04.磁共振成像基本脉冲序列

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。
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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。
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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）



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。
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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
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Fra Baidu bibliotek
（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
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。
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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。
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。
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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
Gz
t 最后一个成像周期 t
(相位编码梯度）
Gy
第一个成像周期
Gx
(频率编码梯度）
t echo FID t
射频（RF）接收信号
TE TR t
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脉冲序列时序图中常用的符号（元素）
900及其1800 射频脉冲
900
1800
900
1800
900
1800
相位编码脉 冲（Gpe）
频率编码梯度或 层选梯度（Gro）
1800
RF GSS Gpe echo Gro TI
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900
1800
1800
TE/2
TR
TE/2
T’
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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
MRI of the Brain - Axial
T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms
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T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms
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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。
一般将层距与层厚之比称为层面系数。
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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。
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x
x
x
x
y
y
y
y
（a）核磁矩受900 脉冲激励后同其他 核磁矩一起倒向y轴
（b）在不均匀场 △Bi中该核磁矩获 得了△ωiτ的相位
（a）1800脉冲使核 磁矩的相位成了 －△ωiτ
（a）τ时延后该 核磁矩与其他核 磁矩在y轴重聚
图. 自旋回波产生过程中单一磁矩的相位变化
900脉冲激励 失相开始 失相过程 1800脉冲重聚 相位重聚过程 自旋回波形成
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。
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
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
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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）
T1
(a). M的激发及恢复
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反转恢复脉冲序列的信号特点
反转恢复序列的信号不仅与T1弛豫时间和质子密度有关，还 与序列参数TI和TR有关。 在TI 一定、TR足够长时，信号强度因组织的T1不同而不 同，即此时序列表现出高度的T1敏感性。因此，IR序列可以 用来产生较大的T1对比度。
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图像加权
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MRI of the Brain - Sagittal
T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms
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T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms
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Proton Density TE = 14 ms TR = 1500 ms
MZ M0
T1较短的组织
0
-M0
T1 2T1 3T1 4T1 5T1 6T1
T1居中的组织 T1较长的组织
图. 反转恢复脉冲序列组织T1对比度的形成
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STIR (Short TI inversion Recovery)
Short TI, to suppress fat signal A TI of 150-175ms achieves fat suppressionalthough this value varies at different field strengths, (140ms for 1.5T scanner). Figure 5-8below shows that a STIR sequence uses a short TI to suppress the signal from fat in a T2weighted image.
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
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（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。
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
900 RF echo1 echo Gpe TR echo2 echo3 1800 1800 1800 900
图. 快速自旋回波序列（ETL=3）
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b. 回波间隔时间
回波间隔时间（ETS，echo train spacing）是指快 速自旋回波序列回波链中相邻两个回波之间的时间 间隔。ETS决定序列回波时间的长短，因而关系到 图像对比度。
此外，还可以联合其他技术，形成所谓的复合序列。
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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。
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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
FLAIR (FLuid Attenuated Inversion Recovery)
图. 质子群的相位重聚
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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
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3）自旋回波信号的波形因素及其影响因素
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
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图. 用自旋回波技术测定T2的原理
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（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。
回波信号 （echo）
自由感应衰减 信号（FID）
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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。