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MRI脈沖序列及其臨床應(yīng)用,武警遼寧省總隊(duì)醫(yī)院腦系科 馬明,第一節(jié) 脈沖序列的基本概念和分類,一、脈沖序列的基本概念 在第一章第十節(jié)已經(jīng)介紹過，影響磁共振信號(hào)強(qiáng)度的因素是多種多樣的，如組織的質(zhì)子密度、T1值、T2值、化學(xué)位移、液體流動(dòng)、水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)等都將影響其信號(hào)強(qiáng)度，如果所有的影響因素?fù)诫s在一起，我們通過圖像的信號(hào)強(qiáng)度分析很難確定到底是何種因素造成的信號(hào)強(qiáng)度改變，這顯然對(duì)于診斷非常不利。我們可以調(diào)整成像參數(shù)，來確定何種因素對(duì)于組織的信號(hào)強(qiáng)度及圖像的對(duì)比起決定性作用。,實(shí)際上我們可以調(diào)整的成像參數(shù)主要是射頻脈沖、梯度場(chǎng)及信號(hào)采集時(shí)刻。射頻脈沖的調(diào)整包括帶寬（頻率范圍）、幅度（強(qiáng)度）、何時(shí)施加及持續(xù)時(shí)間等；梯度場(chǎng)的調(diào)整包括梯度場(chǎng)施加方向、梯度場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)、何時(shí)施加及持續(xù)時(shí)間等。我們把射頻脈沖、梯度場(chǎng)和信號(hào)采集時(shí)刻等相關(guān)各參數(shù)的設(shè)置及其在時(shí)序上的排列稱為MRI的脈沖序列（pulse sequence）。由于MR成像可調(diào)整的參數(shù)很多，對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行不同的調(diào)整將得到不同成像效果，這就使得MR成像脈沖序列變得非常復(fù)雜，同時(shí)也設(shè)計(jì)出種類繁多的各種成像脈沖序列，可供用戶根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。而對(duì)于用戶來說，也需要深刻理解各種成像序列，特別是常用脈沖序列，才能在臨床應(yīng)用中合理選擇脈沖序列，并正確調(diào)整成像參數(shù)。,二、脈沖序列的基本構(gòu)建 一般的脈沖序列由五個(gè)部分構(gòu)成，即射頻脈沖、層面選擇梯度場(chǎng)、相位編碼梯度場(chǎng)、頻率編碼梯度場(chǎng)及MR信號(hào)。在MRI射頻脈沖結(jié)構(gòu)示意圖中，這五部分一般以從上往下的順序排列，每一部分在時(shí)序上的先后和作用時(shí)間一般是從左到右排列的。我們以SE序列為例來介紹脈沖序列的基本構(gòu)建（圖27）。 圖27所示為SE序列的基本構(gòu)建。其他脈沖序列的基本構(gòu)建也有上述五個(gè)部分組成，只是所給的參數(shù)及其在時(shí)序上的排列有所變化而已。在本章后面各節(jié)講述MRI脈沖序列時(shí)，為了簡(jiǎn)便起見，在序列結(jié)構(gòu)示意圖中并不一定把上述五個(gè)基本構(gòu)建全部標(biāo)出。,上述脈沖序列的基本構(gòu)建還可以簡(jiǎn)化成兩個(gè)部分，即自旋準(zhǔn)備和信號(hào)產(chǎn)生（圖28）。所謂的自旋準(zhǔn)備就是利用梯度場(chǎng)匹配進(jìn)行的射頻脈沖激發(fā)，在需要成像的區(qū)域產(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量的過程，也可在這個(gè)階段對(duì)某些組織信號(hào)進(jìn)行選擇性抑制。而信號(hào)產(chǎn)生是指生成MR信號(hào)（可以是FID、自旋回波或梯度回波）并對(duì)信號(hào)進(jìn)行空間編碼的過程。信號(hào)產(chǎn)生后由接受線圈采集，經(jīng)過傅里葉轉(zhuǎn)換即可重建出MR圖像。,圖27 SE脈沖序列的基本構(gòu)建示意圖 第一行是射頻脈沖，SE序列的射頻脈沖由多次重復(fù)的90脈沖和后隨的180脈沖構(gòu)成。第二行是層面選擇梯度場(chǎng)，在90脈沖和180脈沖時(shí)施加。第三行是相位編碼梯度場(chǎng)，在90脈沖后180脈沖前施加。第四行是頻率編碼梯度場(chǎng)，必須在回波產(chǎn)生的過程中施加。第五行是MR信號(hào)，SE序列中90脈沖后將產(chǎn)生一個(gè)最大的宏觀橫向磁化矢量，由于主磁場(chǎng)的不均勻和組織的T2弛豫的雙重作用，宏觀橫向磁化矢量呈指數(shù)式衰減，表現(xiàn)為MR信號(hào)很快減弱，這種信號(hào)變化方式即自由感應(yīng)衰減（FID）。由于180脈沖的聚相位作用，在TE時(shí)刻將產(chǎn)生一個(gè)自旋回波，回波是從無到有，從小到大，到最大強(qiáng)度后又逐漸變小直到零的MR信號(hào)。,圖28 MRI脈沖序列結(jié)構(gòu)示意圖 一般的MRI脈沖序列都由自旋準(zhǔn)備和回波產(chǎn)生兩個(gè)部分組成,三、MRI脈沖序列的分類 MRI脈沖序列的分類方法有多種，可按脈沖序列的用途分為通用序列和專用序列。按成像的速度可把脈沖序列分為普通序列和快速成像序列。目前最常用的是按采集信號(hào)類型進(jìn)行的分類方法：（1）FID類序列，指采集的MR信號(hào)是FID信號(hào)，如部分飽和序列等；（2）自旋回波類序列，指采集到的MR信號(hào)是利用180復(fù)相脈沖產(chǎn)生的自旋回波，包括常規(guī)的自旋回波序列，快速自旋回波序列等；（3）梯度回波類序列，指采集到的MRI信號(hào)是利用讀出梯度場(chǎng)切換產(chǎn)生的梯度回波。包括常規(guī)梯度回波序列、擾相梯度回波序列、穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)成像序列等；（4）雜合序列，指采集到的MRI信號(hào)有兩種以上的回波，通常是自旋回波和梯度回波，如快速自旋梯度回波序列和平面回波成像序列等。,第二節(jié) MRI脈沖序列相關(guān)的概念,在介紹MRI脈沖序列之前，有必要先了解一些與MRI脈沖序列相關(guān)的基本概念。這里介紹的僅為MRI常用脈沖序列中共有的一些相關(guān)概念，某些特殊序列的相關(guān)概念我們將在各自序列中介紹。,一、時(shí)間相關(guān)的概念 前面已經(jīng)介紹過，MRI脈沖序列實(shí)際上是射頻脈沖和梯度場(chǎng)的變化在時(shí)序的排列，因此每個(gè)脈沖序列都將會(huì)有時(shí)間相關(guān)的概念，主要包括重復(fù)時(shí)間、回波時(shí)間、有效回波時(shí)間、回波鏈長(zhǎng)度、回波間隙、反轉(zhuǎn)時(shí)間、激勵(lì)次數(shù)、采集時(shí)間等。 1. 重復(fù)時(shí)間 重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）是指脈沖序列執(zhí)行一次所需要的時(shí)間。在SE序列中TR即指相鄰兩個(gè)90脈沖中點(diǎn)間的時(shí)間間隔；在梯度回波TR是指相鄰兩個(gè)小角度脈沖中點(diǎn)之間的時(shí)間間隔；在反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列和快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列中，TR是指相鄰兩個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖中點(diǎn)間的時(shí)間間隔；在單次激發(fā)序列（包括單次激發(fā)快速自旋回波和單次激發(fā)EPI）中，由于只有一個(gè)90脈沖激發(fā)，TR等于無窮大。