磁共振成像序列及应用 杨正汉ppt课件.ppt
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1、MRI序列及其临床应用,杨正汉卫生部北京医院放射科北京大学第五临床医学院,磁共振成像的物理学原理磁共振信号快速采集技术磁共振成像序列及其临床应用,什么是序列(Sequence)?,MR信号与下列因素有关:质子密度T1、T2值化学位移相位运动上述每个因素对MR信号的贡献受RF脉冲的调节、所用的梯度以及信号采集时刻的控制。,MR成像过程中,RF脉冲、梯度、信号采集时刻的设置参数的组合称为脉冲序列(Pulse Sequence),激发脉冲预脉冲组织饱和,信号产生Signal Production,FIDSpin EchoGradient Echo,自旋准备Spin Preparation,图像,脉冲
2、序列的两个基本组成部分,MRI序列的分类,用射频脉冲(180度)产生回波的序列,用读出(频率编码)梯度切换产生回波的序列,同时有自旋回波和梯度回波的序列,自旋回波序列Spin Echo,SE,梯度回波序列Gradient Recalled Echo,GRE,杂合序列 Hybrid Sequence,脉冲激发后直接采集自由感应衰减信号,自由感应衰减序列Free Induction Decay,FID,自由感应衰减序列自旋回波类序列梯度回波类序列杂合序列,MRI sequence tree,一、自由感应衰减序列,90度脉冲产生最大的横行磁化矢量,此时采集的MR信号最强,由于T2*衰减,FID信号衰
3、减很快,大约只有20ms时间对FID进行空间编码,因而临床上很少采用。,饱和恢复(部分饱和)序列Saturation RecoveryPartial Saturation,饱和恢复(SR)序列结构示意图,SR序列一般用于T1WI,TR决定SR序列的T1对比,选择两种组织T1值之间的TR能产生较好的T1对比。在1.0T 1.5T的MR机上,SR-T1WI一般TR为400ms600ms,400高斯场强部分饱和T1WITR=125 ms;TE=20 ms,二、自旋回波类序列,自旋回波类MRI序列,Spin Echo,SE(自旋回波)RARE(弛豫增强快速采集)SS-RARE(单次激发RARE)HF-
4、SS-RARE(半傅立叶采集单次激发RARE)IR(反转恢复)TIR(快速翻转恢复),1、自旋回波序列,自旋回波(spin echo,SE)序列,SE序列的特点,目前最常用的T1WI序列组织对比良好,SNR较高,伪影少信号变化容易解释最常用于颅脑、骨关节软组织、脊柱腹部已经逐渐被GRE序列取代T2WI少用SE序列(太慢、伪影重)扫描时间2-5分钟,SE序列的临床应用图片,腕关节高分辨SET1WI,颈椎间盘突出,左枕叶脑脓肿,SET1WI,SE-T1WI增强扫描,自旋回波类MRI序列,Spin Echo,SE(自旋回波)RARE(弛豫增强快速采集)SS-RARE(单次激发RARE)HF-SS-R
5、ARE(半傅立叶采集单次激发RARE)IR(反转恢复)TIR(快速翻转恢复),2、RARE序列,RARE序列,在临床上常称为快速自旋回波TSE(turbo spin echo)(西门子,飞利浦)FSE(fast spin echo)(GE公司),SE,FSE,回波1,回波2,回波5,回波4,K频率,K相位,回波3,90,回波1,回波2,回波5,回波4,回波3,180,180,180,180,180,90,ES,ETL5,有效TE,TR,FSE序列的结构和K空间填充,90,回波1,回波2,回波5,回波4,回波3,180,180,180,180,180,90,ES,ETL5,有效TE,TR,FSE
