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在磁共振的常规临床应用中，自旋回波类序列占重要的部分，其原因有很多，比如与梯度回波类序列相比，对主磁场B0的不均匀性较不敏感，并且组织对比及信号演变较容易理解等。常规二维自旋回波序列的原理在很多材料上都有介绍，并在临床应用方面有一定的极限性。三维自旋回波序列能够具有图像信噪比，能够进行各方面多平面重建显示解剖结构及病灶的优点，但是对于其成像的原理，目前的介绍相对较少，所以三维自旋回波序列的成像原理是什么，如何在临床能够接受的时间范围内实现大范围的三维容积成像是我们本节内容的重点。 根据3D磁共振成像的序列设计特点可知，为了实现在层面方向上的空间定位，需要在层面方向上使用额外的一组相位编码梯度，其他的序列设计和2D序列类似，最后获得一个3D的K空间。那么在3D序列中采集的所有的K空间线取决于层面内和层面间相位编码步级数的乘积。采集这么多的相位编码步级数需要非常长的时间，长时间的扫描也将导致射频能量在组织中大量沉积，引起组织特殊吸收率SAR值的上升。 缩短快速自旋回波三维容积成像扫描时间最有效的方法是增加每次射频激发后采集的K空间线数，即回波因子Turbo factor。回波因子的增加将导致特殊吸收率的增加和回波采集时间Echo Duration的延长，进而使得图像的模糊效应增加。为了降低因为增加了回波因子之后的SAR和图像模糊效应，需要对快速自旋回波三维容积成像序列进行一定的优化： 1、减小重聚脉冲的角度。 根据SAR的计算原理可知，SAR与射频脉冲角度的平方成正比，通过减小射频脉冲的角度能够以平方倍的比例降低SAR，而重聚脉冲往往角度较大。例如将180°的重聚焦脉冲减小到90°时，该脉冲的SAR减小到原始脉冲的四分之一，而信号的幅值降低为原来的二分之一，所以降低射频脉冲的角度能够以较小的信号损失获得更大SAR的降低。总体下来，使用优化后的重聚脉冲进行三维成像，SAR是标准180°重聚脉冲的15-30%。 降低重聚焦脉冲的角度除了降低SAR之外，也将对磁矩产生一定的影响。射频脉冲在磁共振成像中具有三种不同的功能，分别为激发、重聚及存储（回转）。例如利用射频将纵向磁化矢量激发到XY平面形成横向磁化矢量，经过一定时间的弛豫，如果利用180°重聚脉冲对横向磁化矢量进行重聚时，所有的磁化矢量都将被重聚，但是如果脉冲的角度不是180°时，那么第一个脉冲中180度的分量作为重聚脉冲实现对磁矩的重聚焦，另外一个90°的分量作为存储脉冲将横向磁化矢量翻转到纵向平面XZ。而第二个及后续的非180°脉冲将同时具备激发、重聚及存储（回转）功能，后续脉冲在第一个脉冲的基础上利用90°的分量将纵向平面的磁矩激发到横向平面。通过仿真模拟，可以发现在第一次脉冲激发后，跟随非180°重聚脉冲，信号衰减的曲线比标准180°重聚脉冲的更为缓慢，这样的结果对于减小由于回波链中回波信号差异带来的图像模糊效应是有帮助的。 降低重聚脉冲的角度能够减缓信号下降的趋势是由于非180°重聚脉冲中90°的分量将一部分磁矩存储在XZ平面，由于组织T1弛豫比T2弛豫更为缓慢，在后续的重聚脉冲中90°的分量将纵向平面的磁矩激发到横向平面，对信号做出贡献。由于将重聚脉冲的降低固定在某一个小于180°的角度时，将导致回波信号的骤变而出现图像伪影，所以在临床应用的序列中并不是单纯将重聚脉冲的角度降低到某一个固定值，而是需要根据加权、组织的T1/T2值等进行综合考虑计算获得一个最优化的重聚脉冲角度分布。 2、选用非层块选择的重聚脉冲缩短每个回波与回波的间隙。 传统二维快速自旋回波序列FSE在施加了选层梯度之后，使用包络线较好的射频脉冲进行激发和重聚，其优点是准确进行层面激发和重聚，减少层面外区域的误激发而减少cross talk，但是由于包络线较好的射频脉冲需要更长的时间，进而导致回波与回波之间的间隙较大。在一定程度上，回波间隙的增大将使得两个回波之间的信号幅度差别增大，导致图像模糊效应的增加，这也是在常规快速自旋回波序列回波因子不能太大的原因。在三维快速自旋回波序列中，为了缩短扫描时间，增加回波因子是一个重要的手段。回波因子的增加将导致回波采集时间的增加，进而进一步增加了图像的模糊效应。非层块选择的射频脉冲由于其包络线较差进而能够缩短射频脉冲施加的时间，将其应用于重聚脉冲能够大幅缩短回波间隙。例如传统的层选重聚脉冲的回波间隙需要8ms以上，而非层块选择的重聚脉冲的回波间隙能够减小到3-4ms。 回波间隙的减小，一方面能够在一定的采样时间内采集获得更多的回波，缩短扫描的时间；另外一方面是减小了回波与回波之间信号幅度的差异，降低图像的模糊效应。所以在进行SPACE序列参数优化及设定时，需要综合考虑回波因子及回波间隔的综合影响。 3、优化K空间的填充方式，增加序列参数设置的灵活性 三维快速自旋回波序列在层面内及层面间使用相位编码梯度进行空间定位，采集获得三维K空间。在序列设计时，如果先固定使用一个层面间的相位编码梯度场，然后再逐步变化层面内的相位编码步级，则设置的回波因子数为层面内的相位编码步级数，这样的设计将大大影响序列参数设置的灵活性以及图像权重的决定。优化K空间的填充顺序及填充方式可以大大增加K空间线填充的方式，并且根据K空间中心决定图像对比，周围决定图像细节的特点，在三维成像中减少K空间周围的信息可以进一步减少采样的时间。 目前常用的三维快速自旋回波序列的K空间填充方式有线性填充和中心优先填充。线性填充的特点是在射频激发后将采集的K空间线分别从K空间的边缘到中心再到边缘填入K空间，回波链的中心部分填到K空间的中心位置，所以等效的回波时间相对较长，一般适用于T2W或重T2W成像。中心优先填充的特点是在射频激发后采集的K空间线从K空间中心开始逐步往K空间边缘填充，该方式采集获得的初始回波放置于K空间的中心，等效回波时间较短，一般应用于T1W及PDW成像。 经过上述序列优化，在一次射频脉冲激发后使用可变翻转角进行重聚并采集一系列回波，最终在临床能够接受的时间范围内获得三维的容积数据，该序列称为优化采集的可变翻转角的三维快速自旋回波，该序列在西门子医疗称为SPACE序列。 根据临床应用的需求，SPACE序列可以在参数卡中选择不同的翻转角模式flip angle mode以获得不同的对比。例如Constant模式下，可以应用于重T2W水成像的扫描，T2 Var应用于T2W TSE的三维成像，T1 Var应用于T1W TSE的三维成像，PD Var则应用于PDW TSE的三维成像。在后续的文章中，我们将介绍SPACE序列获得不同加权的方法及其临床应用。 |
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