【核磁共振成像】临床基本通用脉冲序列(一)

简介: 【核磁共振成像】临床基本通用脉冲序列

一、脉冲序列

  脉冲相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号,大部分信号周期内没有信号。

  序列是具有一定带宽一定幅度射频脉冲与梯度脉冲的有机组合

  MR图像的信号强度取决于射频脉冲的发射方式梯度磁场的引入方式MR信号的读取方式等。为不同成像目的而设计的一系列射频脉冲、梯度脉冲和信号采集按一定时序排列称作脉冲序列。

  为方便后续的理解,这里给出脉冲和脉冲序列的定义:产生一个磁共振图像数据的步骤通常叫作脉冲序列

像脉搏似的短暂起伏的电冲击

  原始傅里叶成像

    ↓(修改t1为固定量,Gy为步进值)

spin-warp傅里叶成像

    ↓(采集回波信号而非自由感应衰减信号FID)(规避前端误差和延时采样)

  回波技术(通常伴随一定信号损失)

  自旋回波(SE)序列反向恢复(IR)序列

  梯度回波(GE)序列受激回波序列

RF激发脉冲结束后FID信号跳变,带来采集记录诸多不便


二、自旋回波(SE)脉冲序列

2.1 自旋回波脉冲序列

  选层梯度Gs、读出梯度(频率编码梯度)Gr、相位编码梯度Gp(可编程步进值)、回波时间TE、重复时间TR

  假定磁场是不均匀的,90°脉冲后,经过一定的Ti时间,横向磁化矢量发生散相;此时施加一180°重聚脉冲以反转横向磁化矢量的相位,再经过同样的Ti时间,可实现 相位重聚

  回波时间TE(Time of Echo)射频脉冲与相应的回波之间的时间间隔。TE决定回波的采集时间,也决定组织宏观横向磁化矢量Mxy的衰减程度。

基本单层面自旋回波脉冲序列

  在90°RF脉冲后就已经出现信号峰,但所需的是回波,即回旋信号峰

  故,使用180°重聚相脉冲以得到回波

  Gs第一块的上半部分容易理解,用于使不同层的横向磁化强度有不同的进动频率,进而实现选层下半部分使90°RF脉冲过后倾倒的FID信号尽快衰减到零以缩短回波时间TE,进而提高成像速度

  Gs第二块用于补偿在90°脉冲后的散相,使得回波峰值取得最大值

  第一块与第二块读出梯度叶协同完成频率编码。

基本单层面自旋回波脉冲序列


2.2 信噪比、差噪比

  信噪比,顾名思义,为信号噪声比

  根据所用回波序列的不同,信噪比、差噪比的定义也不一样。

  信噪比SNR:与激发次数、取样点数、编码步数等有关,用于衡量获得信号的好坏

  为获得更为优质的图像,可通过但不限于 减小取样层面厚度减小像素大小(减小视野或增大矩阵) 等手段提高空间分辨率,但它们收到信噪比的限制;也可增加激发次数,但这意味着扫描时间的延长或更大的场强B0

  差噪比CNR:信号与干扰和噪声比,为接收到的有用信号的强度和接收到的干扰信号的强度比值,用于评估MRI检测低对比度病灶的能力。


2.3 采样

  频率编码Kx,相位编码Ky,列数(取样点数)Nx,行数(相位编码步数)Ny

数据矩阵和K-空间

  傅里叶行(view):采一个回波填充数据矩阵的一行,傅里叶行之间的时间间隔为重复时间TR

SE回波的MRI过程

混叠现象及过采样

  数据的采集是一个填充矩阵的过程,而所采集的每个点(这里叫矩阵元)时采样频率需满足奈奎斯特定理,考虑到由于梯度场和RF体线圈的B1场覆盖了整个物体或截面,物体中实际的最高拉莫尔频率大于信号最高频率,须保证采样频率大于两倍信号最高频率。若等于甚至低于两倍的奈奎斯特频率,采样数据就会出现虚假的低频部分,此现象为 混叠

数据矩阵和K-空间

  为解决混叠问题一般采用过采样。顾名思义,即 按物体最高拉莫尔频率来设定取样频率为其二倍,在图像重建后把多取的那部分图像舍去

混叠现象及过采样

  由原始数据信号采样填充后得到的K空间数据矩阵。这里的采集也有必要说明。

  因受T2弛豫影响采集时先采中央再取两边以减弱T2影响。采集傅里叶行的次序,顺序采集层面可能会发生 层面干涉取样层面的厚度也有一定的要求,这些暂且搁置。对K空间进行数据重建,其各值用灰度值显示便是右下图,在经过傅里叶变化等操作可得重建的图像。

SE回波的MRI过程


2.4 改进的自旋回波变型序列

标准双回波或多回波序列时序图

快自旋回波(fSE)序列时序图

快恢复快SE序列

多层面SE扫描(MSE)

  增加激励次数,进一步提高信噪比,可用多个相位编码步相同的180°脉冲以得到多个自旋回波回波数量增加,相当于采集同相位的数据增加自然能提高信噪比。但不是无限增加的,回波会因为T2弛豫而产生衰减,这也造成了之后的回波逐渐变小的情况。

  权重的概念相对较为清楚,加权则是突出表示部分数据的意思。以双回波序列为例,进一步对其分析。第一个回波的TE短,可得自旋密度成像;而第二个回波的回波时间较长,可近似为T2,便可得T2加权像

标准双回波或多回波序列时序图

  同样的,一次RF激发施加多个180°脉冲,以产生多个回波

  每次施加的梯度编码步Gp不同,故多个回波对应多个不同的梯度编码步;而在每个回波采集完后施加一个与Gp等大方向的回绕梯度消除了相位编码梯度的不同而造成的相位渐渐不再聚合的影响提高了信噪比,也很大程度地缩短了扫描时间

快自旋回波(fSE)序列时序图


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