平面回波成像序列

一节） ； （2）基于血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）效应的脑功能 成像。 （二）多次激发 SE-EPI T2WI 序列 多次激发 SE-EPI T2WI 序列一般在临床应用较少，激发次数常为 4~16 次，一般用于腹 部屏气 T2WI。 （三）单次激发 SE-EPI T2WI 序列 单次激发 SE-T2WI 序列在临床上应用较多，TR 为无穷大，因此剔除了 T1 弛豫对图像 对比的污染，根据需要和扫描机的软硬件条件，TE 一般为 50 ~ 120 ms。成像速度很快，单 层图像的 TA 在数十到 100 毫秒。在临床上单次激发 SE-EPI 序列主要用于： （1）脑部超快 速 T2WI，该序列图像质量不及 FSE T2WI，因此一般用于临床情况较差或不能配合检查的 病人； （2）腹部屏气 T2WI，该序列用于腹部的优点是成像速度快，数秒钟可完成数十幅图 像的采集，即便不能屏气也没有明显的呼吸运动伪影；缺点在于磁化率伪影较明显； （3）在 该序列基础上施加扩散敏感梯度场即可进行水分子扩散加权成像（DWI） ，主要用于超急性 期脑梗塞的诊断和鉴别诊断（详见扩散加权成像一节） 。 （四）多次激发 IR-EPI T1WI 序列。该序列在临床上的应用也较少，ETL 一般为 4 ~ 8， 相位编码步级一般为 128，因此需要进行 16 ~ 32 次激发。该序列一般用于心肌灌注加权成 像。 （五）单次激发反转恢复 SE-EPI 序列。该序列在临床上应用不多，可作为脑部超快速 FLAIR 扫描，在此序列基础上施加扩散敏感梯度场也可进行 DWI。
90° 180° 90° 180° 90° 180°
பைடு நூலகம்
TE TR
TI
TE TR
图 46 图 46 SE-EPI 序列结构示意图
图 47 SE-EPI 序列的预脉冲是 SE 序列， 后随 EPI 采集。 180复相脉冲产生
的自旋回波填充在 K 空间中心决定图像的对比，EPI 采集的梯度回波链主要决定图像的结构细节。把 90 脉冲中点与自旋回波中点的时间间隔定义为 TE，把两次相邻的 90脉冲中点的时间间隔定义为 TR，如果 是单次激发 SE-EPI，则 TR 为无穷大。 图 47 IR-EPI 序列结构示意图 IR-EPI 序列最早施加的是 180反转预脉冲，180脉冲后，组织将发 生纵向弛豫，经过一定时间后，由于纵向弛豫速度不同各组织的宏观纵向磁化矢量将出现差别，这时利用 90脉冲把这种宏观纵向磁化矢量差别偏转 90，变成宏观横向磁化矢量差别，立刻使用 EPI 技术采集回波 来记录这种宏观横向磁化矢量差别。我们把 180反转预脉冲中点与 90脉冲中点的时间间隔定义为 TI；把 90脉冲中点与填充 K 空间中心的回波中点的时间间隔定义为有效 TE；把两次相邻的 180反转脉冲中点的 时间间隔定义为 TR，如果是单次激发 IR-EPI 序列则 TR 为无穷大。
第十节 平面回波成像序列
平面回波成像（echo planar imaging，EPI）技术早在上世纪 70 年末就有人提出，但由 于 EPI 技术需依赖于高性能梯度线圈，因此在临床上的应用一直到上世纪 90 年代中后期才 得以实现。EPI 是目前最快的 MR 信号采集方式，利用单次激发 EPI 序列可在数十毫秒内完 成一幅图像的采集。 一、EPI 技术 EPI 是在梯度回波的基础上发展而来的，EPI 技术本身采集到的 MR 信号也属于梯度回 波。一般的梯度回波是在一次射频脉冲激发后，利用读出梯度场（即频率编码梯度场）的一 次正反向切换产生一个梯度回波（图 42） ；EPI 技术则与之不同，它是在一次射频脉冲激发 后，利用读出梯度场的连续正反向切换，每次切换产生一个梯度回波，因而将产生多个梯度 回波（图 45a） ，因而有回波链的存在。因此，实际上 EPI 可以理解成“一次射频脉冲激发采 集多个梯度回波”。
