MR(醫(yī)用磁共振成像)原理、技術(shù)與設(shè)備__MR信號

1、1B0RFChapter 2MR 信號FID Free Induction DecaySE Spin EchoHahn echoSSE (or STE) Stimulated Spin EchoGRE Gradient Recalled EchoRF CoilI. FID Free Induction Decay如果RF=0，樣品由RF場吸收能量，M0 會偏離B0場方向；脈沖RF場作用后，M逐漸向熱平衡態(tài)恢復(fù)；在M M0過程中，位于xy平面內(nèi)的接收線圈會有感應(yīng)信號FID信號。Mz(t) = M0(1et/T 1)M(t)=M0exp(-t/T2)12利用FID信號測量T1、T2利用縱向弛豫過程

2、測量T1：Mz(t) = M0(1et/T1)t1t2t3t4FID1FID2FID3FID4.利用橫向弛豫過程測量T2：M(t)=M0exp(-t/T2)S(t1)=M0exp(-t1/T2)S(t2)=M0exp(-t2/T2)(1)(2)(1)/(2)得：S(t1)/ S(t2) =exp(t2-t1)/T2= exp（t/T2）T2= t/lnS(t1)/ S(t2)如果B0場非均勻，利用FID信號只能得到T2* ；實際情況：不存在理想的靜磁場，所以利用FID不能測量T2!23FID信號特點：FID信號不具有對稱性，對于成像而言，不適用目前常用的重建算法；FID信號對B0場非均勻性很敏

3、感，其在較短時間內(nèi)衰減為0對使用者而言改變序列參數(shù)不方便；FID信號比較弱；目前FID信號較少應(yīng)用。II. SE Spin Echo1. 脈沖序列如果使用脈沖RF場，而且兩個RF脈沖的持續(xù)時間、強度和間隔調(diào)節(jié)得當(dāng)，可以得到強 信號。該信號和第二個RF脈沖的間隔等于第二個RF脈沖與第一個RF脈沖的間隔。信號就象是第一個RF脈沖的回波。90-180 產(chǎn)生自旋回波SESpin Echo pulse timingechosignalTE9001800RFslicephasereadoutTR( Repetition Time ):在SE序列里，TR是第一個 90脈沖與下一個90脈沖的間隔；在其他序列里

4、，TR是第一個激發(fā)脈沖到下一個周期激發(fā)脈沖的間隔 。390pulse.Mxy 04TE( Echo Time):在SE序列里，TE是90RF脈沖到回波形成時的時間間隔；在其他序列里，TE是第一個RF激發(fā)脈沖到回波形成時的時間間隔。yzyzPhase dispersionDephasing in the xy-planeview from the topDephasing begins immediately afterxxMxyt=0t=TE/2Phase coherence900 RF（x）yxzMxyyxzMxy 0phase coherencyminus T2 decayt =TEpha

5、se dispersion1800RF（x）t=TE/2Rephasing in the xy-planeview from the topzyxzxyzxyzt=TE1800RFt=TE/2900 RFt=0dephasedx yrephased1800 Flip簡單類比自旋回波的形成與實際情況有差別!45T1T23.利用SE測量T1、T2縱向弛豫Mz(t) = M0(1et/T1)橫向弛豫M=M0exp(-t/T2)利用SE可測量 T2 (不是T2*)?在SE中，B0 非均勻性產(chǎn)生的影響是可逆的；?180RF脈沖 (Refocusing)FID 與 SE如何利用雙回波序列測量T2？T2=

6、t/lnS(t1)/ S(t2)利用多個回波FIDSESESET2-Map技術(shù)（2）利用多個TE值得到多幅圖像（1）利用兩個TE值掃描得到兩幅MR圖像TE2 TE1T2 =ln(M1 M 2)t1T2lnM(t) =lnM0 +56（a）掃描得到的MR圖像（b）兩幅圖像計算得到T2-Map（c）針對圖（b）進行噪聲閾值化的掩膜處理（a）兩幅圖像T2-Map結(jié)果（b）多幅圖像線性擬合得到的T2-Map結(jié)果（c）多幅圖像非線性回歸得到的T2-Map結(jié)果多指數(shù)T2擬合T2-Map技術(shù)MR定量診斷的輔助工具便于對一些疾病的診斷，例如 關(guān)節(jié)病變 前列腺疾病 宮頸癌 Spin EchoFIDspinech

