磁共振脉冲序列在中枢神经系统中的应用(一)

作者：戴建平，陈红艳

来源：《磁共振成像》杂志

原文链接：戴建平，陈红艳. 磁共振脉冲序列在中枢神经系统中的应用(一). 磁共振成像, 2010, 1(3):220-226

戴建平，教授、主任医师、首都医科大学博士生导师。现任《磁共振成像》杂志主编、中华医学会副会长、美国医学科学院外籍院士、中华国际医学交流基金会理事长、国家卫生计生委大型医用设备管理咨询专家委员会主任委员、国家重点基础研究发展计划(973计划)专家咨询组成员、中国现代诊疗产业技术创新战略联盟理事长、中国医院协会顾问、卫生部国际交流与合作中心理事会理事、亚大放射学会主席、北美放射学会荣誉会员等，欧洲放射学会荣誉会员，以及国内外多家杂志的主编、副主编、编委等职务。曾任北京天坛医院院长、第29届奥林匹克运动会组织委员运动会服务部副部长、中国医院协会副会长、中国医师协会副会长、中国医学装备协会副理事长、中华医学会放射学分会第九届、第十届主任委员、中国医院协会医学影像中心分会第一届主任委员等。先后获得首都精神文明建设奖章，首都五一劳动奖章，全国五一劳动奖章。是国务院有突出贡献的专家，有突出贡献的留学回国人员，享受政府特殊津贴。

从1946年Bloch和Purcell发现磁共振现象以来，磁共振在医学上的应用获得了长足的发展。2003年Lauterbur和Mansfiled因在磁共振方面的贡献而共同获得了诺贝尔生理和医学奖。目前的医学领域中，医生、病人以及科研人员越来越依赖于磁共振这项技术。

磁共振技术的发展除了依赖于磁场硬件的发展以外，很重要的是依赖于脉冲序列这一软件技术的不断开发进步。现今的脉冲序列种类繁多，功能各异，如何合理地使用现有的脉冲序列，更好地发挥脉冲序列的功能是医用磁共振技术人员的一个重要任务。我们在这里将以加权成像(表1)的分类角度就脉冲序列在中枢神经系统的一些应用作一讨论。

1　T1加权成像

常用的T1加权成像序列主要有自旋回波序列(SE)、快速自旋回波序列(RARE)、反转恢复序列(IR)、快速反转恢复自旋回波序列(FIR、TIR、IRFSE/TSE)、单次激发快速反转恢复序列(IR-SSFSE)、采用Blade技术的快速反转恢复自旋回波序列、扰相梯度回波序列、反转恢复快速梯度回波序列等，同一序列在不同公司的设备的名称不同。

1.1 自旋回波序列(SE)

SE序列是由一个90°射频脉冲后跟随一个180°聚焦脉冲组成，90°脉冲产生一个最大的宏观横向磁化矢量，再利用180°脉冲产生一个自旋回波。自旋回波序列结构简单，信号变化易于解释，并且具有良好的信噪比及组织对比，其缺点是成像时间长。临床上常用在颅脑、头颈部、骨关节、软组织

、脊柱、脊髓等部位(图1)。

1.2 快速自旋回波序列(RARE)

RARE序列在GE的磁共振扫描仪上称为FSE，西门子称其为TSE。RARE序列是一个90°脉冲激发后利用多个180°聚焦脉冲采集多个自旋回波，因此明显缩短了成像时间。快速自旋回波序列成像速度快于SE，但是其能量沉积也增加，SAR高。该序列在临床上应用广泛，可以显示颅脑、脊柱、大关节、骨与软组织、盆腔等，适合于要求快速扫描的患者，还可以进行垂体动态增强扫描、体部屏气扫描等(图2)。

1.3 反转恢复序列(IR)

IR序列是在SE序列前施加一个180°反转预脉冲。反转恢复序列T1对比最佳，但是扫描时间很长，临床应用较少，它可以增加脑灰白质的T1对比，主要用于儿童髓鞘发育研究(图3)。

1.4 快速反转恢复序列(FIR)

FIR序列是一个180°反转预脉冲后跟随一个快速自旋回波序列。FIR序列成像速度快于IR，其T1对比较RARE序列有提高，在不同公司的机器上有不同的名称：FIR、TIR、IR-FSE、IR-TSE等。临床上常用于脑实质的T1WI，显示较好的T1对比(图4)。

1.5 单次激发快速反转恢复序列(IR-SS-FSE)

IR-SS-FSE序列是180°反转预脉冲与单次激发FSE序列相结合，成像速度快，属于快速成像序列，亚秒采集, 用于不能配合检查的患者快速扫描或用于 腹部水成像。

1.6 Blade(刀锋)TSE/TIR T1WI

Blade 技术同时采用放射状与平行的K空间填充方式，再经过复杂的数据处理，可以得到较高的信噪比并减少运动伪影。临床上将Blade技术用于TSE/TIR T1WI序列，大大减少图像运动伪影(图5)。

