常用脉冲序列及其应用

常用脉冲序列及其应用第1页，共48页，2023年，2月20日，星期一脉冲序列(pulsesequence)是指具有一定带宽、一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲组成的脉冲程序。不同的脉冲序列及序列参数决定了图像的加权特性、图像质量以及对病变显示的敏感性。目前用于临床成像的脉冲序列有很多种，而且随着设备硬件和软件的进步，脉冲序列，特别是快速和超快速成像序列将会有更大的发展，临床应用的范围也会不断扩展。脉冲序列不但品种多，而且各MR设备制造厂家均发展并形成了自己独特的序列，并具有各自不同的名称。第2页，共48页，2023年，2月20日，星期一第3页，共48页，2023年，2月20日，星期一第4页，共48页，2023年，2月20日，星期一一、自旋回波脉冲序列1.序列构成自旋回波（spinecho；SE）脉冲序列是目前临床MRI检查中最基本、最常用的脉冲序列。SE序列包括单回波SE序列和多回波SE序列。该序列以90RF激励脉冲开始，继而施加一次或多次180相位重聚脉冲使质子相位重聚，产生自旋回波信号。第5页，共48页，2023年，2月20日，星期一第6页，共48页，2023年，2月20日，星期一第7页，共48页，2023年，2月20日，星期一从90脉冲开始至下一次90脉冲开始的时间间隔为TR，从90脉冲开始至获取回波的时间间隔为TE。如在90脉冲后仅使用一次180相位重聚脉冲，则仅取得一次回波，称为单回波SE序列；如在90脉冲后使用多次180相位重聚脉冲，则产生多个回波，称为多回波SE序列。在实际扫描中，常使用单回波SE序列获取T1WI；使用多回波SE序列，产生PDWI和T2WI，其中短TE、长TR的第一回波为PDWI，长TE、长TR的第二次回波用于产生T2WI。

第8页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.扫描参数通过对TR和TE值的选择，可获得不同程度的T1WI、T2WI和PDWI。1）PDWI：选用长TR（1500～2500ms）和短TE（10～25ms），得到质子密度加权像。在PDWI上，质子密度越大，信号越高；质子密度越小，信号越低。2）T2WI：选用长TR（1500～2500ms）和长TE（80～120ms），得到T2加权像。随着TE延长，T2权重会加大。在T2WI上，T2越长，信号越高，T2越短，信号越低。

第9页，共48页，2023年，2月20日，星期一3）T1WI：选用短TR（300～600ms左右）和短TE（10～25ms），得到的MR影像为T1加权像。T1WI上组织的对比主要受TR影响。在T1WI上，T1越短，信号越强，T1越长，信号越弱。若在MR成像中均选用中等长度的TE与TR，无法突出T1、T2与质子密度对MR信号强度及组织对比的作用，不适于医学成像。

第10页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.优缺点尽管近年来发展了很多新的MR成像序列，但SE序列仍保持着MR诊断的主导地位，一方面因为SE序列采用180°RF脉冲克服外磁场的不均匀性带来的弊端，能显示典型的T1WI、T2WI和PDWI，尤其在显示T2加权像方面是其它序列不能比拟的。另一方面与其它序列相比，SE序列的图像对常见的伪影（例如运动伪影和磁敏感性伪影）较不敏感。SE序列的主要缺点是扫描时间较长，尤其是应用长TR和长TE产生T2WI时。

第11页，共48页，2023年，2月20日，星期一4.应用常规SE脉冲序列是临床用途最广泛的标准成像序列，适用于绝大多数行MRI检查的病人，其中T1WI适于显示解剖结构，T2WI则对病变更敏感。因为顺磁性对比剂具有缩短T1的增强效应，在T1WI上更易于进行增强前后信号强度变化的比较，所以也是增强检查的常规序列。

第12页，共48页，2023年，2月20日，星期一二、快速自旋回波序列

1.序列构成快速自旋回波（fastspin-echo；FSE或turboSE；TSE）序列与多回波序列一样，也是在一个TR周期内首先发射一个90°RF脉冲，然后相继发射多个180°RF脉冲，形成多个自旋回波，但是二者有着本质的区别。第13页，共48页，2023年，2月20日，星期一在多回波SE序列中，每个TR周期获得一个特定的相位编码数据，采集的数据只填充K-空间的一行，每个回波参与产生一幅图像，最终可获得多幅不同加权的图像。而FSE序列中，每个TR时间内获得多个彼此独立的不同的相位编码数据，采集的数据可填充K-空间的几行，最终一组回波结合形成一幅图像。