脉冲
回波 1 回波 2
相位编码
回波 3 回波 4
读出梯度
回波 2 回波 4 回波 6
回波 5 回波 6 回波 7 回波 1 回波 3 回波 5 回波 7
Ky
MR 信号
Kx
a
图 45 常规 EPI 的序列结构及 K 空间填充轨迹示意图
b
图 a 为常规 EPI 序列结构示意图，图中省略
了层面选择梯度。EPI 是在射频脉冲激发后利用梯度场连续的正反向切换，从而产生一连串梯度回波。利 用相位编码梯度场与读出梯度场相互配合，完成空间定位编码。图 b 示 EPI 序列的 K 空间填充轨迹，由于 EPI 特殊的信号采集方式，其原始数据的 K 空间填充轨迹与一般 MR 成像序列不同，是一种迂回的填充轨 迹。
3. 反转恢复 EPI 序列 所谓反转恢复 EPI（inversion recovery EPI，IR-EPI）序列是指 EPI 采集前施加的是 180 反转恢复预脉冲。实际上 IR-EPI 有两种： （1）在 GRE-EPI 序列前施加 180反转预脉冲（图 47） ，这种序列一般为 ETL 较短（ETL=4~8）的 MS-EPI 序列，常用作超快速 T1WI 序列， 利用 180反转预脉冲增加 T1 对比，利用短 ETL 的 EPI 采集技术不但加快了采集速度，也 可选用很短的 TE 以尽量剔除 T2*弛豫对图像对比的污染。 （2）在 SE-EPI 前施加 180反转 预脉冲，这种序列可以采用 SS-EPI 或 MS-EPI，可作为 FLAIR 或 DWI 序列 三、EPI 序列的临床应用 近年来 EPI 序列在临床上应用日益广泛， 其用途与其预脉冲和序列结构密切相关， 下面 以不同的序列结构分别简述其临床应用。 （一）单次激发 GRE-EPI T2*WI 序列 GRE-EPI T2*WI 序列多在 1.0T 以上扫描机上使用，一般采用 SS-EPI，TR 为无穷大， 在 1.5 T 扫描机上，TE 一般为 30 ~ 50 ms。单层 TA 仅需要数十毫秒，1 秒钟可完成数十幅 图像的采集。该序列主要用于： （1）MR 对比剂首次通过灌注加权成像（详见灌注加权成像
反向梯度场施加的时间过第二个回波中点后又成为反向离相位梯度场。 如此周而复始， 产生 一连串正向和反向相间的梯度回波，正由于 EPI 序列中这种正向和反向相间的梯度回波链， 决定了其 MR 原始数据在 K 空间中需要进行迂回填充（图 45b） 。 二、EPI 序列的分类 EPI 序列的分类方法主要两种，一种按照一幅图像需要进行射频脉冲激发的次数进行分 类；另一种则根据其准备脉冲进行分类。 （一）按激发次数分类 按一幅图像需要进行射频脉冲激发的次数，EPI 序列可分为多次激发 EPI 和单次激发 EPI。 多次激发 EPI（multishot EPI，MS-EPI）是指一次射频脉冲激发后利用读出梯度场连续 切换采集多个梯度回波，填充 K 空间的多条相位编码线，需要多次射频脉冲激发和相应次 数的 EPI 采集及数据迂回填充才能完成整个 K 空间的填充。 MS-EPI 所需要进行的激发次数， 取决于 K 空间相位编码步级和 ETL。如 K 空间相位编码步级为 128，ETL＝16，则需要进 行 8 次激发。因此实际上从数据采集的角度来说，MS-EPI 与 FSE 颇为相似，两种序列均是 在一次射频脉冲激发后采集多个回波，填充 K 空间的多条相位编码线，需要重复多次激发 方能完成整个 K 空间的填充。