7、o900RF pulsereadoutphase encodesignalgradient1800RF pulseslice67實際上任何角度、任何對數(shù)的RF脈沖都可以產(chǎn)生回波但是沒有利用所有自旋的重聚，其幅度比SE的小一些 Hahn回波。Hahn回波與T2有關(guān)，并且每個回波都可以被后面的RF脈沖進一步相位重聚。90 -90 形成的Hahn回波首先是90脈沖使得縱向磁化強度矢量翻轉(zhuǎn)進入到水平面上；然后由于場非均勻性散開，并進行橫、縱向弛豫恢復(fù)；施加第二個90脈沖，橫、縱向磁化強度矢量旋轉(zhuǎn)90，橫向磁化強度矢量繼續(xù)散相；時間TE,自旋重聚得到Hahn回波。施加任意角度的多個RF脈沖也可形成Hah

8、n回波III. Stimulated Spin Echo SSEor STE3個(含3個)以上RF脈沖作用產(chǎn)生SSE形成過程78相對于第一個RF脈沖，受激回波SSE出現(xiàn)在2t1+t2處。SSE特點：SSSESSE ；?SSE只利用了部分磁矩的重聚；不是所有的磁矩位于y 軸。2.第二脈沖與第三脈沖的間隔可以比TE長，大間隔可以提高對流動和擴散的敏感性；3.SSE可應(yīng)用于：超快速成像、流動跟蹤、心臟黑血成像。IV. Gradient echoGE Gradient EchoGRE Gradient Recalled EchoFE Field EchoRFslicephasereadoutsigna

9、lGRE 脈沖序列圖0echoTE梯度回波的脈沖序列參數(shù)：TRTEFA flip angle: 為避免飽和，一般使用小FA初始的負(fù)極性梯度場：自旋散相；后面的正極性梯度場：自旋逐步相位重聚，在負(fù)極性梯度場下的面積等于正極性梯度場下面積的一半時形成回波，之后又散相；小FA增加質(zhì)子密度加權(quán) （? 后面章節(jié)）89zxyzxy0RFt=t0t=t0+Partial Flip0MzMXYMMXY= M sin()Mz = M cos()Dephasing in the xy-planeview from the topxyzMxyxyzMxy0dephasephase coherencyphase di

10、spersionyxzMxyphase coherencyminus t2* decayRephasing in the xy-planeview from the toprephaseyxzMxy0phase dispersionGradient Echo 優(yōu)點快速成像可使用比SE序列短的TR、TE；小FA以及沒有使用 180 RF 脈沖使得沉積的能量減少:降低SAR( Specific AbsorbedRate )可得到比SE序列更多的層面 / TR（But?。?；適合做3D 采集Gradient Echo 缺點T2*W，而且圖像質(zhì)量較差；(?)梯度回波的SNR一般比SE的??；( ? )引入

11、第二類化學(xué)位移偽影；磁場非均勻性導(dǎo)致信號丟失在長TE時更明顯；磁化率效應(yīng)；水與脂肪內(nèi)質(zhì)子散相Conventional GRTE 20, FA 15910Gradient Echomagnetic susceptibilitypost-surgical change“blooming” artifactGradient Echoin-phase / opposed-phaseTE TE in-phaseopposed-phaseGradient echo versus Spin EchoGradient Echorephasegradient recalledechodephaseFIDgradientsignalRF pulseSpin EchoFIDgradient900 RF pulsesignalreadout1800RF pulsespinecho一般的：SE的SNR比GRE的高；GRE的速度比SE的快；G