第14页，共48页，2023年，2月20日，星期一另外，近年来出现的单次激发FSE序列是指在一次激发脉冲后使用一连串（例如128个）180°复相脉冲，采集一连串的回波信号，极其快速地形成图像。例如，半傅里叶采集单次激发快速自旋回波（half-Fourieracquisitionsingo-shotturbo-SE；HASTE）序列是单次激发FSE，并集合半傅里叶采集技术，使一幅256256矩阵的图像数据在1S内便可采集完毕。

第15页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.扫描参数首先定义几个参数，回波链长度(echotrainlength；ETL)是指每个TR时间内用不同的相位编码来采样的回波数，也称为快速系数。回波间隔时间(echotrainspacing；ETS)是指快速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。有效回波时间(effectiveechotime；ETE)是指在快速序列回波链中，最终决定图像对比的回波时间。

第16页，共48页，2023年，2月20日，星期一通常参数选择：①T1WI：短TE，<20ms；短TR，300～600ms；ETL2～6；扫描时间一般需1～2min。②T2WI：长TE，90～120ms；长TR，3000～5000ms；ETL8～32；扫描时间2～3min。③PDWI：短TE，<20ms；长TR，2500～4000ms。ETL8～12；扫描时间3～4min。

第17页，共48页，2023年，2月20日，星期一在FSE脉冲序列中，ETL越大，扫描时间越短，但信号成分也更混杂，因为来自其它的TE信号成分增多。这种混杂信号成分一般对T2WI的影响并不显著，因为来自最短TE的信号成分与来自最长TE的信号成分在图像中互相补偿。但在T1WI和PDWI上，当ETL过大时，将产生过多的T2加权成分，使图像中信号加权混乱，因此一般应选较小的ETL值。此外，随着ETL的增大，在每一TR期间内能完成的扫描层数则减少。

第18页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.优缺点

该序列的主要优点是扫描时间显著缩短，因而便于使用高分辨力、多采集次数的图像。FSE序列能提供比较典型的质子密度加权像和重T2加权像，FSE与普通SE序列在图像对比和病变检测能力方面很大程度上是相当的。另外，减少了运动伪影和磁敏感性伪影。FSE序列影像的主要缺点是其T2WI的脂肪信号高于普通SE序列的T2WI，在T2WI上脂肪信号难与水肿等鉴别；ETL大时信号成分复杂，图像模糊；磁敏感效应降低因而对出血不敏感；同时，提高了因使用多个180°脉冲而引起的对人体射频能量的累积。

第19页，共48页，2023年，2月20日，星期一4.应用FSE图像与SE图像非常接近，在很多部位的MR成像中，FSE序列可取代普通SE序列，尤其是T2加权像。只是在FSE的T2WI上脂肪仍显示为高信号，必要时可用脂肪抑制技术进行补偿。重度T2加权FSE序列还可用于胆道、泌尿道、内耳、椎管等部位的水成像。

第20页，共48页，2023年，2月20日，星期一三、反转恢复序列1.序列构成反转恢复序列（inversionrecovery；IR）包括一个180°反转脉冲、一个90°激发脉冲与一个180°复相脉冲。

第21页，共48页，2023年，2月20日，星期一扫描中先给一个180°RF脉冲，该脉冲使磁化矢量Ｍ由正Z轴反转到负Z轴，然后磁化矢量沿正Z轴恢复，T1短的组织沿正Z轴恢复磁化矢量要明显地快于T1长的组织。90°RF脉冲使磁化矢量偏转到XY平面，再施加180°复相脉冲，在TE时间内产生一个回波信号。IR脉冲序列的TR一般均应当充分长（2000ms以上），以保证在下一次180反转脉冲开始前纵向磁化得到完全恢复，否则将影响后面的加权。由于TR长，因而一般IR脉冲序列扫描时间也长。目前有些系统在IR脉冲序列的90脉冲后使用多次180复相位脉冲取得信号，使扫描时间显著缩短。

第22页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.扫描参数IR序列的成像参数包括，反转时间（timeofinversion；TI）为初始180°RF脉冲与90°RF脉冲之间的间隔；TE为90°RF脉冲与回波之间的间隔；TR为整个序列的重复时间，即两个初始180°脉冲之间的间隔。操作者在成像时可控制这三个脉冲间的延迟时间，从而决定图像的加权特性。TI是IR序列图像对比的主要决定因素，尤其是T1对比的决定因素。

第23页，共48页，2023年，2月20日，星期一一般情况下采用：①重T1WI：中等TI，400～800ms；短TE，10～20ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。②PDWI：长TI，1800ms；短TE，10～20ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。③病理加权像：中等TI，400～800ms；长TE，70ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。