6、序列回波链中各回波的强度及TE不同,100%,时间(ms),Mxy,TE1,TE2,TE3,TE4,TE5,回波1强度,回波2强度,回波3强度,回波4强度,回波5强度,FSE序列的特点,快速成像回波链中每个回波信号的TE不同,从而减低了组织对比FSE序列图像的模糊效应 脂肪组织信号强度增高 对磁场不均匀性不敏感 能量沉积增加,ETL越长 成像越快 图像SNR越低 图像T2对比越差 图像的模糊效应越重 脂肪信号越亮 SAR值越高,回波间隙越小 回波间幅度差别越小,图像对比增加 图像模糊效应越轻 脂肪信号越高 在保持对比和模糊效应的前提下,允许的ETL越长 SAR值越高,FSE序列重要参数改变产生
7、的效果,根据回波链长度(ETL)FSET1WI(ETL2-4)短回波链FSET2WI(ETL5-10)中等长度回波链FSET2WI(ETL10-20)长回波链FSET2WI(ETL20)FSE的改进序列 FSE-LX Tailored RF 快速恢复FSE(Fast Recovery FSE,FRFSE),(1)、TSE-T1WI序列,由于SE-T1WI图像质量好,对比佳,时间不太长,因而仍是临床上最常用的T1WI序列。TSE-T1WI在临床上相对较少使用。TSE-T1WI的ETL常为2-4临床应用:脊柱脊髓四肢关节心脏成像腹部成像(少用),TSE-T1WI的优缺点,优点:比SE-T1WI快速
8、,甚至可以屏气扫描,缺点;TE时间较长,图像受T2污染,T1对比降低与GRET1WI相比速度还不够快,正常心脏TSE-T1WI,屏气扫描23秒,ETL=3,脊柱TSE-T1WI,(2)、短ETL的FSE-T2WI,ETL=5-10优点:快速(2-7分)、T2对比与SE序列相近缺点:运动伪影(胸腹部)临床应用:颅脑常规T2WI呼吸门控T2WI序列用于胸腹部成像,是目前最普遍采用的肝脏快速T2WI序列,其他序列的评价以此序列为参照。,(3)、中ETL的FSE-T2WI,ETL10-20优点:扫描速度快(1-5分钟)缺点:T2对比不及SE或短回波链的FSE-T2WI运动伪影,临床应用:重点显示解剖结
9、构的部位(如脊柱、骨关节)本身T2对比较好的器官(如前列腺)。,FSE-T2WIETL15Matrix512256TA2分48秒,FSET2WIETL15,16,ETL=15,TA=3分49秒,膝关节后交叉韧带断裂,ETL=15,TA=3分49秒,ETL20有效TE常大于100ms优点:成像快(20-30S),可屏气扫描缺点:T2对比较差;屏气不好者仍有伪影,(4)、长ETL的TSE-T2WI,临床应用:胸腹部的屏气T2WI在肝脏用于囊性、实性病变的鉴别诊断呼吸触发MRCP,TSE-T2WI,ETL=29,屏气23秒,ETL=23屏气扫描25秒鉴别囊性病变与实性病变,ETL=29屏气扫描21秒
10、鉴别囊性病变与实性病变,呼吸触发FSEMRCP(MIP)ETL=24,TR4-5呼吸周期,TE=250msTA3分44秒,FSE的改进序列在每一次90脉冲的最后一个回波采集后,施加一个负90脉冲将残留的横向磁化矢量打到纵向主要使FSE T2WI上长T2的结构(如脑脊液)信号强度增高,增加对比主要用于短回波链的FSE T2WI在采集层面足够的情况下可缩短TR,(5)、快速恢复FSE T2WI,180度脉冲8个,ETL7,FSE T2WI,FRFSE T2WI,TR=2000ms,TE=100ms,Matrix448256,ETL=9NEX=2,TA=132,FOV=24cm18cm,(6)射频放
11、大器功率增大后对FSE的影响,90,180,180,180,180,180,90,90,180,90,180,180,180,180,ES:12-20ms,7-15 ms,90,回波1,回波2,回波5,回波4,回波3,180,180,180,180,180,90,ES,ETL5,有效TE,TR,100%,时间(ms),Mxy,TE1,TE2,TE3,TE4,TE5,回波1强度,回波2强度,回波3强度,回波4强度,回波5强度,(7)、Tailored RF,90,回波1,回波2,回波5,回波4,回波3,180,180,180,180,180,90,Tailored RF:减少模糊效应,90,回波
