03磁共振成像脉冲序列2.ppt
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1、MR信号与下列因素有关: 质子密度 T1、T2值 化学位移 上述每个因素对MR信号的贡献受RF脉冲的调节、所用的梯度以及信号采集时刻的控制。,MR成像过程中,RF脉冲、梯度、信号采集时刻的设置参数的组合称为脉冲序列(Pulse Sequence),激发脉冲 预脉冲 组织饱和,信号产生 Signal Production,FID Spin Echo Gradient Echo,自旋准备 Spin Preparation,图像,脉冲序列的两个基本组成部分,MRI序列的分类,用射频脉冲(180度)产生回波的序列,用读出(频率编码)梯度切换产生回波的序列,同时有自旋回波和梯度回波的序列,自旋回波序列S
2、pin Echo, SE,梯度回波序列Gradient Recalled Echo, GRE,杂合序列 Hybrid Sequence,脉冲激发后直接采集自由感应衰减信号,自由感应衰减序列Free Induction Decay,FID,自旋回波扫描时间,Scan TimeTRPhaseNEX,如果我们要采集一个256X256,NEX=2的图像 T1WI:0.42562 = 3分24秒 T2WI/PDWI:42562 = 30分钟!,快速自旋回波序列FSE/TSE,如何使SE扫描时间缩短? 回波链长度 回波间隔 有效回波,回波1,回波2,回波5,回波4,K频率,K相位,回波3,90,回波1,回
3、波2,回波5,回波4,回波3,180,180,180,180,180,90,ES,ETL5,有效TE,TR,FSE序列的结构和K空间填充,90,回波1,回波2,回波5,回波4,回波3,180,180,180,180,180,90,ES,ETL5,有效TE,TR,FSE序列回波链中各回波的强度及TE不同,100%,时间(ms),Mxy,TE1,TE2,TE3,TE4,TE5,回波1强度,回波2强度,回波3强度,回波4强度,回波5强度,FSE重要参数特点,把90度脉冲中点到填充K空间中心的回波中点的时间间隔定义为有效TE 如果把第一个回波填充在K空间中心,即选择很短的TE,将基本剔除T2弛豫对图像
4、对比的影响,得到的将是T1WI或PDWI 如果把一个长回波链中的最后一个回波填充在K空间中心,即选择很长的有效TE,得到的将是权重很重的T2WI。 一般ELT越长,图像的组织对比越低。,第一个回波强,依次减弱,所以图像模糊 FSE可以使脂肪组织产生J耦合,产生高信号。因而在病变也为高信号的T2WI上需加压脂 对磁场不均匀性不敏感,但不利于一些能够增加磁场不均匀的病变如出血的检出 回波间隙ES如果缩短,那么各回波的TE差别缩小,软组织对比可能提高,模糊效应减轻 增加ETL可增加采集速度,但是其缺点脂肪组织信号更高,SAR值更高,磁化转移效应增加,可能会增加饱和并可能降低图像对比,FSE序列的特点
5、,快速成像 回波链中每个回波信号的TE不同 ,从而减低了组织对比 FSE序列图像的模糊效应 脂肪组织信号强度增高 对磁场不均匀性不敏感 能量沉积增加,ETL越长 成像越快 图像SNR越低 图像T2对比越差 图像的模糊效应越重 脂肪信号越亮 SAR值越高,回波间隙越小 回波间幅度差别越小, 图像对比增加 图像模糊效应越轻 脂肪信号越高 在保持对比和模糊效应的前提下,允许的ETL越长 SAR值越高,FSE序列重要参数改变产生的效果,回波链 ETL,Tscan=TRNPhaseNEX/ETL,ETL越大,扫描时间越短 ETL增加,图像模糊增加,根据回波链长度(ETL)可分为: FSET1WI(ETL
6、2-4) 短回波链FSET2WI (ETL5-10) 中等长度回波链FSET2WI (ETL10-20) 长回波链FSET2WI (ETL20),回波间隔 ESP,22 8 14,ESP增加,扫描时间增加,图像模糊增加,翻转恢复序列,SIEMENSIR PHILIPS IR GE IR,IR Inversion Recovery,激发角度越大,纵向弛豫所需时间越长 激发角度越大,T1成分越大,T1对比越大 90度脉冲能产生最大的横向磁化矢量 180度脉冲产生反向的纵向磁化矢量,Time (ms),纵向磁化矢量,90度脉冲后的纵向弛豫,与90度脉冲相比,180度脉冲能将组织的纵向弛豫差别增加1倍