第24页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.优缺点优点是组织的T1对比效果较好，且信噪比较高；缺点是扫描时间较长。4.应用由于IR序列对分辨组织的T1值极为敏感，所以IR序列主要用于获取重T1WI，以显示解剖结构。在IR脉冲序列中通常使用短TE，目的是尽量减少图像中T2对比成分。但有时为了使长T2病变显示为高信号，也可使用长TE，产生的图像不仅保持了显示解剖效果好的优点，且长T2病变可显示为高信号，这种图像称为病理加权像。

第25页，共48页，2023年，2月20日，星期一目前IR序列除用于形成重T1加权像之外，主要用于两种特殊的MR成像，即下面要讲到的脂肪抑制（shorttimeofinversionrecovery；STIR）和水抑制（fluid-attenuatedinversion-recovery，FlAIR）序列。

第26页，共48页，2023年，2月20日，星期一第27页，共48页，2023年，2月20日，星期一5.短时反转恢复序列IR序列中，每一种组织处于特定的TI时（称为转折点），该种组织的信号为零。组织的转折点所处的TI值依赖于该组织的T1值，组织的T1越长，该TI值就越大，即TI的选择要满足在90°脉冲发射时，该组织在负Z轴的磁化矢量恰好恢复到0值，因此图像中该组织的信号完全被抑制。目前临床上越来越多地应利用IR序列的这个特性，通过选择特定的TI值，使某一特定组织的信号为零。

第28页，共48页，2023年，2月20日，星期一脂肪组织的T1值非常短，IR序列一般采用短的TI值抑制脂肪信号，该序列称为短时反转恢复序列。STIR一般取0.69倍的脂肪T1值。由于组织的T1值具有场强依赖性，TI值在不同场强的MRI设备上是不一样的（表4-2）。短T1信号可来源于脂肪、亚急性期血肿、富含蛋白质的液体及其它顺磁性物质。另外，STIR序列还要采用短TE（10～30ms）、长TR（2000ms以上）。

第29页，共48页，2023年，2月20日，星期一第30页，共48页，2023年，2月20日，星期一脂肪抑制使脂肪信号明显减低，从而鉴别出脂肪成分，并能使与脂肪相邻的其它结构显示得更清楚。STIR序列可用于抑制骨髓、眼眶、腹部等部位的脂肪信号，用于更好地显示被脂肪信号遮蔽的病变，同时可以鉴别脂肪与非脂肪结构。另外，STIR序列还可以降低运动伪影。应注意该序列不应用于增强检查，因为顺磁性对比剂的短T1效应如果使被增强的组织结构的T1值与脂肪T1值接近时，也可能被抑制掉。

第31页，共48页，2023年，2月20日，星期一6.流动衰减反转恢复序列流动衰减反转恢复序列采用长TI和长TE，产生液体(如脑脊液)信号为零的T2加权像，是一种水抑制的成像方法。FlAIR序列的TI值应设定为0.69倍水的T1值，在1.5场强设备中FLAIR序列的TI大约为2000ms。另外，通常采用长TE和长TR（6000ms以上），获得T2WI的FLAIR。目前FLAIR序列在中枢神经系统检查中应用价值较大，常用于脑的多发性硬化、脑梗塞、脑肿瘤等疾病的鉴别诊断，尤其是当这些病变与富含脑脊液的结构邻近时。

第32页，共48页，2023年，2月20日，星期一四、梯度回波脉冲序列梯度回波（gradientecho，GRE）序列又称为场回波（fieldecho；FE）序列。GRE序列是目前MR快速扫描序列中最为成熟的方法，不仅可缩短扫描时间，而且图像的空间分辨力和信噪比均无明显下降。GRE序列与SE序列主要有两点区别，一是使用小于90°（常用α角度表示）的射频脉冲激发；另一个区别是使用反转梯度取代180°复相脉冲，产生的回波称为梯度回波。两者均可使TR缩短，短TR最终会使扫描时间明显减少。第33页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.常规GRE脉冲序列（1）序列构成：该序列由一个小角度RF脉冲和读出梯度的翻转构成。参数参考值：①T1WI：大翻转角70～110，短TE5～10ms，短TR小于50ms；②WI：小翻转角5～20，长TE15～25ms，短TR或中等TR；③PDWI：小翻转角5～20，短TE5～10ms，短TR或中等TR。