,2. 回波時(shí)間 回波時(shí)間（echo time，TE）是指產(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量的脈沖中點(diǎn)到回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔。在SE序列中TE指90脈沖中點(diǎn)到自旋回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔。在梯度回波中指小角度脈沖中點(diǎn)到梯度回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔。 3. 有效回波時(shí)間 有效回波時(shí)間（effective TE）在快速自旋回波（fast spin echo, FSE）序列或平面回波（echo planerimaging，EPI）序列中，一次90脈沖激發(fā)后有多個(gè)回波產(chǎn)生，分別填充在K空間的不同位置，而每個(gè)回波的TE是不同的。在這些序列中，我們把90脈沖中點(diǎn)到填充K空間中央的那個(gè)回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔稱為有效TE。,4. 回波鏈長(zhǎng)度 回波鏈長(zhǎng)度（echo train length，ETL）的概念出現(xiàn)在FSE序列或EPI序列中。ETL是指一次90脈沖激發(fā)后所產(chǎn)生和采集的回波數(shù)目?；夭ㄦ湹拇嬖趯⒊杀壤郎p少TR的重復(fù)次數(shù)。在其他成像參數(shù)保持不變的情況下，與相應(yīng)的單個(gè)回波序列相比，具有回波鏈的快速成像序列的采集時(shí)間縮短為原來的1/ETL，因此ETL也被稱快速成像序列的時(shí)間因子。 5. 回波間隙 回波間隙（echo spacing，ES）是指回波鏈中相鄰兩個(gè)回波中點(diǎn)間的時(shí)間間隙。ES越小，整個(gè)回波鏈采集所需時(shí)間越少，可間接加快采集速度，提高圖像的信噪比。,6. 反轉(zhuǎn)時(shí)間 反轉(zhuǎn)時(shí)間（inversion time，TI）僅出現(xiàn)在具有180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖的脈沖序列中，這類序列有反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列、快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列、反轉(zhuǎn)恢復(fù)EPI序列等。一般把180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖中點(diǎn)到90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔稱為TI。 7. 激勵(lì)次數(shù) 激勵(lì)次數(shù)（number of excitation，NEX）也稱信號(hào)平均次數(shù)（number of signal averaged，NSA）或信號(hào)采集次數(shù)（number of acquistions，NA），是指脈沖序列中每一個(gè)相位編碼步級(jí)的重復(fù)次數(shù)。NEX增加有利于減少偽影并增加圖像信噪比，但同時(shí)也增加了信號(hào)采集時(shí)間。一般的序列需要兩次以上的NEX，而快速M(fèi)RI脈沖序列特別是屏氣序列的NEX往往是1，甚至小于1。,8. 采集時(shí)間 采集時(shí)間（acquisition time，TA）也稱掃描時(shí)間，是指整個(gè)脈沖序列完成信號(hào)采集所需要時(shí)間。在不同序列中TA的差別很大，一幅圖像的TA可以在數(shù)十毫秒（如單次激發(fā)EPI序列），也可以是數(shù)十分鐘（如SE T2WI序列）。 二維MRI的采集時(shí)間可以按下式計(jì)算： TA = TR n NEX 式中TA表示采集時(shí)間；TR為重復(fù)時(shí)間；n為NEX=1時(shí)TR需要重復(fù)的次數(shù)；NEX為激勵(lì)次數(shù)，NEX越大，TR需要重復(fù)的總次數(shù)越多。對(duì)于沒有回波鏈的序列如SE序列或GRE序列，n就是相位編碼的步級(jí)數(shù)，對(duì)于具有回波鏈的序列如FSE或EPI等序列，n等于相位編碼步級(jí)數(shù)除以ETL。,三維MRI由于是容積采集，需要增加層面方向的相位編碼，容積內(nèi)需要分為幾層則需要進(jìn)行同樣步級(jí)的相位編碼，因此其采集時(shí)間可以按下式計(jì)算： TA TR n NEX S 式中S為容積范圍的分層數(shù)，其他同二維采集。S越大，TR需要重復(fù)的總次數(shù)越多。 從上述兩個(gè)TA的計(jì)算公式可以得知，實(shí)際上影響TA的因素主要是TR的長(zhǎng)短和TR需要重復(fù)的總次數(shù)。,二、空間分辨力相關(guān)的概念 任何脈沖序列在實(shí)際應(yīng)用中都會(huì)涉及到空間分辨力的問題，實(shí)際上空間分辨力就是指圖像像素所代表體素的實(shí)際大小，體素越小空間分辨力越高?？臻g分辨力受層厚、層間距、掃描矩陣、視野等因素影響。 1. 層厚 MRI的層厚（slice thickness）是由層面選擇梯度場(chǎng)強(qiáng)和射頻脈沖的帶寬來決定的，在二維圖像中，層厚即被激發(fā)層面的厚度。層厚越薄，圖像在層面選擇方向的空間分辨力越高，但由于體素體積變小，圖像的信噪比降低。因此在選擇層厚的時(shí)候既要考慮到空間分辨力，也要考慮到圖像信噪比。,2. 層間距 層間距（slice gap）是指相鄰兩個(gè)層面之間的距離。MRI的層間距與CT的層間距（slice interval）概念不同。CT的層間距是指相鄰的兩個(gè)層面厚度中心的間距，如層厚和層間距均為1cm，實(shí)際上是一層接著一層，兩層之間沒有間隔。而MR成像時(shí)，如果層厚為1cm，層間距為0.5cm，則兩層之間有厚度為0.5cm的組織沒有成像。MR的層面成像是通過選擇性的射頻脈沖來實(shí)現(xiàn)的，由于受梯度場(chǎng)線性、射頻脈沖的頻率特性等影響，實(shí)際上掃描層面附近的質(zhì)子也會(huì)受到激勵(lì)，這樣就會(huì)造成層面之間的信號(hào)相互影響（圖29）,我們把這種效應(yīng)稱為層間干擾（cross talk）或?qū)娱g污染（cross contamination）。為了減少層間污染，二維MR成像時(shí)往往需要一定的層間距。,圖29 層間干擾示意圖 由于梯度線性和射頻脈沖選擇性的限制，層面臨近的質(zhì)子將同時(shí)受到激發(fā)。當(dāng)層間距較小時(shí)（圖a），臨近層面內(nèi)的質(zhì)子受到激發(fā)因而出現(xiàn)層間干擾。增加了層間距后（圖b），層間干擾減少或基本消失。,3. 矩陣 矩陣（matrix）是指MR圖像層面內(nèi)行和列的數(shù)目，也就是頻率編碼和相位編碼方向上的像素?cái)?shù)目。頻率編碼方向上的像素多少不直接影響圖像采集時(shí)間；而相位編碼方向的像素?cái)?shù)目決定于相位編碼的步級(jí)數(shù)，因而數(shù)目越大，圖像采集時(shí)間越長(zhǎng)。MR圖像的像素與成像體素是一一對(duì)應(yīng)的。在其他成像參數(shù)不變的前提下，矩陣越大，成像體素越小，圖像層面內(nèi)的空間分辨力越高。 4. 視野 視野（field of view，F(xiàn)OV）是指MR成像的實(shí)際范圍，即圖像區(qū)域在頻率編碼方向和相位編碼方向的實(shí)際尺寸，如30 cm30 cm，因而是個(gè)面積概念。