1.7 扰相梯度回波序列

该序列采用小于90°的小角度脉冲激发，利用读出梯度场切换产生回波，并利用梯度或射频技术扰相，以消除残留的横向磁化矢量。扰相梯度回波序列采集速度快，SAR低，对磁场的不均匀性敏感，临床主要用于颅脑成像，主要有3D扰相GRE、流动相关的血管成像和对比增强的血管成像(图6)。

1.8 反转恢复快速梯度回波序列(IR-FGRE)

IR-FGRE序列为准备脉冲180°反转脉冲后跟随超快速梯度回波序列，可得到不同的T1对比，选择性抑制某一特定T1值组织信号。临床上用于颅脑高分辨三维成像，它的灰白质对比优于没有IR准备脉冲的GRE序列(图7)。

2　T2加权成像

常用的T2加权成像序列主要有自旋回波序列(SE)、快速自旋回波序列(RARE、FSE、TSE)、单次激发RARE序列(SS-RARE)等，同一序列在不同的公司仍有不同的名称。由于SE序列的T2加权成像时间太长，目前已经很少使用。

2.1 快速自旋回波序列(RARE)

快速自旋回波序列是一个90°脉冲激发后利用多个180°聚焦脉冲采集多个自旋回波。GE公司的磁共振仪称为FSE序列，西门子称为TSE序列。快速自旋回波序列成像速度快于SE，能量沉积增加，SAR升高。快速自旋回波序列是T2WI的最常用序列，显示颅脑、脊柱脊髓、耳鼻喉、骨关节软组织和腹盆腔等(图8)。

2.2 FRFSE

FRFSE序列是FSE/TSE的衍生序列，它是在FSE/TSE序列后，利用负90°脉冲加快组织纵向磁化矢量恢复的技术，可以加快成像速度。FRFSE增加了图像对比，并加快了扫描速度，临床上用于颅脑、脊髓T2WI成像(图9)。

2.3 单次激发RARE序列(SS-RARE)

SS-RARE是一次90°射频脉冲激发后，利用连续的180°脉冲采集所有K空间填充的回波信号。单次激发RARE序列成像速度快，只能用于T2WI成像，其模糊效应明显，SAR明显升高，临床主要用于颅脑超快速成像，用于不能配合的患者，进行腹部屏气快速扫描和屏气或呼吸触发水成像。

2.4 半傅立叶采集单次激发序列

在SS-RARE序列的基础上加上半K空间采集技术，临床上用于神经系统超快速成像，适用于不能配合的患者，也可以进行腹部超快速T2WI和腹部水成像(图10)。

2.5 快速反转恢复自旋回波序列(FIR、TIR)

该序列是一个180°反转预脉冲后跟随一个FSE序列，成像速度快于IR，在不同公司的磁共振仪上它拥有多个名称：FIR/TIR/IR-FSE/IR-TSE，临床上主要用于T2WI的脂肪抑制成像(图11)。

2.6 Propeller FSE/Blade TSE

该序列同时采用放射状与平行的K空间填充方式，再经过复杂的数据处理。GE磁共振仪称为Propeller螺旋桨技术，西门子称为Blade刀锋技术。它可以得到较高的信噪比，具有增加图像对比的潜能，明显减少运动伪影。临床用于不能控制的自主运动患者的颅脑成像，还可以进行腹部成像(图12、13)。

2.7 单次激发SE-EPI序列

EPI的准备脉冲为SE序列，成为SE-EPI序列，它主要是单次激发采集所有回波信号，成像速度快，临床上用于超快速T2WI成像，适用于临床情况较差或不能配合的患者。

2.8 GRASE

GRASE是梯度回波与自旋回波相结合的序列，一次90°脉冲激发后，利用多个180°聚焦脉冲产生多个自旋回波，在两个相邻的180°脉冲间利用读出梯度连续切换，伴随一个自旋回波还有多个梯度回波实现梯度回波与自旋回波相的结合。GRASE集合了FSE与GRE的优点和缺点，临床应用不广泛，主要用于颅脑的T2WI，在3 T设备上有其独特的优势(图14)。

3　质子加权成像

常用的质子加权成像序列主要有自旋回波序列(SE)、快速自旋回波序列(RARE)、扰相梯度回波序列，用于显示反映单位体积不同组织间的质子含量差别，目前在中枢神经系统应用很少(图15)。PDWI显示灰白质分界清楚，用于诊断灰质异位、髓鞘发育异常等。PDWI还可用来诊断颈动脉斑块，在关节扫描显示软骨、韧带的应用非常广泛。

4　T2*加权成像

T2*加权成像主要有扰相梯度回波序列，在GE磁共振仪上称为SPGR序列，西门子称为FLASH，飞利浦称为T1-FFE。T2*加权成像在中枢神经系统中显示出血灶，例如脑血管病患者显示颅内微出血、脑内血肿、蛛网膜下腔出血等，头外伤患者显示脑挫裂伤出血情况、硬膜下血肿等，临床应用较多(图16)。

