磁共振脉冲序列学习笔记之三梯度回波序列家族

发布于 2021-04-26 05:55 ,所属分类:知识学习综合资讯

梯度回波序列家族


梯度回波(Gradient Echo,GRE)序列也称为场回波序列(Field Echo,FE)。GRE序列在射频脉冲激发后,在读出方向即频率编码方向上先施加一个梯度场,加快了质子的失相位,这一梯度场也叫做离相位梯度场。这时立刻在频率编码方向施加一个强度相同方向相反的梯度场,原来在离相位梯度场作用下进动频率慢的质子进动频率加快,原进动频率快的质子进动频率减慢,这样由于离相位梯度场造成的质子失相位将逐渐得到纠正,组织的宏观横向磁化矢量逐渐恢复,经过与离相位梯度场作用相同的时间后,因离相位梯度场引起的质子失相位得到纠正,组织的宏观横向磁化矢量逐渐恢复直到信号幅度的峰值,我们把这一梯度场称为聚相位梯度场。由于梯度回波序列和SE序列不同的是不用180°脉冲来重聚焦,它是使用反向梯度来获得回波,这个回波的强度是按T2*衰减的,获得的图像是T2*(T2 star)加权像。


梯度回波序列示意图


梯度回波序列的特点


GRE序列是目前快速扫描序列之一,扫描时间短,空间分辨率较高,下面我们来总结一下GRE序列的特点。


成像速度快:GRE序列采用α小角度的射频脉冲,小翻转角的射频脉冲能使纵向磁化矢量不完全翻转到x-y平面,在小翻转角的射频脉冲之后,主要的磁化矢量仍然保持在z轴方向。所导致的结果就是即使TR很小,但在下一个TR周期内仍然有充足的横向磁化矢量,这是它成像速度快的原因。


反映的是T2*弛豫:由于梯度回波序列使用正反向梯度切换来获得回波,没有180度的重聚焦作用,得到的回波是T2*衰减曲线,获得的图像是T2*(T2 star)加权像。


GRE序列的信噪比:与SE序列相比SNR降低,因为GRE中的TR更短,但是,GRE在每个单位时间内获得更多的回波,可以抵消SNR降低。


GRE序列对磁场不均匀性敏感:由于GRE序列缺乏180度聚相位脉冲,会导致磁化效应更加敏感,不过这种敏感性可以说是一分为二的,既可以是优点也可以是缺点。

GRE序列血液中常呈高信号:聚相位梯度没有层面选择性,所以组织只要在梯度场的有效范围和线圈的覆盖范围就可以成像。

一张图小结一下GRE序列的特点


一张图小结一下GRE序列与SE序列的区别


GRE序列组织对比


GRE脉冲序列中翻转角,TR和TE可以影响组织对比度接下来我们看一下这些参数是怎样发挥左右的。


翻转角:小的翻转角α(5°~30°)导致在射频脉冲后有大量的纵向磁化矢量,意味着要使纵向磁化矢量完全恢复到初始值所花费的时间比90射频脉冲时间短得多,但是翻转角很小的时候,要区分两种组织之间的T1对比是很困难的,因此小的反转角会降低T1权重。中等大小的翻转角α(30°~60°),尽管更大的翻转角会增加T1的权重,并超过由于稳态的增加导致T2权重的增加,但是会产生混合的对比。

TR:如果TR非常短,那么在下一次α脉冲前,就没有足够的时间完成横向磁化量的完全衰退。残存的横向磁化量将必然会对下一次信号(翻转角较小时)产生影响。所以,短TR会增加T2权重,长TR增大T1权重。

TE:短TE减小T2*权重,增大PD或T1的权重,长TE增加T2*权重。

附一张GRE与SE序列常用参数对比


梯度回波家族介绍


我们来看GRE序列结构图,每个α射频脉冲后面跟着都是一个由感应衰减信号(Free Induction Decay signal,FID signal)信号,第二个射频脉冲会对第一个射频脉冲残存的横向磁化矢量做一个重聚焦,然后在第三个射频脉冲这里就产生了一个自旋回波SE信号,与FID信号叠加,就产生了一个新的回波,刺激回波(stimulated echo,STE)。



扰相梯度回波序列T1 TFE


扰相梯度回波序列(T1 FFE)我们看这个序列结构图在层面选择梯度加了一个扰相梯度,作用就是干扰SE信号失相位,只采集FID信号,主要用于形成T1加权图像,也可以产生T2*和PD加权图。


飞利浦公司:T1-FFE, GE公司:SPGR或Fast SPGR,西门子公司:FLASH

所谓“扰相”就是消除或“损毁”稳态横向磁化矢量。有几种方式可以达到这个目的

1.通过施加射频损毁。2.通过采用可变的梯度损毁。3.通过延长重复时间(TR)。前两者较常用。


T1 TFE的缺点

1.BO不均匀所致的失相位增大。2.增加磁化率伪影。3.增加化学位移伪影。


临床应用

常用于头颅的血管,腹部的同反相位成像。



稳态自由进动序列


稳态进动快速成像序列(conventional FFE):利用反向梯度保持并利用残存的橫向磁化矢量,因保存了横向磁化,该序列就是一个FID和SE信号的叠加,所以对比复杂,对比度依赖于T1和T2,在信号采集之后,在相位编码方向上再加一个反向梯度使橫向磁化矢量重聚离散相位重聚。