在矩陣不變的情況下，F(xiàn)OV越大，成像體素越大，圖像層面內(nèi)的空間分辨力降低。,5. 矩形FOV 一般的FOV是正方形的，但有些解剖部位各方向徑線是不同的，如腹部橫斷面的前后徑明顯短于左右徑，如果采用正方形FOV，前后方向有較大的區(qū)域空間編碼是浪費(fèi)的，如果采用前后徑短左右徑長(zhǎng)的矩形FOV，如30 cm40 cm，則可充分利用FOV。矩形FOV的短徑只能選擇在相位編碼方向上，采用矩形FOV后，在空間分辨力保持不變的情況下，需要進(jìn)行的相位編碼步級(jí)數(shù)減少，因而采集時(shí)間成比例縮短。,三、偏轉(zhuǎn)角度 在射頻脈沖的作用下，組織的宏觀磁化矢量將偏離平衡狀態(tài)（即B0方向），其偏離的角度稱為偏轉(zhuǎn)角度（flip angle）或稱激發(fā)角度。宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)的角度取決于射頻脈沖的能量，能量越大偏轉(zhuǎn)角度越大。而射頻脈沖的能量取決于脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，增加能量可通過增加脈沖的強(qiáng)度或/和持續(xù)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。MRI常用的偏轉(zhuǎn)角為90、180和梯度回波序列常用的小角度（90）。偏轉(zhuǎn)角度越小，所需要的能量越小，激發(fā)后組織縱向弛豫（釋放能量）所需要的時(shí)間越短。,第三節(jié) 自由感應(yīng)衰減類序列,我們把采集到的MRI信號(hào)為自由感應(yīng)衰減（FID）信號(hào)的脈沖序列統(tǒng)稱為FID類序列。MRI發(fā)展的早期，F(xiàn)ID序列曾經(jīng)在低場(chǎng)強(qiáng)的MRI儀上有較多的應(yīng)用，目前這類序列已經(jīng)很少使用。本節(jié)中僅簡(jiǎn)單介紹飽和恢復(fù)序列和采集FID信號(hào)的反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列。,一、飽和恢復(fù)序列 飽和恢復(fù)（saturation recovery，SR）序列也稱部分飽和（partial saturation）序列。我們?cè)谇懊嬉还?jié)已經(jīng)介紹過，90射頻脈沖將產(chǎn)生一個(gè)最大的宏觀橫向磁化矢量，90脈沖結(jié)束后宏觀橫向磁化矢量將以指數(shù)式衰減，即產(chǎn)生FID信號(hào)。SR序列是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的序列，利用連續(xù)的90脈沖進(jìn)行激發(fā)，在每個(gè)90脈沖后采集FID信號(hào)（圖30a）。由于FID信號(hào)衰減很快，一般難以利用該序列來反映組織的T2對(duì)比。如果TR很短，則幾乎所有組織將被飽和，難以接受下一個(gè)90脈沖，因而組織信號(hào)很弱。如果TR很長(zhǎng)，則每一次90激發(fā)前所有組織的縱向弛豫已經(jīng)完成，圖像失去了T1對(duì)比，可以得到質(zhì)子密度對(duì)比。如果選擇一個(gè)合適的TR，每一個(gè)90脈沖前，組織的縱向弛豫部分完成，因而存在的T1對(duì)比，得到的將是T1WI，這時(shí)組織只有部分被飽和，這也是該序列稱為部分飽和序列的原因。目前在臨床上幾乎不再采用SR序列。,圖30 飽和恢復(fù)（SR）序列結(jié)構(gòu)示意圖 SR序列由連續(xù)的90脈沖構(gòu)成，每個(gè)90脈沖后采集FID信號(hào)。選擇合適的TR，利用SR序列可得到T1WI，選用長(zhǎng)TR則可得到質(zhì)子密度加權(quán)圖。,二、采集FID信號(hào)的反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列 反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversion recovery，IR）序列的特點(diǎn)是利用180射頻脈沖把組織的宏觀縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)180，即反轉(zhuǎn)到與主磁場(chǎng)相反的方向上，在組織發(fā)生縱向弛豫的過程中施加90脈沖，來記錄不同組織間縱向弛豫的差別。90脈沖后可以采集FID信號(hào)，也可以利用180復(fù)相脈沖采集自旋回波信號(hào)。早期的IR序列多采集FID信號(hào)，目前臨床上常規(guī)應(yīng)用的IR序列則一般采集的是自旋回波信號(hào)（詳見IR序列一節(jié)）。,第四節(jié) 自旋回波和快速自旋回波序列,凡是成像時(shí)采集的是自旋回波信號(hào)的序列都屬于自旋回波類序列，包括常規(guī)自旋回波、快速自旋回波、單次激發(fā)快速自旋回波等。反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列及快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列采集的信號(hào)也可以是自旋回波，但其序列結(jié)構(gòu)有一定的特殊性，我們將在本章第五節(jié)中介紹。,一、自旋回波序列 SE序列的結(jié)構(gòu)在第一章第十節(jié)已經(jīng)有詳細(xì)介紹，不再重復(fù)，這里僅介紹其特點(diǎn)及臨床應(yīng)用情況。 SE序列是MRI的經(jīng)典序列，在臨床上得到廣泛應(yīng)用，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）序列結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，信號(hào)變化容易解釋；（2）圖像具有良好的信噪比；（3）圖像的組織對(duì)比良好；（4）對(duì)磁場(chǎng)的不均勻敏感性低，因而磁化率偽影很輕微；（5）利用SE序列進(jìn)行T1WI，采集時(shí)間一般僅需要25min。,SE序列也存在著一些缺點(diǎn)：（1）90脈沖能量較大，縱向弛豫需要的時(shí)間較長(zhǎng)，需采用較長(zhǎng)的TR（特別是T2WI），且一次激發(fā)僅采集一個(gè)回波，因而序列采集時(shí)間較長(zhǎng)，T2WI常需要十幾分鐘以上；（2）由于采集時(shí)間長(zhǎng)，體部MR成像時(shí)容易產(chǎn)生偽影；（3）采集時(shí)間長(zhǎng)，因而難以進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描；（4）為減少偽影，NEX常需要2以上，進(jìn)一步增加了采集時(shí)間。 鑒于上述特點(diǎn)，目前即便是低場(chǎng)機(jī)，也很少利用SE序列進(jìn)行T2WI和PD。SE序列目前多用于獲取T1WI，是顱腦、骨關(guān)節(jié)、軟組織、脊柱脊髓等部位的常規(guī)T1WI序列。對(duì)于體部特別是腹部來說，許多醫(yī)院還把SE序列作為常規(guī)T1WI序列，配合呼吸補(bǔ)償技術(shù)，可獲得質(zhì)量較高的T1WI。但對(duì)于呼吸不均勻的病人，圖像容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，同時(shí)由于采集時(shí)間長(zhǎng)，不能利用SE序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，因而不少專家提出用梯度回波序列替代SE序列作為腹部常規(guī)T1WI序列。