5　其他

临床上还有很多实用的序列，例如：液体衰减反转恢复序列(FLAIR扩散加权成像)、脂肪抑制技术、水激发技术、MR水成像技术、磁共振血管成像技术等。

5.1 液体衰减反转恢复序列(FLAIR扩散加权成像)

最常使用的是快速反转恢复自旋回波序列，该序列为一个180°反转预脉冲后跟随一个FSE序列。快速反转恢复自旋回波序列成像速度快于IR，T1对比有所提高，它拥有多个名称：FIR/TIR/IR-FSE/IRTSE，又有人称其为T2-FLAIR。临床主要用来抑制脑脊液的信号，更好地显示较小且靠近脑脊液(室旁、皮质)的病变(图17)。

5.2 单次激发快速反转恢复序列(IR-SS-FSE/TSE)

该序列将180°反转预脉冲与单次激发FSE相结合，成像速度快。临床上用于不能配合检查的患者。

5.3 Propeller/Blade T2-FLAIR

该序列同时采用放射状与平行的K空间填充方式，再经过复杂的数据处理。这种技术可以得到较高的信噪比，具有增加图像对比的潜能，可以明显减少运动伪影，主要用于不能控制的自主运动的患者(图18)。

5.4 双反转快速自旋回波序列(Dual IR-FSE/TSE)

该序列对两个反转预脉冲的T1进行调整，根据T1值的不同选择性的抑致2种组织的信号。主要用来选择性抑致脑脊液和脑白质的信号来突出脑灰质，或者抑致脑脊液和脑灰质的信号而突出脑白质，从而更清晰的显示脑灰白质(图19、20)。

5.5 脂肪抑制技术

(1)频率选择饱和法，亦称化学位移选择饱和(chemical shift selective saturation，CHESS)：利用水与脂肪中H质子进动频率不同，施加与脂肪频率相同的预脉冲激发脂肪组织使之达到饱和，再施加成像脉冲时脂肪不能再接受能量产生信号。常用的序列有SE和FSE的TIWI及T2WI序列，GRE序列以及2D 扰相GRE T1WI。临床应用在1.0T以上的设备，特异性强，简便易行。在神经系统用于判断病变是否含有脂肪，如畸胎瘤(图21、22)；在头颈五官用于发现位于较多脂肪组织中的病变；在腹部脏器上用于诊断肾上腺病变、脂肪肝等。

(2)短T1反转恢复序列(short T1 inversion recovery，STIR)：该序列是基于脂肪组织短T1特性选择短反转TI时间(脂肪TI值的69%)，抑制效果明显。常用序列有FIR或IR、FSE、TSE等。其场强不受限，特异性差(血肿信号受抑)，时间长，不适用增强扫描。主要用于颈部、椎体、关节等大FOV扫描(图23)。

(3)频率选择反转脉冲(前两者的结合)。

(4)Dixo技术，用于低场强磁共振扫描仪的脂肪抑制。

5.6 选择性水激发技术

采用频率和空间选择的二项脉冲，此脉冲由多个脉冲方向和角度不同的脉冲组合而成。常用序列有SE、FSE、GRE，有2D及3D两种采集模式。临床主要应用于眼眶、神经根、腹部、骨关节的扫描。

5.7 MR水成像技术

水成像技术利用水的长T2特性，采用重T2WI序列使其他组织的信号绝大部分衰减，采集到图像的信号主要是水样结构。FSE T2WI及单次激发FSE T2WI主要用于胰胆管及尿路；另外3D Balance-SSFP主要用于内耳及脊髓造影(图24)。

5.8 磁共振血管成像技术

主要有时间飞跃法(time of flight，TOF)、相位对比法(phase contrast，PC)、对比增强(CE MRA)、黑血法、Balance-SSFP、T2-FGRE等。

(1)TOF：反复激发层面内静止组织使之饱和信号被抑制，层面外未受激发的血液流入有较高信号。2D扰相GRE T1WI序列主要用于静脉慢血流、走行较直的颈部或下肢静脉(图25)。3D扰相GRE T1WI序列用于动脉快血流、走行纡曲的血管，如脑动脉(图26)。

(2)PC法：利用流动所致的宏观横向磁化矢量的相位变化来抑制背景、突出血管信号的方法。其2D可用于脑脊液或血液流速、流量、流向分析，3D可用于静脉或静脉窦的扫描，另外电影可以用来测量脑脊液的流动性(图27、28)。

(3)CE MRA：用对比剂的缩短血液T1值的特性，采取超快速的权重很重的T1WI序列对血管内血流进行成像。常用序列有3D 扰相GRE T1WI，同时采用CHESS或频率选择反转脉冲进行脂肪抑制，可进行剪影，多段采集及快速连续扫描(4D)。临床可用来动、静脉多时相显影，亦可以发现头颈血管狭窄/闭塞、动脉瘤、血管畸形和夹层，也可以应用于体部血管(图29)。

(4)黑血法：基于流空效应或通过空间预饱和带、反转脉冲或矢相位等方法使血流呈低信号，同时选择参数使背景组织呈亮信号。所选择的序列是IR-FSE，可评价血管壁，如颈动脉或冠脉斑块。