7、,也就是说T1对比增加1倍,40km/h,50km/h,1小时后,2小时后,翻转恢复序列结构图,TI,TE,TR,IR = 180预脉冲SE,1800 脉冲,900 脉冲,1800 脉冲,1800 脉冲,部分T1弛豫,较多T1弛豫,X,Y,Z,SE序列的T1对比决定于TR,选用的TR接近于组织的T1值可获得较好的T1对比。 IR序列的T1对比决定于TI,选用的TI接近于组织的T1值可获得更好的T1对比。 与SE序列一样,IR序列应选用尽量短的TE尽量剔除T2弛豫对图像对比的影响。 IR序列中,TR应尽量长(TRTI 5T1),至少与T2WI的TR一样长。,IR序列的优点:T1对比很好 IR序列
8、的缺点:扫描时间很长(长TR) 临床应用:增加T1对比,特别是脑灰白质对比,尤其适用于婴儿的脑T1WI,翻转恢复序列的图像特点,TI 时间控制组织抑制和对比 TE 时间控制T2 权重,IR-T1WI, 冠状面 Philips公司,IR-T1WI,横断面 Siemens公司,SE-T1WI,横断 Siemens公司,快速翻转恢复序列,SIEMENSTIR PHILIPS IR-TSE GE IR-FSE,TIR Turbo Inversion Recovery,翻转恢复与TSE-T2WI的结合,TI,反转恢复快速自旋回波(FSE-IR),最大采集层数TR/(ESP*ETLTI) 适用于TI较小的
9、情况,如STIR(TI=150ms), TI增大时最大采集层数迅速减少,Time (ms),180度脉冲后的纵向弛豫,纵向磁化矢量,脂肪,水,肝脏组织,IR-TSE可采用不同的TI选择性地抑制一定T1值的组织信号,抑制某种组织信号的TI值等于该组织T1的69(70),抑制脂肪的TI225ms70%157.5ms,抑制纯水的TI3500ms702500ms,临床应用: 脂肪抑制(short TI inversion recovery, STIR),特别适用于低场强MR 黑水作用(fluid attenuated inversion recovery, FLAIR) T1WI FLAIR,注意:I
10、R-TSE序列需要采用较长的TR,IR时,纵向磁化缩小零继续增长原先磁化量900脉冲,TI长时间(500ms),全部组织T1对比。 STIR时,纵向磁化缩小零900脉冲,TI短时间(100ms),某种组织磁化绝对值小于T1值,纵向弛豫刚至零值,该组织无法转到横向平面磁化,无信号发生,图像上该组织则呈黑色(无信号)。,短反转恢复序列(Short TI inversion recovery STIR),STIR常用于脂肪抑制。脂肪T1值是215ms,当TI 150ms时,脂肪感应无信号。在短SE或长IR图像中看到高信号(白色),在STIR中显示无信号则是脂肪成份。 STIR也用于抑制运动伪影。如呼
11、吸引起的鬼影,STIR中也无信号。 STIR显示T2和T1的为影像高对比,病变与周围组织对比明显。 信噪比常常比较低。,STIR序列的图像特点及临床应用,1.对磁场的不均匀较不敏感,因而比化学饱和压脂更均匀。 2.因含有T1加权而对T2对比显示不好,仅用于偏中心(肩、颈椎、骶椎)及低场强下的T2压脂。 3.因抑制短T1信号而不能用于造影增强。,STIR-TSE-T2WI,STIR,T1 FLAIR (流体衰减反转恢复)是一个T1快速反转恢复脉冲序列,这个序列在保持 T1 对比度的同时取消CSF 信号。使用750 3000ms 的较长的反转时间(TI), TR=2000ms可以有选择地抑制CSF
12、而获得T1对比。,T1 FLAIR,T1flair脉冲序列的特点,TI750ms,TR2200ms 每一层的信息采集采用FSE-IR的连续采集模式, Slice FSE Acq.,#2 Slice FSE Acq.,#3 Slice FSE Acq.,#4 Slice FSE Acq.,#5 Slice FSE Acq.,#6 Slice FSE Acq.,#1 Slice& TI,#2 Slice& TI,#3 Slice& TI,#4 Slice& TI,T1flair脉冲序列的特点,TI750ms,TR2200ms 每一层的信息采集采用FSE-IR的连续采集模式 采用插值方法使T1 Fl
13、air序列在一个TR内可以采集的层数大大增加。 TR时间的选择与TI时间有配对关系,不匹配可以导致脑脊液呈灰色信号,T1WI FLAIR,FIR T1WI IR+短回波链FSE 利用IR增加T1对比 TI 750ms(1.5T) TI 500ms(0.3T) TR1500ms(低场)TR2000ms(高场) TE尽量短( 20ms) T1对比高于SE但低于IR,IR T1WI,FIR T1WI,SE T1WI,T1FLAIR序列的图像特点及临床应用,T1 Spin Echo,T1 Flair,信噪比高,灰白质对比强,对解剖结构的显示是其它序列无法代替的。对病变,尤其是邻近皮层的小病变的检出率优
