04.磁共振成像基本脉冲序列

1800
RF GSS Gpe echo Gro TI
2015/10/28
900
1800
1800
TE/2
TR
TE/2
T’
25
激发过程和信号检测原理
1800 M M0 0 -M0 0 0.5 1.0 1.5 1.55 t 900 M0 0 -M0 （b）M的恢复与T1的关系 2T1 3T1 4T1 5T1 6T1 t M
一般将层距与层厚之比称为层面系数。
2015/10/28 8
5. 其他参数
a.翻转角：在RF脉冲的激励下，宏观磁化强度矢量M 将偏离静磁场B0的方向，其偏离的角度称之为翻 转角（flip angle）或射频翻转角。其大小由激 励电磁波的强度（能量）所决定。增大RF脉冲的 强度或宽度，可以使翻转角变大。常用的翻转角 有1800和900两种，分别称为1800和900脉冲。
回波信号 （echo）
自由感应衰减 信号（FID）
4
脉冲序列参数
1.时间参数
a.重复时间（TR,repetition
time） 是指脉冲序列执行一遍所需要的时间， 也是从一个RF激励脉冲出现到下一个周期同一脉冲出现所经 历的时间。 TR是扫描速度的决定因素，也是图像对比度（T1、T2和质子 密度对比度）的主要控制因子。
FLAIR (FLuid Attenuated Inversion Recovery)
到的信号进行处理，以提高图像的SNR，显然，NEX 越大，所需的扫描时间越长。
2015/10/28
10
6.快速成像序列的参数
a.回波链长度
回波链长度（ETL，echo train length）是快速成像序列的专用参数， 所谓ETL是指扫描层中每个TR时间内用不同的相位编码来采样的回波数。 如图所示回波链长度为 3 的快速自旋回波序列。
900 RF 0 S （ t）
1/ T2﹡
1800
1800
1800
τ
1/ T2
2τ
3τ
4τ
5τ
6τ
t
echo1
echo2
echo3
0
τ
2τ
3τ
4τ
5τ
6τ
22
图. 用自旋回波技术测定T2的原理
2015/10/28
（5）自旋回波序列的图像特征
SE序列的信号强度至少取决于氢质子密度、T1和T2弛豫时 间、TR及TE等五个参数。
23
（6）自旋回波序列族
在实际应用中，根据成像质量和速度的不同要求，又发展了许多以SE为 基础的扫描脉冲序列，形成了所谓的自旋回波序列族（spin echo sequence family）。 按照序列产生回波数的多少，可以分为单回波SE序列、双回波SE 序列 和多回波SE序列（CPMG序列，由Meiboom和Gill对Carr-Purcel法改进） 按照成像周期中激励层面的多少，可分为单层面SE序列和多层面SE序列 按照成像速度的快慢，可以分为基本SE序列、快速SE序列
2015/10/28Βιβλιοθήκη 17自旋回波脉冲序列
1）自旋回波及其产生
自旋回波（SE，spin echo）脉冲序列是指以900脉冲开始， 后续以1800相位重聚焦脉冲，以获得有用信号的脉冲序列。 在1950年，NMR领域中卓越的科学家、时域NMR的创始人 汉恩（E.L.Hahn）第一个观测到了自旋回波现象。当时他 所用的脉冲序列为： 900－τ－900－τ－FID，之后，900脉 冲被1800脉冲取代。 自旋回波属于一种能量守恒的散焦－聚焦过程，也可以称为 散相－重聚过程
对最终的信号和图像对比度影响很大。一般，对于压制脂肪 信号，可以选短TI进行扫描，而脑灰质、脑白质一般选用较 长的TI值。
2015/10/28
6
2.分辨率参数
a.扫描矩阵：序列参数中的扫描矩阵（matrix）具有双重含 义。 1）规定了显示图像的行和列，即确定了图像的大小 2）限定扫描层面中体素的个数，同时指出层面的相位编码步 数, 扫描矩阵越大，图像分辨率越高（其他参数确定时）。 b.FOV FOV（field of view）是指实施扫描的解剖区域，简称为扫 描野。因此，FOV是一个面积的概念，一般情况下，选定FOV 为正方形。FOV的大小以所用线圈的有效容积为限。 当扫描矩阵选定之后，FOV越大，体素的体积就越大，使空 间分辨率随之降低。
echo
echo
图. 磁场均匀性、组织本征T2对自旋回波信号波形（包络）的影响
2015/10/28 21
（4）自旋回波信号的应用
如果用FID信号来测量T2，得到的只是受磁场非均匀性影响 的T2﹡，而它比组织的本征横向弛豫时间T2短的多，从FID 测得的T2﹡中很难进一步分辨出T2。而自旋回波信号被广泛 用来测量T2。
在梯度回波等快速成像序列中，经常采用所谓 的小角度（low flip angle）激励技术，系统的 恢复时间较快，因而能够有效提高成像速度。
2015/10/28
9
b. 信号平均次数
信号平均次数（NSA，number of signal averaged ） 又叫信号采集次数（NA，number of acquisition） 或激励次数（NEX，number of excitations ）。它 是指每个相位编码步中信号收集的次数。 当NSA>1时，序列采用叠加平均的办法对每次收集
MZ M0
对比度2 对比度1 短T1组织 长T1组织 对比度2
MZ M0
对比度1
短T2组织 长T2组织
（a）TR与T1对比度的关系
TR1
TR2
t TE1 TE2
t
（b）TE与T2对比度的关系
由上图（a）可知，当TR较短时（如图中的TR1），T1值不同的组织很容易分 辨。当TR较长时（如图中的TR2），无论长T1组织还是短T1组织都已经基本恢 复，这种情况下，二者的信号差就小。 由图（b）可知，取较长的TE（图中的TE2）时，不同T2值的组织比取较短TE （图中TE1）时易分辨。
MRI of the Brain - Axial
T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms
10/28/2015
T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms
15
Proton Density TE = 14 ms TR = 1500 ms