12、1,回波2,回波5,回波4,回波3,145,160,170,175,180,90,Tailored RF:减少模糊效应(特别是FSE T1WI和PD),PD without TRF,PD with TRF,自旋回波类MRI序列,Spin Echo,SE(自旋回波)RARE(弛豫增强快速采集)SS-RARE(单次激发RARE)HF-SS-RARE(半傅立叶采集单次激发RARE)IR(反转恢复)TIR(快速翻转恢复),3、单次激发RARE序列,SIEMENSSS-TSEPHILIPS SS-TSEGE SS-FSE,FSE,SS-FSE,一次激发后利用连续的180度脉冲采集全部信号优点:快速(单层
13、图像采集1秒以内)缺点:T2加权太重,T2对比差,除较纯的水外,其他组织的信号几乎完全衰减用途:水成像,尤其是MRCP、MRM,SS-RARE,一次投射成像MRCPTR无穷大,TE1100ms扫描时间1秒,SS-RARE,一次投射成像MRCPTR无穷大,TE1100ms扫描时间4秒,SS-RARE,一次投射成像MRCPTR无穷大,TE1100ms扫描时间4秒,SS-RARE,一次投射成像MRCPTR无穷大,TE1100ms扫描时间4秒,SS-TSE MRCP,SS-RARE,一次投射成像MRCPTR无穷大,TE1100ms扫描时间4秒,急性胰腺炎,神经源性膀胱,SS-RARE,一次投射成像MR
14、MTR无穷大,TE1100ms扫描时间5秒,4、半傅立叶采集单次激发RARE,SIEMENSHASTEPHILIPS HF-SS-TSEGE HF-SS-FSE,HASTE的K空间填充,NX,NY,半傅立叶技术+单次激发技术+快速自旋回波优点:快速(1秒以内)有效TE较短(70ms),有利于肝脏成像几乎无伪影缺点:T2对比不及SE及呼吸门控TSE,用途:腹部屏气T2WI(加脂肪抑制可增加对比)MRCP、MRU颅脑、脊柱超快速T2WI(躁动病人),HASTE-T2WI,有效TE60ms,扫描时间0.8秒,HASTE-T2WI,单层扫描时间0.8秒,HASTE-T2WI,单层扫描时间0.8秒,呼吸
15、触发FSE-T2WI与HASTE-T2WI序列的比较,呼吸触发FSE T2WI,HF-SS-FSE T2WI,HASTE-T2WI(单层0.8秒)HASTEMRCP(19层13秒),HASTEMRCP21层17秒MIP重建,SS-RARE,一次投射成像MRCPTR无穷大,TE1100ms扫描时间4秒,胆总管下端结石,SS-TSE Projection MRCP,HASTE T2WIMRCP Raw Image,HASTE MRCP,Raw Image,胆总管癌,HASTE-T2WI(单层0.8秒)HASTEMRCP(15层11秒),HASTE用于颅脑T2WI,TSE-T2WI,HASTE-T2
16、WI,IR-HASTE T1WI,超快速T1WI单层采集时间小于1秒用于不能合作的病人T1对比较差空间分辨低,IR-HASTE的K空间填充,NX,NY,IR-HASTE T1WITI=800msTE=20 msTA=600 ms,自旋回波类MRI序列,Spin Echo,SE(自旋回波)RARE(弛豫增强快速采集)SS-RARE(单次激发RARE)HF-SS-RARE(半傅立叶采集单次激发RARE)IR(反转恢复)TIR(快速翻转恢复),5、翻转恢复序列,SIEMENSIRPHILIPS IRGE IR,IR Inversion Recovery,激发角度越大,纵向弛豫所需时间越长激发角度越大
17、,T1成分越大,T1对比越大90度脉冲能产生最大的横向磁化矢量180度脉冲产生反向的纵向磁化矢量,Time(ms),纵向磁化矢量,90度脉冲后的纵向弛豫,与90度脉冲相比,180度脉冲能将组织的纵向弛豫差别增加1倍,也就是说T1对比增加1倍,40km/h,50km/h,1小时后,2小时后,翻转恢复序列结构图,TI,TE,TR,IR=180预脉冲SE,SE序列的T1对比决定于TR,选用的TR接近于组织的T1值可获得较好的T1对比。IR序列的T1对比决定于TI,选用的TI接近于组织的T1值可获得更好的T1对比。与SE序列一样,IR序列应选用尽量短的TE尽量剔除T2弛豫对图像对比的影响。IR序列中,