,二、快速自旋回波序列 快速自旋回波序列在不同產(chǎn)家生產(chǎn)的MRI儀上有不同的名稱，安科公司和GE公司稱之為FSE（ fast spin echo，F(xiàn)SE），西門子公司和飛利浦公司稱之為TSE（turbo spin echo），本講義中將采用FSE的名稱。FSE以前也稱為弛豫增強(qiáng)快速采集（rapid acquisition with relaxation enhancement，RARE）。 （一）FSE序列的原理 我們都知道SE序列在一次90射頻脈沖后利用一次180復(fù)相脈沖，僅產(chǎn)生一個(gè)自旋回波信號(hào)，那么一幅矩陣為256256的圖像需要256次90脈沖激發(fā)（NEX=1時(shí)），即需要256次TR，每次激發(fā)采用不同的相位編碼，才能完成K空間的填充。與之不同的是，F(xiàn)SE序列在一次90射頻脈沖激發(fā)后利用多個(gè)（2個(gè)以上）180復(fù)相脈沖產(chǎn)生多自旋回波，每個(gè)回波的相位編碼不同，填充K空間的不同位置上（圖31）。,圖31 FSE序列基本結(jié)構(gòu)和K空間填充示意圖 圖a示在一次90射頻脈沖后用5個(gè)180復(fù)相脈沖產(chǎn)生5個(gè)自旋回波（即ETL=5），相鄰兩個(gè)回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔為回波間隙（ES），兩個(gè)相鄰的90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔為TR。上述的5個(gè)回波的相位編碼不同，填充在K空間相位編碼方向的不同位置上，實(shí)際上5個(gè)回波的回波時(shí)間是不同的，由于填充的K空間中央的回波決定圖像的對(duì)比，因此如果把第三個(gè)回波填充在K空間中央（圖b），則有效TE為90脈沖中點(diǎn)到第三個(gè)回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔（圖a）。,由于一次90脈沖后利用多個(gè)180脈沖，因而產(chǎn)生的不是單個(gè)回波，而是一個(gè)回波鏈，一次90脈沖后利用了多少個(gè)180脈沖就會(huì)有多少個(gè)自旋回波產(chǎn)生，把一次90脈沖后所產(chǎn)生的自旋回波數(shù)目定義為FSE序列的回波鏈長(zhǎng)度。在其他成像參數(shù)不變的情況下，ETL越長(zhǎng)，90脈沖所需要的重復(fù)次數(shù)越少（即TR次數(shù)越少），采集時(shí)間將成比例縮短，如果ETLn，則該FSE序列的采集時(shí)間為相應(yīng)SE序列的1/n，所以ETL也稱為時(shí)間因子。舉例說明：設(shè)TR=3000 ms，掃描矩陣256256，NEX=2，（即需要512次TR），則利用SE序列成像的采集時(shí)間TA=3s25621536s（25min36s）；如果保持上述成像參數(shù)不變，利用ETL=8的FSE序列來成像，則TR的次數(shù)為512/8，即64次，則采集時(shí)間TA3s（256/8）2192s（3min12s），僅為相應(yīng)SE序列TA的1/8。,（二）FSE序列的特點(diǎn) FSE序列目前在臨床上得到廣泛應(yīng)用，F(xiàn)SE一些參數(shù)的選擇將會(huì)影響圖像的質(zhì)量，因此有必要介紹一下FSE序列的特點(diǎn)。 1. 快速成像 前面在FSE原理中已經(jīng)提到，由于回波鏈的存在，在其他成像參數(shù)不變的前提下，與相應(yīng)SE序列相比，F(xiàn)SE序列的采集時(shí)間隨ETL的延長(zhǎng)而成比例縮短，即FSE序列的TA為相應(yīng)SE序列TA的1/ETL。但實(shí)際上，采用了FSE序列后，為了提高圖像質(zhì)量并增加掃描層數(shù)，F(xiàn)SE T2WI序列的TR往往比SE序列要長(zhǎng)，因此TA的縮短并不象理論上那么明顯。,2. 回波鏈中每個(gè)回波信號(hào)的TE不同 FSE序列中在一次90脈沖后利用多個(gè)180復(fù)相脈沖來產(chǎn)生多個(gè)自旋回波信號(hào)，實(shí)際上每個(gè)回波信號(hào)的TE是不同的，第一個(gè)回波信號(hào)的TE最短，最后一個(gè)回波信號(hào)的TE最長(zhǎng)，因此FSE的圖像實(shí)際上是由TE不同的回波構(gòu)成的。大家都知道填充K空間中心的回波將主要決定圖像的對(duì)比，通過相位編碼的調(diào)整，我們可以把回波鏈中的任何一個(gè)回波填充在K空間中心（圖32），我們把90脈沖中點(diǎn)到填充K空間中心的回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為有效TE（effective TE）。如果把第一個(gè)回波填充在K空間中心（即選擇很短有效TE），將基本剔除組織的T2弛豫對(duì)圖像對(duì)比的影響，得到的將是T1WI或PDWI；如果把一個(gè)長(zhǎng)回波鏈中的最后一個(gè)回波填充在K空間中心（選擇很長(zhǎng)的有效TE），得到的將是權(quán)重很重的T2WI；如果在回波鏈中選擇一個(gè)合適的回波信號(hào)填充在K空間中心（選擇合適長(zhǎng)的有效TE），將得到權(quán)重合適的T2WI。實(shí)際上填充K空間各個(gè)位置的回波信號(hào)對(duì)圖像對(duì)比都有不同程度貢獻(xiàn)，而回波鏈中各回波的TE不同，因此與相應(yīng)SE序列相比，F(xiàn)SE序列的T2對(duì)比將有不同程度降低，ETL越長(zhǎng)，對(duì)圖像對(duì)比的影響越大。,3. FSE序列圖像的模糊效應(yīng) 大家都知道在90脈沖后，由于T2弛豫，宏觀橫向磁化矢量將隨時(shí)間推移逐漸衰減，即隨著TE的延長(zhǎng)，任何組織的信號(hào)強(qiáng)度都在衰減。如果不考慮相位編碼梯度場(chǎng)對(duì)組織信號(hào)的影響，則FSE序列的回波鏈中第一個(gè)回波信號(hào)最強(qiáng)，往后信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱，最后一個(gè)回波信號(hào)最弱（圖32b）。這種強(qiáng)度具有差別的回波信號(hào)填充在K空間中，在傅里葉轉(zhuǎn)換中將發(fā)生定位上的錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致圖像模糊。ETL越長(zhǎng)，填充K空間的回波信號(hào)強(qiáng)度差別越大，圖像越模糊。因此，ETL延長(zhǎng)盡管可以縮短采集時(shí)間，但將增加圖像模糊，并影響圖像對(duì)比。減少圖像模糊的辦法除了在采集時(shí)間能夠接受的前提下縮短ETL外，回波間隙縮小也可以減少圖像模糊。ES為回波鏈中兩個(gè)相鄰回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔（圖32a），ES的縮小將減少回波之間的信號(hào)強(qiáng)度差別，從而減少圖像模糊。,圖32 FSE序列回波鏈中各回波的TE和信號(hào)強(qiáng)度示意圖 FSE序列利用5個(gè)180脈沖，產(chǎn)生5個(gè)自旋回波（圖a），各回波的TE是不同的，回波1的TE最短，回波5的TE最長(zhǎng)（圖b），我們可以通過對(duì)相位編碼的調(diào)整，把回波鏈中任何一個(gè)回波填充在K空間中心，決定圖像的權(quán)重和對(duì)比。同時(shí)由于T2弛豫，各回波的信號(hào)強(qiáng)度也不相同，回波1的信號(hào)強(qiáng)度最大，回波5的信號(hào)強(qiáng)度最弱（圖b）。,4. 脂肪組織信號(hào)強(qiáng)度增高 脂肪組織的信號(hào)強(qiáng)度增加是FSE序列的又一特點(diǎn)。