TI，400800ms；長TE，70ms；長TR，2000ms以上；平均掃描時間515min。 3.優(yōu)缺點 優(yōu)點是組織的T1對比效果較好，且信噪比較高；缺點是掃描時間較長。 4.應用 由于IR序列對分辨組織的T1值極為敏感，所以IR序列主要用于獲取重T1WI，以顯示解剖結構。在IR脈沖序列中通常使用短TE，目的是盡量減少圖像中T2對比成分。但有時為了使長T2病變顯示為高信號，也可使用長TE，產生的圖像不僅保持了顯示解剖效果好的優(yōu)點，且長T2病變可顯示為高信號，這種圖像稱為病理加權像。 目前IR序列除用于形

13、成重T1加權像之外，主要用于兩種特殊的MR成像，即下面要講到的脂肪抑制（short time of inversion recovery；STIR）和水抑制（fluid-attenuated inversion-recovery，F(xiàn)lAIR）序列。 5.短時反轉恢復序列 IR序列中，每一種組織處于特定的TI時（稱為轉折點），該種組織的信號為零。組織的轉折點所處的TI值依賴于該組織的T1值，組織的T1越長，該TI值就越大，即TI的選擇要滿足在90脈沖發(fā)射時，該組織在負Z軸的磁化矢量恰好恢復到0值，因此圖像中該組織的信號完全被抑制。目前臨床上越來越多地應利用IR序列的這個特性，通過選擇特定的TI值

14、，使某一特定組織的信號為零。 脂肪組織的T1值非常短，IR序列一般采用短的TI值抑制脂肪信號，該序列稱為短時反轉恢復序列。STIR一般取0.69倍的脂肪T1值。由于組織的T1值具有場強依賴性，TI值在不同場強的MRI設備上是不一樣的（表4-2）。短T1信號可來源于脂肪、亞急性期血腫、富含蛋白質的液體及其它順磁性物質。另外，STIR序列還要采用短TE（1030ms）、長TR（2000ms以上）。 脂肪抑制使脂肪信號明顯減低，從而鑒別出脂肪成分，并能使與脂肪相鄰的其它結構顯示得更清楚。STIR序列可用于抑制骨髓、眼眶、腹部等部位的脂肪信號，用于更好地顯示被脂肪信號遮蔽的病變，同時可以鑒別脂肪與非脂

15、肪結構。另外，STIR序列還可以降低運動偽影。應注意該序列不應用于增強檢查，因為順磁性對比劑的短T1效應如果使被增強的組織結構的T1值與脂肪T1值接近時，也可能被抑制掉。 6.流動衰減反轉恢復序列 流動衰減反轉恢復序列采用長TI和長TE，產生液體(如腦脊液)信號為零的T2加權像，是一種水抑制的成像方法。 FlAIR序列的TI值應設定為 0.69倍水的T1值，在1.5場強設備中FLAIR序列的TI大約為2000ms。另外，通常采用長TE和長TR（6000ms以上），獲得T2WI的FLAIR。目前FLAIR序列在中樞神經系統(tǒng)檢查中應用價值較大，常用于腦的多發(fā)性硬化、腦梗塞、腦腫瘤等疾病的鑒別診斷，

16、尤其是當這些病變與富含腦脊液的結構鄰近時。 四、梯度回波脈沖序列 梯度回波（gradient echo，GRE）序列又稱為場回波（field echo；FE）序列。GRE序列是目前MR快速掃描序列中最為成熟的方法，不僅可縮短掃描時間，而且圖像的空間分辨力和信噪比均無明顯下降。 GRE序列與SE序列主要有兩點區(qū)別，一是使用小于90（常用角度表示）的射頻脈沖激發(fā)；另一個區(qū)別是使用反轉梯度取代180復相脈沖，產生的回波稱為梯度回波。兩者均可使TR縮短，短TR最終會使掃描時間明顯減少。 1.常規(guī)GRE脈沖序列 （1）序列構成：該序列由一個小角度RF脈沖和讀出梯度的翻轉構成。參數(shù)參考值：T1WI：大翻轉