14、于T1W SE。,T2FLAIR,同样采用插值方法使压水(TI=2100)的FSE-IR序列在一个TR内可以采集的层数大大增加。,采用20003000 ms的长反转时间(TI)可以有选择地抑制CSF。这与120至160 ms 的长回波时间(TE)和10秒(10000 ms)的 TR 相结合,形成了具有正常抑制CSF 信号亮度(抑制和变暗)的T2加权图像。这些长 TI/TE/TR 反转恢复序列 称为快速衰减反转恢复,即FLAIR。,T2FLAIR序列的图像特点及临床应用,保持T2对比度的同时抑制自由水信号,突出结合水信号,便于鉴别脑室内/周围高信号病灶(如多发性硬化、脑室旁梗塞灶)以及与脑脊液信
15、号难于鉴别的蛛网膜下腔出血,肿瘤及肿瘤周围水肿等,FLAIR序列,TSE-T2WI,FLAIR (TIR),TI=2500ms,梯度回波类序列,SE,提高扫描速度,GRE,如何缩短呢?,GRE序列是最常用的快速成像序列之一,利用梯度场的反向切换产生回波,家族标志,GRE序列是最常用的快速成像序列之一,利用梯度场的反向切换产生回波,它的序列结构特点是:短TR和小偏转角(90),SE序列中的90脉冲产生最大的横向磁化矢量,纵向磁化矢量为0,T1弛豫需要化很长的时间才能产生足够的纵向磁化矢量供下一次90脉冲激发(较长的TR)。 GRE序列采用小角度如20脉冲进行激发,可产生34的横向磁化矢量,而纵向
16、磁化矢量保持原来的94,下一个脉冲进行激发前就有足够的纵向磁化矢量。,GRE序列中,下一个RF脉冲激发前的纵向磁化矢量由下列两部分构成: 前一次脉冲继发后残留的纵向磁化矢量 TR间期内T1弛豫恢复的纵向磁化矢量,GRE序列的稳态(Steady State),MZ越小,纵向弛豫越快。 每一次激发, MZ进一步缩小,但纵向弛豫也同时进一步加快。 数个脉冲后,这两种相反的过程将达到平衡(稳态)。 自此,每次脉冲继发后, MZ保持相同。,1.纵向磁化矢量稳态,平衡态,第一次激发后,第二次激发前,第二次激发后,第三次激发前,第三次激发后,第四次前:63.5% 第四次后:31.75% 第五次前:63% ,
17、离相位梯度,聚相位梯度,离相位梯度,聚相位梯度,右,右,左,左,时间(ms),Mxy,T2*,T2,T2*(GRE),GRE回波,SE回波,横向磁化矢量稳态及稳态自由进动,在SE中,利用180度聚焦脉冲重聚宏观横向磁化矢量(Mxy)。 GRE由于连续使用小角度脉冲进行激发,除非TR远远大于组织的T2值,否则第二个小角度脉冲也可以对第一个小角度脉冲产生的Mxy进行一定程度得重聚,其原理类似于SE中的180聚焦脉冲,这种重聚Mxy在第三个脉冲中点时刻达到最大。也就是说在几个脉冲准备后每一个小角度脉冲激发前,组织中都残留有稳定大小Mxy,即Mxy也达到稳态。,纵向磁化矢量和横向磁化矢量都达到稳态的G
18、RE序列也被称为稳态自由进动序列(SSFP) SSFP中,一个TR间期内组织的Mxy存在两种稳定的变化 本次小角度脉冲产生Mxy,脉冲施加结束时最大,随时间推移发生FID,叫SSFP-FID 本次小角度脉冲对上一次小角度脉冲所产生的Mxy进行重聚,随时间推移Mxy逐渐恢复,在下一次脉冲来临时刻达到最大,叫SSFP-重聚焦,GRE序列中的回波信号类型,去除SSFP-Refocused的Mxy,而在SSFP-FID过程中利用读出梯度场的切换采集一个梯度回波,叫扰相梯度回波序列,实际上打破了GRE序列中的SSFP状态。 在SSFP过程中,利用读出梯度场的切换采集一个回波,但不去除SSFP-Refoc
19、used的Mxy,让这种残留的Mxy信号对以后的回波信号做出贡献,这就是普通SSFP序列或称为稳态进动快速成像。 去除SSFP-FID信号,而在SSFP-Refocused形成过程中,利用读出梯度场切换采集回波信号,叫激励回波或刺激回波。也叫反SSFP。 既采集SSFP-FID过程中的梯度回波,又采集SSFP-Refocused过程中的刺激回波,即为双回波序列。,小结 GRE序列的特点:,1、采用小角度激发,加快成像速度 2、采用梯度场切换采集回波信号进一步加快了采集速度 3、反映的是T2*弛豫信息而不是T2弛豫信息 4、GRE的固有信噪比较低 5、GRE序列对磁场的不均匀性敏感,梯度回波类序
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