在SE T2WI上脂肪組織呈現(xiàn)中等偏高信號(hào)（灰白），而在FSE T2WI上，脂肪組織呈現(xiàn)高信號(hào)（白）。這主要由于兩個(gè)方面的原因：（1）脂肪組織內(nèi)的質(zhì)子之間存在著J-耦連，這種耦連結(jié)構(gòu)可增加磁場(chǎng)的波動(dòng)，加快了質(zhì)子失相位，因此脂肪組織的T2值并不長(zhǎng)。FSE序列連續(xù)的180脈沖可打斷J-耦連，因而脂肪組織的質(zhì)子失相位減慢，延長(zhǎng)脂肪組織的T2值，因而增加脂肪組織的信號(hào)強(qiáng)度；（2）180脈沖引起的磁化轉(zhuǎn)移效應(yīng)也是增加脂肪組織信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)原因。FSE序列中，ETL越長(zhǎng)，ES越小，脂肪組織信號(hào)強(qiáng)度的增加將越明顯。,5. 對(duì)磁場(chǎng)不均勻性不敏感 與SE序列相同，F(xiàn)SE序列也是利用180復(fù)相脈沖產(chǎn)生回波，180脈沖可以剔除主磁場(chǎng)恒定不均勻，因而對(duì)磁場(chǎng)不均勻性不敏感。這一特點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于磁化率敏感偽影不明顯；缺點(diǎn)在于不利于一些能夠增加磁場(chǎng)不均勻的病變?nèi)绯鲅鹊臋z出。 6. 能量沉積增加 FSE的序列結(jié)構(gòu)為90脈沖激發(fā)后利用連續(xù)的180復(fù)相脈沖激發(fā)產(chǎn)生回波。180脈沖能量很大，如此大的能量連續(xù)激發(fā)，傳遞到人體組織的能量將在短時(shí)間內(nèi)很快積聚，特殊吸收率（specific absorption ratio，SAR）將明顯升高，可引起體溫升高等不良反映，這在高場(chǎng)強(qiáng)的MRI儀中將表現(xiàn)的更為突出。ETL越長(zhǎng)，ES越小，SAR值增加的越明顯。,（三）FSE序列的臨床應(yīng)用 FSE序列在臨床上已經(jīng)得以廣泛應(yīng)用，在本講義中我們根據(jù)文獻(xiàn)及在臨床上的應(yīng)用體會(huì)，人為地把FSE序列分為FSE T1WI序列、短ETL FSE T2WI序列、中等ETL FSE T2WI序列、長(zhǎng)ETL FSE T2WI序列等四種，下面我們逐一介紹其臨床應(yīng)用。 1. FSE T1WI序列 FSE T1WI序列通常選擇較短的ETL，因?yàn)镋TL越長(zhǎng)，填充K空間的回波中TE長(zhǎng)的回波信號(hào)越多，因而將增加T2弛豫對(duì)圖像的污染，降低T1對(duì)比。對(duì)于FSE T1WI序列來說，應(yīng)該把回波鏈中第一回波信號(hào)填充在K空間中心（選擇最短的有效TE），以盡量減少T2弛豫對(duì)圖像對(duì)比的影響。FSE T1WI序列的TR通常為300 500 ms，有效TE常為8 15ms，ETL常為2 4。根據(jù)需要可調(diào)節(jié)上述參數(shù)。,FSE T1WI序列的優(yōu)點(diǎn)主要是相對(duì)SE T1WI序列來說，采集時(shí)間縮短，甚至可以進(jìn)行屏氣掃描。如ETL=4，TR=300 ms，相位編碼步級(jí)160，NEX=2，則TA0.3s（160/4）224s，屏氣掃描完全是可行的。 FSE T1WI的缺點(diǎn)有：（1）由于受T2弛豫的污染，圖像的T1對(duì)比不如SE T1WI序列；（2）FSE的模糊效應(yīng)；（3）掃描速度還是比梯度回波序列慢，需要屏氣掃描時(shí)，一次屏氣能夠掃描的層數(shù)有限。 FSE T1WI序列的主要用途有：（1）對(duì)T1對(duì)比要求相對(duì)較低的部位，如脊柱、大關(guān)節(jié)、骨與軟組織等；（2）病人耐受能力較差，要求加快掃描速度時(shí)；（3）體部屏氣掃描。當(dāng)對(duì)T1對(duì)比要求較高時(shí)，如進(jìn)行腦組織及腹部臟器T1WI，一般不采用FSE T1WI序列。,2. 短ETL的FSE T2WI序列 ETL為2 10，實(shí)際應(yīng)用中ETL 通常為5 10。 短ETL的FSE T2WI序列具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）與SE序列相比，成像速度明顯加快，根據(jù)選擇的掃描參數(shù)不同，TA一般為2 7min；（2）由于回波鏈較短，其T2對(duì)比較好，接近于SE T2WI；（3）對(duì)磁場(chǎng)不均勻性不敏感，沒有明顯的磁敏感性偽影。 短ETL的FSE T2WI序列的主要缺點(diǎn)是掃描速度還不夠快，用于體部成像時(shí)容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影。 短ETL的FSE T2WI序列在臨床上最常用的T2WI序列之一，主要用于對(duì)T2對(duì)比要求較高的部位：（1）顱腦T2WI常規(guī)序列：（2）配用呼吸觸發(fā)和脂肪抑制技術(shù)后作為腹部臟器T2WI常規(guī)序列。,3. 中等ETL FSE T2WI序列 ETL為10 20。與短ETL FSE T2WI序列相比，中等ETL的FSE T2WI序列的特點(diǎn)表現(xiàn)為：（1）掃描速度更快，根據(jù)成像參數(shù)的不同，TA一般為1 4min；（2）由于ETL比較長(zhǎng)，圖像的T2對(duì)比不及短ETL FSE T2WI序列。 中等ETL的FSE T2WI序列主要臨床用途：（1）對(duì)T2對(duì)比要求相對(duì)較低，主要顯示解剖結(jié)構(gòu)的部位，如脊柱、骨關(guān)節(jié)等；（2）臟器內(nèi)在的T2對(duì)比好，并要求T2權(quán)重較重的部位，如前列腺等。,4. 長(zhǎng)ETL的FSE T2WI序列 ETL大于20，實(shí)際應(yīng)用中通常為20 32。長(zhǎng)ETL的FSE T2WI序列的特點(diǎn)有：（1）成像速度快，根據(jù)所選用的參數(shù)不同，TA可為20s到3min，因此可以進(jìn)行屏氣掃描；（2）由于ETL較長(zhǎng)，圖像模糊更明顯，且T2對(duì)比降低；（3）屏氣掃描時(shí)，屏氣不好仍有明顯運(yùn)動(dòng)偽影。 長(zhǎng)ETL的FSE T2WI序列主要用于：（1）體部屏氣T2WI，主要用于呼吸節(jié)律不能很好控制導(dǎo)致呼吸觸發(fā)短ETL FSE T2WI失敗的病例；（2）水成像，配用呼吸觸發(fā)技術(shù)可進(jìn)行腹部水成像如MR胰膽管成像（MRCP）、MR尿路成像（MRU）等。,5. 關(guān)于FSE序列上述分類方法的幾點(diǎn)說明 上述關(guān)于FSE序列臨床應(yīng)用的分類并非一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分類方法。不同產(chǎn)家生產(chǎn)的MR儀或即便是同一產(chǎn)家生產(chǎn)的不同場(chǎng)強(qiáng)、不同型號(hào)和配置的MR儀，由于采用的其他成像參數(shù)不同，ETL的選擇也可作相應(yīng)的調(diào)整，具體應(yīng)用時(shí)還要根據(jù)病人的情況作靈活調(diào)整。如以前生產(chǎn)的1.5 T掃描機(jī)，由于射頻放大器功率和梯度線圈性能的限制，回波間隙（ES）常在15 20 ms，假設(shè)ES = 20 ms，ETL = 10，則回波鏈中最后一個(gè)回波的TE為200 ms；而近年產(chǎn)生的1.5 T掃描機(jī)，由于射頻放大器功率和梯度線圈性能提高，ES可在10 ms以下，如果ES = 10 ms，ETL10，則回波鏈中最后一個(gè)回波的TE為100 ms，如果選擇ETL20，則最后一個(gè)回波的TE為200 ms，相當(dāng)于原來ES=10ms，ETL10的最后一個(gè)回波的TE。