第34页，共48页，2023年，2月20日，星期一（2）应用：可用于快速屏气下腹部扫描、动态增强扫描、血管成像、关节病变等检查。（3）扫描参数参考值：通过调整翻转角、TR和TE值，即可获得T1、质子密度和T2加权像。在三个因素中，翻转角是主要的决定因素。采用大翻转角时，图像倾向于T1加权像；采用小翻转角时，图像倾向于质子密度加权像和加权像。TE与TR的时间值对加权特性也有影响，延长TE，图像会具有加权成份。使用小的翻转角时，质子密度加权像的TE短，而加权像的TE长。如选用适当的短TR，T1加权成分增加；如果延长TR，可获得和质子密度加权成分增加。第35页，共48页，2023年，2月20日，星期一2.损毁（spoiled）GRE序列各公司具有这种脉冲结构的相应名称有：FLASH、RFspoiledFAST、SPGR、T1-FFE等。如果成像序列使用的TR短于组织的T2，施加下一个RF激发脉冲时，仍在XY平面保留有相当的横向磁化矢量。损毁GRE序列的特征是在每个脉冲周期的信号检测后，施加损毁射频脉冲或损毁梯度，使残留的横向磁化矢量在下一周期的RF脉冲激发前被破坏，消失为０，因而只有纵向磁化矢量对下一个MR信号有贡献。

第36页，共48页，2023年，2月20日，星期一用损毁GRE序列获得T1WI通常应采用TR=20～80ms、TE=5～10ms、翻转角α=30°～50°，或者采用TR=100～400ms、TE=5～10ms、α=60°～90°，与后者相比，前者参数获得的T1对比较好，但图像信号较弱。获得PDWI通常采用TR=100～400ms、TE=5～10ms、α=5°～20°。获得WI通常采用TR=200～500ms、TE=20～50ms、α=5°～20°。损毁GRE序列在显示T1对比方面比较优越，主要用来显示T1加权对比，产生T1加权像。损毁GRE序列能进行三维和薄层扫描，对流动伪影较不敏感，但磁敏感性伪影较严重。损毁GRE的对于腹部和胸部的屏息成像很有帮助，还可用于颅脑、肝、肾等的钆对比剂团注动态检查。

第37页，共48页，2023年，2月20日，星期一3.相位聚合GRE序列与各公司具有这种脉冲序列相对应的名称有：FISP、FAST、GRASS、FFE等。与损毁GRE序列相反，当成像序列的TR非常短时，相位聚合GRE序列不是破坏残留的横向矢量，而是保持其状态，这种序列在每个周期的信号检测后，施加与相位编码梯度大小相同但方向相反的梯度脉冲，使离散的相位重聚，从而形成最大的横向相位一致性，使残留的横向矢量最大。该序列使相位编码梯度的净效果在每个周期是平衡的，磁化矢量的纵向和横向成份在连续的RF脉冲之间保持恒定，即均保持稳态（steadystate），因而纵向磁化矢量和横向磁化矢量对MR信号均有贡献。

第38页，共48页，2023年，2月20日，星期一第39页，共48页，2023年，2月20日，星期一用该序列获得T1WI通常采用TR＝200～400ms、TE＝5～15ms、α＝45°～90°；获得PDWI通常采用TR＝200～400ms、TE＝5～15ms、α＝5°～20°；获得WI通常采用TR＝100～400ms、TE＝25～60ms、α＝5°～20°；用该序列获得T2/T1加权像时应采用TR＝20～50ms、TE＝5～15ms、α＝45°～90°。该序列在反映T2特性方面最为优越。可应用于血管、脊髓和关节成像，可用于屏气扫描，可进行三维容积成像。

第40页，共48页，2023年，2月20日，星期一4.稳态自由进动GRE序列与各公司具有这种脉冲序列相对应的名称有：PSIF、CE-FAST、SSFP、T2-FFE等。该序列把相位重聚（即横向磁化矢量稳态）与SE信号连在一起，采集的是自旋回波信号。该序列使用ｎ＋１次的激发脉冲，可读出ｎ个回波。当给两个激发脉冲时，第二个脉冲虽然是激发脉冲，但它同时具有复相脉冲的作用，引起相位重聚而产生信号，所以这种序列产生的是自旋回波，而不是梯度回波。每个激发脉冲激发后，回波信号在第三个激发脉冲时达到最大，所以有效TE约为2倍的TR，即有效TE比TR要长。由于TE较长，该序列图像实际上是真正的重T2加权像。

第41页，共48页，2023年，2月20日，星期一第42页，共48页，2023年，2月20日，星期一扫描参数的参考值：翻转角为30～45；TR20～50ms。该序列可以获得真正的T2WI。可用于脑、关节的成像，可进行2D、3D容积采集。该序列的主要缺点是对伪影敏感；图像质量较差；梯度的机械噪音强。

第43页，共48页，2023年，2月20日，星期一五、回波平面成像序列

回波平面成像(echoplanarimaging；EPI)是一种快速成像技术，它代表了目前临床上最快的MR成像技术。

第44页，共48页，2023年，2月20日，星期一1.序列构成单次激发(singleshot)EPI是在一次RF脉冲激发后连续采集一连串的