飞利浦公司:FFE,GE公司:GRASS,西门子公司:FISP

缺点:伪影相对较多,目前临床应用较少。



镜像稳态自由进动序列


稳态进动快速成像序列(T2 FFE)α1的作用类似于90°激励脉冲,而α2类似于180°聚相位脉冲,这就产生一个类似SE脉冲序列,并在α3形成回波。由于要同时读取信号和发射α3是很困难的,因此通过采用恰当的梯度使回波在α3前被唤回。α1相对应的回波产生在α2和α3之间。在这种方式中,TE要大于TR,在序列结构图中我们看到一个回绕梯度,作用机制是把当前TR时间内产生的回波移位至下一个TR间期内产生。


飞利浦公司:T2 FFE,GE公司:SSFP,西门子公司:PSIF

组织对比度

这个序列产生的是T2对比而不是T2*。


T2-FFE的优点

1.降低了由B。不均匀性所致的失相位。

2.降低了磁化率伪影

3.降低了化学位移伪影。


缺点

1.由于使用较长的TE(TE>TR),而降低了信噪比。

2.增加了对非稳定组织的敏感性。


临床应用

所以可以用这个序列来做一些关节,多回波成像。由于是T2权重,可以比较好的观察一些关节积液、关节软骨等。



平衡式自由稳态进动序列


平衡式自由稳态进动序列(Balance FFE)我们看到它的序列结构图它的左右是对称的,包括频率编码梯度左右对称,相位编码梯度左右对称,层面选择梯度都是左右对称的,而且这个回波采集的时候它是采在两个激发脉冲中点,也就是说它的TE=1/2TR。它用到的回波是FID、SE以及STE三者之间的叠加,所以它的信噪比是相对比较高的。


飞利浦公司:B-FFE,GE公司:FIESTA,西门子公司:True FISP

组织对比度

前面说到SE、STE是T2权重,而FID信号是T1权重,所以在balance这个序列里面采集的回波是T2/T1,就是组织的T2值比T1值决定的图像对比度。

临床应用

组织在临床工作中,常用于做颅神经,因为它的组织和水的对比比较好,所以三叉神经、面听神经等颅神经在脑脊液背景的衬托下会显示的比较清晰。



一张图小结一下梯度回波家族序列


超快速梯度回波(Turbo Field Echo, TFE)


GRE序列通常比SE序列快,类似于快速自旋回波序列,但仍有方法使其更快,在FFE序列前面加一组对比度准备脉冲,然后采用梯度快速切换产生多个回波信号,填充到多条K空间编码线,所以称作超快速梯度回波,或者磁化准备梯度回波序列。


飞利浦公司:TFE,GE公司:FastGRASS or SPGR,西门子公司:Turbo FLASH


超快速回波TFE序列的权重不取决于TR和TE,因为TFE序列TR非常短,所以权重取决于这个准备脉冲,前面这个准备脉冲是类似于IR序列(180°反转恢复),和不同的准备脉冲结合就可以产生不同权重的图像。


可以用反转恢复脉冲做预准备脉冲,也可以用饱和恢复脉冲,前者T1权重会重一点,后者信噪比会高。


TFE的采集方式,可以用单激发也可以多激发采集


小结一下TFE序列特点

1)超短的TR、TE,激发角度较小的射频脉冲

2)图像权重和对比主要取决于磁化准备脉冲

3)可以单次激发或多次激发

4)为超快速成像序列


临床应用

可以用来做超快速成像,心脏冠脉,腹部,内耳水成像,不打要肾动脉,动脉扫描等。



梯度回波的扩展


多回波FFE

Multiple echo FFE(MFFE) 一个TR内,采集多个不同TE的回波,填充在不同的K空间中。


在一个TR内采集多个回波,有可能读出梯度场的极性不同,这样每个回波图像产生的化学位移是不同的,如果把这些图像叠加,由于每个图像化学位移方向不同,就会产生模糊。Echoes大于1时会激活flyback,如果我们选择yes的话,能够保证在采集不同回波的时候读出梯度场极性相同,产生的化学位移方向是一致的。双极性梯度和单极性梯度,脂肪的化学位移是不同的,如下图

回波叠加利用

FRACTURE(骨折)使用图像运算做后处理改善SNR,突出骨骼特征,以类CT外观显示图像


T1 vs FRACTURE

利用多回波成像,把所有回波叠加在一起,再减去最后一个回波,可以获得类CT的图像显示。


颈椎多回波成像

特点:

多回波采集

可以每个回波单独重建,得到衰减曲线,可以计算出T2*/R*

将多个回波叠加在一起,可以增加SNR

附上各个厂家的序列名称对照表



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编辑丨壁虎

排版丨范生


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