因此當(dāng)掃描機(jī)性能提高后，適當(dāng)延長(zhǎng)ETL仍可以保證較高的圖像質(zhì)量。,第五節(jié) 反轉(zhuǎn)恢復(fù)及快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列,在前面第3節(jié)自由感應(yīng)衰減類序列中，我們?cè)?jiǎn)要介紹了反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列，但實(shí)際上，目前無論是反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversion recovery，IR）還是快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（fast inversion recovery，F(xiàn)IR）一般采集的是自旋回波。在本節(jié)中我們將重點(diǎn)介紹反轉(zhuǎn)恢復(fù)的原理、IR和FIR序列的結(jié)構(gòu)和臨床應(yīng)用。,一、反轉(zhuǎn)恢復(fù)的原理 我們都知道，給主磁場(chǎng)中進(jìn)動(dòng)的質(zhì)子施加一個(gè)射頻脈沖，只要射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率相同，質(zhì)子將發(fā)生共振，即低能級(jí)的質(zhì)子獲得能量越遷到高能級(jí)狀態(tài)，在宏觀上則表現(xiàn)為磁化矢量的偏轉(zhuǎn)。宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)的角度與射頻脈沖的能量有關(guān)，能量越大偏轉(zhuǎn)角度越大，我們把能夠使宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)某個(gè)角度的射頻脈沖稱為某角度脈沖，如90脈沖、小角度脈沖（偏轉(zhuǎn)角度小于90）、180脈沖等。反之，宏觀磁化矢量偏轉(zhuǎn)角度越大則表示質(zhì)子獲得的能量越大，射頻脈沖關(guān)閉后質(zhì)子所需要釋放的能量也越大，被激發(fā)的組織的縱向弛豫所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)。,如果用180射頻脈沖對(duì)組織進(jìn)行激發(fā)，將使組織的宏觀縱向弛豫矢量偏轉(zhuǎn)180，即偏轉(zhuǎn)到與主磁場(chǎng)相反的方向上，因此該180脈沖也稱為反轉(zhuǎn)脈沖。180脈沖的能量相當(dāng)于90脈沖的2倍，因此縱向磁化矢量完全恢復(fù)所需時(shí)間也明顯延長(zhǎng)（圖36）。我們把具有180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖的序列統(tǒng)稱為反轉(zhuǎn)恢復(fù)類序列。 具有180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖的序列具有以下共同特點(diǎn)：（1）由于180脈沖后組織縱向弛豫過程延長(zhǎng)，組織間的縱向弛豫差別加大，即T1對(duì)比增加，相當(dāng)于90脈沖的2倍左右（圖36）；,（2）180脈沖后，組織的縱向弛豫過程中，其縱向磁化矢量從反向（主磁場(chǎng)相反方向）最大逐漸變小到零，而后從零開始到正向（主磁場(chǎng)相同方向）逐漸增大到最大，如果當(dāng)某組織的縱向磁化矢量到零的時(shí)刻給予90脈沖激發(fā)，則該組織由于沒有宏觀縱向磁化矢量因此沒有橫向磁化矢量產(chǎn)生，該組織就不產(chǎn)生信號(hào)，利用這一特點(diǎn)可以選擇性抑制一定T1值的組織信號(hào)（圖36b）；（3）反轉(zhuǎn)恢復(fù)類序列中，我們把180反轉(zhuǎn)脈沖中點(diǎn)與90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為反轉(zhuǎn)時(shí)間（inversion time，TI），選擇不同的TI可以制造出不同的對(duì)比，也可選擇性抑制不同T1值的組織信號(hào)。,圖36 180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖后與90脈沖后組織縱向弛豫的比較 圖中縱坐標(biāo)為縱向磁化矢量（Mz）的大?。ㄒ员硎荆?，橫坐標(biāo)為時(shí)間（以ms表示）；細(xì)曲線為甲組織的縱向弛豫曲線，粗曲線為乙組織的縱向弛豫曲線，甲組織的縱向弛豫速度快于乙組織。圖a示90脈沖后兩種組織開始縱向弛豫，經(jīng)過TR后兩種組織的縱向磁化矢量的差別即T1對(duì)比。圖b示180脈沖使縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)到反方向，180脈沖結(jié)束后，兩種組織開始縱向弛豫，縱向磁化矢量從反向最大逐漸縮小到零，又從零逐漸增大到正向最大，同時(shí)由于縱向弛豫過程延長(zhǎng)，甲組織和乙組織的T1對(duì)比加大，約為90脈沖激發(fā)后的2倍。,二、反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversion recovery，IR）序列 IR序列是個(gè)T1WI序列，該序列先施加一個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻施加一個(gè)90脈沖，90脈沖后馬上施加一個(gè)180復(fù)相脈沖，采集一個(gè)自旋回波，實(shí)際上就是在SE序列前施加一個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖（圖37）。IR序列中，把180反轉(zhuǎn)脈沖中點(diǎn)到90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為反轉(zhuǎn)時(shí)間（TI），把90脈沖中點(diǎn)到回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為TE，把相鄰的兩個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為TR。為了保證每次180反轉(zhuǎn)脈沖前各組織的縱向磁化矢量都能基本回到平衡狀態(tài)，要求TR足夠長(zhǎng)，至少相當(dāng)于SE T2WI或FSE T2WI序列的TR長(zhǎng)度。因此IR序列中T1對(duì)比和權(quán)重不是由TR決定的，而是由TI來決定的。,IR序列具有以下特點(diǎn)：（1）T1對(duì)比最佳，其T1對(duì)比相當(dāng)于SE T1WI的2倍；（2）一次反轉(zhuǎn)僅采集一個(gè)回波，且TR很長(zhǎng)，因此掃描時(shí)間很長(zhǎng)，TA相當(dāng)于SE T2WI序列。 鑒于上述特點(diǎn)，IR序列一般作為T1WI序列，在臨床上應(yīng)用并不廣泛，主要用于增加腦灰白質(zhì)之間的T1對(duì)比，對(duì)兒童髓鞘發(fā)育研究有較高價(jià)值。IR序列也可用作脂肪抑制（STIR）或水抑制（FLAIR），但由于掃描時(shí)間太長(zhǎng)，現(xiàn)在STIR或FLAIR一般采用快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列來完成。,圖37 IR序列結(jié)構(gòu)示意圖 IR序列由一個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖后隨SE序列構(gòu)成。