两种序列的不同之处在于： （1）FSE 序列是利用 180复相脉 冲采集自旋回波链，而 MS-EPI 是利用读出梯度场的连续切换采集梯度回波链； （2）FSE 的 K 空间是单向填充，而 MS-EPI 的 K 空间需要进行迂回填充； （3）由于梯度场连续切换比连 续的 180脉冲所需的时间要短的多，因此 MS-EPI 回波链采集要比 ETL 相同的 FSE 序列快 数倍。 如果 EPI 序列填充 K 空间的所有数据在一次射频脉冲后全部采集，这种序列被称为单 次激发 EPI（single shot EPI，SS-EPI）序列。从数据采集角度来说，SS-EPI 序列与单次激发 FSE（SS-FSE）序列相似，均是在一次射频脉冲激发后完成 K 空间全部数据的采集。两种 序列的不同之处则相当于 MS-EPI 序列与 FSE 序列的差别。SS-EPI 序列是目前采集速度最 快的 MR 成像序列，单层图像的 TA 可短于 100ms。 SS-EPI 与 MS-EPI 各有优缺点： （1）SS-EPI 的成像速度明显快于 MS-EPI，因此更适用 于对速度要求很高的功能成像； （ 2）由于 ETL 相对较短，MS-EPI 的图像质量一般优于 SS-EPI，SNR 更高，EPI 常见的伪影更少。 （二）按 EPI 准备脉冲分类 EPI 本身只能算是 MR 信号的一种采集方式，并不是真正的序列，EPI 技术需要结合一 定的准备脉冲方能成为真正的成像序列， 而且 EPI 序列的加权方式、 权重和用途都与其准备 脉冲密切相关。 1. 梯度回波 EPI 序列 梯度回波 EPI（GRE-EPI）序列是最基本的 EPI 序列，结构也最 简单，是在 90脉冲后利用 EPI 采集技术采集梯度回波链。图 45a 所示即为 GRE-EPI 序列， 90脉冲后，回波链采集的信号符合 T2*衰减曲线，因此有的文献也把该序列称为 FID-EPI 序列。 GRE-EPI 序列一般采用 SS-EPI 方法来采集信号。 GRE-EPI 序列一般用作 T2*WI 序列。 2. 自旋回波 EPI 序列 如果 EPI 采集前的准备脉冲为一个 90脉冲后随一个 180脉冲，
由于 EPI 回波是由读出梯度场的连续正反向切换产生的，因此产生的信号在 K 空间内 填充是一种迂回轨迹（图 45b） ，与一般的梯度回波类或自旋回波类序列（图 17）显然是不 同的。这种 K 空间迂回填充轨迹需要相位编码梯度场与读出梯度场相互配合方能实现，相 位编码梯度场在每个回波采集结束后施加， 其持续时间的中点正好与读出梯度场切换过零点 时重叠（图 45a） 。 从图 45a 可以看出，EPI 序列利用读出梯度场连续切换产生回波，先施加的是反向的离 相位梯度场，然后切换到正向，成为聚相位梯度场，产生第一个梯度回波，正向梯度场施加 的时间过第一回波中点后，实际上又成为正向的离相位梯度场，施加一定时间后，切换到反 向， 这时反向梯度场成为聚相位梯度场， 从而产生与第一个回波方向相反的第二个梯度回波，
即自旋回波序列方式，则该序列被称为 SE-EPI 序列。180脉冲将产生一个标准的自旋回波， 而 EPI 方法将采集一个梯度回波链，一般把自旋回波填充在 K 空间中心，而把 EPI 回波链 填充在 K 空间其他区域。 由于与图像对比关系最密切的 K 空间中心填充的是自旋回波信号， 因此认为该序列得到的图像能够反映组织的 T2 弛豫特性，因此该序列一般被用作 T2WI 或 水分子扩散加权成像 （diffusion-weighted imaging， DWI） 序列。 SE-EPI 序列可以是 MS-EPI， 也可以是 SS-EPI。