18、TR应尽量长(TRTI 5T1),至少与T2WI的TR一样长。,IR序列的优点:T1对比很好IR序列的缺点:扫描时间很长(长TR)临床应用:增加T1对比,特别是脑灰白质对比,尤其适用于婴儿的脑T1WI,IR-T1WI,冠状面Philips公司,IR-T1WI,横断面Siemens公司,SE-T1WI,横断Siemens公司,自旋回波类MRI序列,Spin Echo,SE(自旋回波)RARE(弛豫增强快速采集)SS-RARE(单次激发RARE)HF-SS-RARE(半傅立叶采集单次激发RARE)IR(反转恢复)TIR(快速翻转恢复),6、快速翻转恢复序列,SIEMENSTIRPHILIPS IR
19、-TSEGE IR-FSE,TIR Turbo Inversion Recovery,翻转恢复与TSE-T2WI的结合,TI,Time(ms),180度脉冲后的纵向弛豫,纵向磁化矢量,脂肪,水,肝脏组织,IR-TSE可采用不同的TI选择性地抑制一定T1值的组织信号,抑制某种组织信号的TI值等于该组织T1的69(70),抑制脂肪的TI225ms70%157.5ms,抑制纯水的TI3500ms702500ms,临床应用:脂肪抑制(short TI inversion recovery,STIR),特别适用于低场强MR黑水作用(fluid attenuated inversion recovery,
20、FLAIR)T1WI FLAIR,注意:IR-TSE序列需要采用较长的TR,FLAIR序列,TSE-T2WI,FLAIR(TIR),TI=2500ms,STIR-TSE-T2WI,STIR,TIRT2WISTIRTI150msTR6000msETL11TE90msMatrix256192Nex2TA3分30秒,T1WI FLAIR,FIR T1WIIR+短回波链FSE利用IR增加T1对比TI 750ms(1.5T)TI 500ms(0.3T)TR1500ms(低场)TR2000ms(高场)TE尽量短(20ms)T1对比高于SE但低于IR,IR T1WI,FIR T1WI,SE T1WI,三、梯
21、度回波类序列,GRE序列是最常用的快速成像序列之一,利用梯度场的反向切换产生回波,它的序列结构特点是:短TR和小偏转角(90),SE序列中的90脉冲产生最大的横向磁化矢量,纵向磁化矢量为0,T1弛豫需要化很长的时间才能产生足够的纵向磁化矢量供下一次90脉冲激发(较长的TR)。GRE序列采用小角度如20脉冲进行激发,可产生34的横向磁化矢量,而纵向磁化矢量保持原来的94,下一个脉冲进行激发前就有足够的纵向磁化矢量。,GRE序列中,下一个RF脉冲激发前的纵向磁化矢量由下列两部分构成:前一次脉冲继发后残留的纵向磁化矢量TR间期内T1弛豫恢复的纵向磁化矢量,GRE序列的稳态(Steady State)
22、,MZ越小,纵向弛豫越快。每一次激发,MZ进一步缩小,但纵向弛豫也同时进一步加快。数个脉冲后,这两种相反的过程将达到平衡(稳态)。自此,每次脉冲继发后,MZ保持相同。,平衡态,第一次激发后,第二次激发前,第二次激发后,第三次激发前,第三次激发后,第四次前:63.5%第四次后:31.75%第五次前:63%,离相位梯度,聚相位梯度,离相位梯度,聚相位梯度,右,右,左,左,时间(ms),Mxy,T2*,T2,T2*(GRE),GRE回波,SE回波,梯度回波类序列,扰相梯度回波(Spoiled GRE)真实稳态进动快速成像(True FISP)磁化准备梯度回波序列(MP GRE),1、扰相梯度回波,S
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