所谓的加权就是“突出”的意思 在任何序列图像上，信号采集时刻横向的磁化矢量越大，MR 信号越强。 T1加权像： 短TR、短TE，T1像特点：组织的T1越短，恢复越 快，信号就越强；组织的T1越长，恢复越慢，信号就越弱。
磁共振成像基本脉冲序列
脉冲序列定义
所谓脉冲序列（pulse sequence），就是具有一定带宽、 一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲的有机组合。
脉冲序列分类
a. 自旋回波序列 b. 梯度回波序列 c. 反转恢复序列
2
1800 900
RF
(射频激励脉冲)
t
梯 度 周 期 与 成 像 时 序
(层面选择梯度）
图. 质子群的相位重聚
2015/10/28 19
2）自旋回波序列的时序
900 1800
预备脉冲 相位重聚脉冲或复相脉冲
900
RF (激发)
GSS
RF （信号）
FID
echo
Gpe Gro
TI TE
TE/2 TR
T’
图. 基本自旋回波脉冲序列
2015/10/28 20
3）自旋回波信号的波形因素及其影响因素
回波信号的幅度和带宽受磁场均匀性、组织本征T2的影响。
1800
（a）SE序列 的RF激励
（b）磁场均匀性 一定时信号的衰减 决定于T2的长度 （c）磁场均匀 性变差时信号持 续时间变短 （d）磁场均匀性 一致时短T2组织使 信号的衰减加快
900
TE/2
900
1/T2
FID FID FID TE
echo
2015/10/28 7
3.层面厚度
层面厚度（slice thickness）是成像层面在成像空间第三维方 向上的尺寸。 层厚越厚，体素体积就越大，结果导致更高的SNR和更低的 空间分辨率。
4.层间距
层间距（slice gap）又叫层距，是指两个相邻层面间的距离。 层间距过小，可能出现层间交替失真（cross contamination or interference between slices）
b. 回波时间
回波时间（TE，echo time）是指从第一个RF脉冲到回波信 号产生所需要的时间。在多回波序列中，RF脉冲至第一个 回波信号出现的时间称为TE1，至第二个回波信号的时间叫 做TE2。以此类推。TE和TR共同决定图像的对比度。
c.反转时间
在反转恢复脉冲序列中，1800反转脉冲与900激励脉冲之间的 时间间隔称为反转时间（TI，inversion time）。TI的长短



T2加权像： 长TR、长TE， T2像特点：组织的T2越长，恢复 越慢，信号就越强；组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱 。 质子密度加权像： 长TR、短TE，图像特点：组织的质子密度 越大，信号就越强； 质子密度越小，信号就越弱。
16
常规脉冲序列
a. 反转恢复序列 b. 自旋回波序列 c. 梯度回波序列
此外，还可以联合其他技术，形成所谓的复合序列。
2015/10/28
24
反转恢复脉冲序列
反转恢复（IR，inversion recovery）脉冲序列是在1800RF脉冲的激励下， 先使成像层面的宏观磁化强度矢量M翻转至主磁场的反方向，并在其弛豫 过程中施以900重聚脉冲，从而检测FID信号的脉冲序列。