把180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖中點(diǎn)到90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為反轉(zhuǎn)時(shí)間（TI），TI是決定圖像的T1對(duì)比和權(quán)重。把90脈沖中點(diǎn)到回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為回波時(shí)間（TE），IR T1WI序列應(yīng)該選擇很短的TE，以盡量剔除T2弛豫對(duì)圖像的污染。把兩個(gè)相鄰的180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為TR，IR序列中應(yīng)該選擇很長(zhǎng)的TR（至少相當(dāng)于SE T2WI或FSE T2WI的TR）。,圖38 FIR序列結(jié)構(gòu)及STIR、FLAIR序列原理示意圖 圖a為FIR序列結(jié)構(gòu)圖。FIR序列先施加一個(gè)180反轉(zhuǎn)脈沖，在適當(dāng)時(shí)刻（TI）再施加一個(gè)90脈沖，90脈沖后利用多個(gè)180復(fù)相脈沖（圖中為3個(gè)）采集多個(gè)自旋回波，因此存在回波鏈（圖中ETL3）。可以把回波鏈中的任何一個(gè)回波填充在K空間中央，我們把90脈沖中點(diǎn)與填充K空間那個(gè)回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為有效TE。兩個(gè)相鄰的180反轉(zhuǎn)脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為TR。圖b為STIR和FLAIR序列原理示意圖。圖中縱坐標(biāo)為縱向磁化矢量（Mz）的大?。ㄒ员硎荆瑱M坐標(biāo)為時(shí)間（以ms表示）；細(xì)曲線為脂肪組織的縱向弛豫曲線，粗曲線為腦脊液的縱向弛豫曲線。180反轉(zhuǎn)脈沖后，兩種組織將發(fā)生縱向弛豫，即縱向磁化矢量發(fā)生從100到零到100%的變化。由于兩種組織縱向弛豫速度不同，縱向磁化矢量從100到零所需時(shí)間不同，脂肪組織需要很短的時(shí)間（即圖中t0到t/），如果選擇TI等于t/，則90脈沖施加時(shí)，脂肪組織的縱向磁化矢量等于零，因而也沒有橫向磁化矢量的產(chǎn)生，脂肪組織的信號(hào)被抑制（即STIR）；腦脊液的縱向磁化矢量從100到零所需的時(shí)間很長(zhǎng)（即圖中t0到t/），如果選擇TI等于t/，同樣的道理，腦脊液的信號(hào)被抑制（即FLAIR）。,三、快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列 快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)（fast inversion recovery，F(xiàn)IR）序列也稱TIR（turbo inversion recovery）序列或反轉(zhuǎn)恢復(fù)快速自旋回波（IR-FSE）序列，在本教材中我們統(tǒng)一稱為FIR序列。 了解反轉(zhuǎn)脈沖的原理和IR序列后，F(xiàn)IR序列的理解就非常簡(jiǎn)單了，IR序列是由一個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖后隨一個(gè)SE序列構(gòu)成的，而FIR序列則是一個(gè)180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖后隨一個(gè)FSE序列構(gòu)成的（圖37a）。由于FIR序列中有回波鏈的存在，與IR相比，成像速度大大加快了，相當(dāng)于FSE與SE序列的成像速度差別。,FIR序列具有以下特點(diǎn)：（1）與IR序列相比，F(xiàn)IR序列成像速度明顯加快，在其他成像參數(shù)不變的情況下，TA縮短的倍數(shù)等于ETL；（2）由于回波鏈的存在，F(xiàn)IR T1WI序列的T1對(duì)比因受T2的污染而降低，不如IR序列；（3）由于回波鏈的存在，可出現(xiàn)與FSE序列相同模糊效應(yīng)；（4）與FSE T1WI序列相比，由于施加了180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖，F(xiàn)IR T1WI序列的T1對(duì)比有了提高；（5）選擇不同的TI可選擇性抑制不同T1值組織的信號(hào)（圖37b），抑制某種組織信號(hào)的TI等于該組織T1值的69%（一般用70計(jì)算）。,鑒于上述特點(diǎn)，F(xiàn)IR序列在臨床上主要用于： 1FIR T1WI FIR T1WI在臨床的應(yīng)用近年來逐漸增多，根據(jù)所選的成像參數(shù)不同F(xiàn)IR T1WI序列的TA一般與SE序列相近或略短于SE T1WI序列。該序列在臨床上主要用于腦實(shí)質(zhì)的T1WI，灰白質(zhì)的T1對(duì)比優(yōu)于SE T1WI序列或FSE T1WI序列，但不及IR T1WI序列。以1.5 T的掃描機(jī)為例，一般TR2000 2500 ms，TI750 ms，ETL=4 8，把回波鏈中的第一個(gè)回波填充在K空間中央（即選擇最短的有效TE）。由于組織的T1值隨主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)不同而變化，因此不同場(chǎng)強(qiáng)的掃描機(jī)應(yīng)該對(duì)成像參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整。,2STIR序列 短反轉(zhuǎn)時(shí)間的反轉(zhuǎn)恢復(fù)（short TI inversion recovery，STIR）序列最初采用的是IR序列，目前一般采用FIR序列來完成。主要用于T2WI的脂肪抑制，因?yàn)橹窘M織的縱向弛豫速度很快，即T1值很短，在1.5 T的掃描機(jī)中，脂肪組織的T1值約為200 250 ms，180脈沖后，脂肪組織的宏觀縱向磁化矢量從反向最大到零所需要的時(shí)間為其T1值的70，即140 175 ms，這時(shí)如果施加90脈沖（即TI=140 175 ms），由于沒有宏觀縱向磁化矢量，就沒有宏觀橫向磁化矢量的產(chǎn)生，脂肪組織的信號(hào)被抑制（圖37b）。采用很短的TI是該序列名稱的來由。 在1.5 T的掃描機(jī)中，STIR序列一般TI選擇在150 ms左右，TR大于2000 ms，ETL和有效TE根據(jù)不同的需要進(jìn)行調(diào)整。利用STIR技術(shù)進(jìn)行脂肪抑制比較適用于低場(chǎng)強(qiáng)MRI儀。,3. FLAIR序列 在進(jìn)行腦部或脊髓T2WI時(shí)，當(dāng)病變相對(duì)較小且靠近腦脊液時(shí)（如大腦皮層病變、腦室旁病變），呈現(xiàn)略高信號(hào)或高信號(hào)的病灶常常被高信號(hào)的腦脊液掩蓋而不能清楚顯示，如果在T2WI上能把腦脊液的信號(hào)抑制下來，病灶就能得到充分暴露。 液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（fliud attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）即黑水序列可以有效地抑制腦脊液的信號(hào)。FLAIR序列實(shí)際上就是長(zhǎng)TI的FIR序列，因?yàn)槟X脊液的T1值很長(zhǎng)，在1.5 T掃描機(jī)中約為3000 4000 ms，選擇TI（3000 4000 ms）70% 2100 2800 ms，這時(shí)腦脊液的宏觀縱向磁化矢量剛好接近于零，即可有效抑制腦脊液的信號(hào)（圖37b）。 