17、角70110，短TE 510ms，短TR小于50ms；WI：小翻轉角520，長TE1525ms，短TR或中等TR；PDWI：小翻轉角520，短TE 510ms，短TR或中等TR。 （2）應用：可用于快速屏氣下腹部掃描、動態(tài)增強掃描、血管成像、關節(jié)病變等檢查。 （3）掃描參數(shù)參考值：通過調整翻轉角、TR和TE值，即可獲得T1、質子密度和T2加權像。在三個因素中，翻轉角是主要的決定因素。采用大翻轉角時，圖像傾向于T1加權像；采用小翻轉角時，圖像傾向于質子密度加權像和加權像。TE與TR的時間值對加權特性也有影響，延長TE，圖像會具有加權成份。使用小的翻轉角時，質子密度加權像的TE短，而加權像的TE長

18、。如選用適當?shù)亩蘐R，T1加權成分增加；如果延長TR，可獲得和質子密度加權成分增加。 2.損毀（spoiled）GRE序列 各公司具有這種脈沖結構的相應名稱有：FLASH、RF spoiled FAST、SPGR、T1-FFE等。 如果成像序列使用的TR短于組織的T2，施加下一個RF激發(fā)脈沖時，仍在XY平面保留有相當?shù)臋M向磁化矢量。損毀GRE序列的特征是在每個脈沖周期的信號檢測后，施加損毀射頻脈沖或損毀梯度，使殘留的橫向磁化矢量在下一周期的RF脈沖激發(fā)前被破壞，消失為，因而只有縱向磁化矢量對下一個MR信號有貢獻。 用損毀GRE序列獲得T1WI通常應采用TR=2080ms、TE=510ms、翻轉

19、角=3050，或者采用TR=100400ms、TE=510ms、=6090，與后者相比，前者參數(shù)獲得的T1對比較好，但圖像信號較弱。獲得PDWI通常采用TR=100400ms、TE=510ms、=520。獲得WI通常采用TR=200500ms、TE=2050ms、=520。 損毀GRE序列在顯示T1對比方面比較優(yōu)越，主要用來顯示T1加權對比，產生T1加權像。損毀GRE序列能進行三維和薄層掃描，對流動偽影較不敏感，但磁敏感性偽影較嚴重。損毀GRE的對于腹部和胸部的屏息成像很有幫助，還可用于顱腦、肝、腎等的釓對比劑團注動態(tài)檢查。 3.相位聚合GRE序列 與各公司具有這種脈沖序列相對應的名稱有：FI

20、SP、FAST、GRASS、FFE等。 與損毀GRE序列相反，當成像序列的TR非常短時，相位聚合GRE序列不是破壞殘留的橫向矢量，而是保持其狀態(tài)，這種序列在每個周期的信號檢測后，施加與相位編碼梯度大小相同但方向相反的梯度脈沖，使離散的相位重聚，從而形成最大的橫向相位一致性，使殘留的橫向矢量最大。該序列使相位編碼梯度的凈效果在每個周期是平衡的，磁化矢量的縱向和橫向成份在連續(xù)的RF脈沖之間保持恒定，即均保持穩(wěn)態(tài)（steady state），因而縱向磁化矢量和橫向磁化矢量對MR信號均有貢獻。 用該序列獲得T1WI通常采用TR200400ms、TE515ms、4590；獲得PDWI通常采用TR2004

21、00ms、TE515ms、520；獲得WI通常采用TR100400ms、TE2560ms、520；用該序列獲得T2/T1加權像時應采用TR2050ms、TE515ms、4590。 該序列在反映T2特性方面最為優(yōu)越?？蓱糜谘?、脊髓和關節(jié)成像，可用于屏氣掃描，可進行三維容積成像。 4.穩(wěn)態(tài)自由進動GRE序列 與各公司具有這種脈沖序列相對應的名稱有：PSIF、CE-FAST、SSFP、T2-FFE等。 該序列把相位重聚（即橫向磁化矢量穩(wěn)態(tài)）與SE信號連在一起，采集的是自旋回波信號。該序列使用次的激發(fā)脈沖，可讀出個回波。當給兩個激發(fā)脈沖時，第二個脈沖雖然是激發(fā)脈沖，但它同時具有復相脈沖的作用，引起相位重聚而產生信號，所以這種序列產生的是自旋回波，而不是梯度回波。每個激發(fā)脈沖激發(fā)后，回波信號在第三個激發(fā)脈沖時達到最大，所以有效TE約為2倍的TR，即有效TE比TR要長。由于TE較長，該序列圖像實際上是真正的重T2加權像。 掃描參數(shù)的參考值：翻轉角為3045；TR 2050ms。 該序列可以獲得真正的T2WI。可用于腦、關節(jié)的成像，可進行2D、3D容積采集。該序列的主要缺點是對偽影敏感；