在臨床實(shí)際應(yīng)用中，1.5 T掃描機(jī)一般TI選為2100 2500 ms，TR常需要大于TI的3-4倍以上，ETL及有效TE與FSE T2WI相仿。,4. 反轉(zhuǎn)恢復(fù)單次激發(fā)FSE 利用180脈沖反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖與單次激發(fā)FSE相結(jié)合可得到反轉(zhuǎn)恢復(fù)單次激發(fā)FSE（IR-SS-FSE）序列。IR-SS-FSE序列也可采用STIR技術(shù)進(jìn)行脂肪抑制或采用FLAIR技術(shù)抑制腦脊液信號(hào)。,第六節(jié) 梯度回波的原理、特點(diǎn),前面我們重點(diǎn)介紹的是自旋回波類序列，從本節(jié)開始將介紹MR成像脈沖序列的另一重要分支，即梯度回波類序列。本節(jié)重點(diǎn)介紹梯度回波的原理和特點(diǎn)。 一、梯度回波的原理 和自旋回波一樣，梯度回波也是一種MR成像的回波信號(hào)，即其強(qiáng)度是從小變大，到峰值后又逐漸變小的。自旋回波的產(chǎn)生是利用了180復(fù)相脈沖，而梯度回波的產(chǎn)生則與之不同（圖39）。,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(gè)梯度場(chǎng)，這個(gè)梯度場(chǎng)與主磁場(chǎng)疊加后將造成頻率編碼方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度差異，該方向上質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)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(chǎng)稱為離相位梯度場(chǎng)（圖39a、b）。這時(shí)立刻在頻率編碼方向施加一個(gè)強(qiáng)度相同方向相反的梯度場(chǎng)，原來在離相位梯度場(chǎng)作用下進(jìn)動(dòng)頻率慢的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率加快，原進(jìn)動(dòng)頻率快的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率減慢，這樣由于離相位梯度場(chǎng)造成的質(zhì)子失相位將逐漸得到糾正，組織的宏觀橫向磁化矢量逐漸恢復(fù)，經(jīng)過與離相位梯度場(chǎng)作用相同的時(shí)間后，,因離相位梯度場(chǎng)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(hào)幅度的峰值，我們把這一梯度場(chǎng)稱為聚相位梯度場(chǎng)（圖38a、c）；從此時(shí)間點(diǎn)后，在聚相位梯度場(chǎng)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(gè)信號(hào)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(chǎng)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(chǎng)回波（field echo，F(xiàn)E）。,圖39 梯度回波原理示意圖 以頭顱橫斷面且頻率編碼方向?yàn)樽笥覟槔?。在射頻脈沖激發(fā)后（角），在頻率編碼方向上先施加一個(gè)右高左低的離相位梯度場(chǎng)（圖a、b），這樣就造成右邊的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)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(shí)依然在頻率編碼方向上施加強(qiáng)度相同，方向相反即右低左高的聚相位梯度場(chǎng)（圖a、c），原來進(jìn)動(dòng)頻率高的右邊質(zhì)子進(jìn)動(dòng)變慢，而原來進(jìn)動(dòng)頻率低的左邊質(zhì)子進(jìn)動(dòng)變快，由于離相位梯度場(chǎng)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a上升箭頭），當(dāng)聚相位梯度場(chǎng)作用時(shí)間達(dá)到與離相位梯度場(chǎng)一樣時(shí)，離相位梯度場(chǎng)造成的失相位得以完全糾正，信號(hào)強(qiáng)度得到峰值，從此時(shí)刻后，在聚相位梯度場(chǎng)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(gè)完整的梯度回波。,二、梯度回波序列的特點(diǎn) SE序列得到的圖像質(zhì)量穩(wěn)定，并有很好的信噪比和對(duì)比，但成像速度慢是其明顯缺點(diǎn)。梯度回波序列的出現(xiàn)使MR成像速度大大加快，所謂梯度回波序列即采集到MR信號(hào)是梯度回波信號(hào)的脈沖序列。梯度回波序列具有以下特點(diǎn)： 1. 采用小角度激發(fā)，加快成像速度 我們都知道SE序列采用90射頻脈沖對(duì)組織進(jìn)行激發(fā)，90脈沖能夠產(chǎn)生最大的橫向磁化矢量，因而獲得的MR信號(hào)最強(qiáng)。但90脈沖能量較大，因此受激發(fā)的組織需要化很長(zhǎng)時(shí)間來完成縱向弛豫，因此一個(gè)90脈沖后需要等待很長(zhǎng)時(shí)間才能施加下一個(gè)90脈沖，即必須選用很長(zhǎng)的TR，特別是PDWI和T2WI時(shí)，因此SE序列的TA很長(zhǎng)。,在梯度回波中我們一般采用小于90射頻脈沖對(duì)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(qiáng)度和持續(xù)時(shí)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(shí)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。,小角度激發(fā)有以下優(yōu)點(diǎn)：（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?jī)H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(shí)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(duì)SE序列能夠加快成像速度的原因。,圖40 平衡狀態(tài)、90激發(fā)后、小角度激發(fā)后的宏觀磁化矢量變化 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(gè)最大的宏觀橫向磁化矢量（100%），縱向磁化矢量變?yōu)榱悖粓Dc示30脈沖激發(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%。,圖41 T2弛豫、T2*弛豫及施加離相位梯度場(chǎng)引起橫向磁化矢量衰減示意圖 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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)將加快質(zhì)子的失相位，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(chǎng)只能剔除離相位梯度場(chǎng)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，GR