磁共振成像脉冲序列学习——融会贯通篇（三）

素问镜听 2022-01-23

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前面推文中和大家讲解分析了西门子设备2D成像模式TSE常规参数卡中的几个选项，本篇推文继续分享2D TSE中对比度相关的几个重要参数或选项。

图片说明：2D TSE序列中对比度选项卡中的磁化准备选项有非选择和层面选定反转两个选项。不同的选项对应的重建选项有所不同。当选择了磁化准备后，TI时间有不同的选择方法。

西门子成像设备2D TSE序列对比度选项卡中有TR、TE、磁化传递、磁化准备、聚焦脉冲反转角、磁化恢复、不同的TI选择以及不同图像重建方式等。因为TR、TE、磁化传递等在各个厂商中概念相同，这里不做赘述。这里重点和大家介绍另外几个选项。

Magn.Preparation：是Magnetization Preparation的缩写，即磁化准备。磁化准备脉冲既可以用于自旋回波序列也可以用于梯度回波序列。在2D TSE序列磁化准备脉冲可以选择的是层面选择的反转恢复脉冲。换言之，当选择了这个层面选择的反转恢复脉冲后就构成了一个快速反转恢复脉冲序列。根据TI时间不同选择既可以实现抑制某种组织信号如脂肪或者自由水（脑脊液），也可以获得两种组织之间更大的对比度。界面选项显示当未选择磁化准备脉冲时（也就是普通的TSE序列），图像重建的方式默认为Magnitude(幅值或强度)重建，这种重建方式只考虑信号的大小而不考虑其符号；当选择了层面选择IR后图像重建方式则可以有Magnitude重建和Real重建两种方式选择，其中Real重建也称实部重建，此时不仅关注磁化矢量的大小，也同时关注其符号。这种重建方式可以增加组织之间的对比度。

TI时间的设定方式：当选择了层面选择IR后，下面会多出TI时间的输入或选择项。可以发现这个TI时间既可以人为输入一个TI时间，也可以选择“Freeze suppressed tissue”这一选项。具体应该用哪一个选项呢？这里需要我们了解一下反转恢复序列TI时间选择的背景公式。通过学习这些公式我们就会更加深刻的理解磁共振成像参数界面上任何一个选项都有其存在的合理性，只有了解和理解了它们存在的合理性，我们才会逐步做到知其然又知其所以然。

公式说明：反转恢复序列TI时间计算公式，只有当TR远远大于组织的T1时间时，上面的简化公式才成立。如果TR不是足够长或者扫描过程中TR不停在变化，则需要使用下面的原始公式。

关于TI时间的设定大家通常会想到上面的简化公式，也就是根据某种组织在某场强下的T1时间来计算其对应的回零时间。但需要了解的是这个公式是下面原始公式的简化版本，而且只有当扫描时所采用的TR时间远远大于组织的T1时间时才能满足上面的简化公式。但在实际工作中有时为了缩短扫描时间TR时间不可能过度长，或者在使用门控技术（如心脏黑血序列时的心电门控）时因为心率等的变化又会导致TR时间不断变化，在这种情况下如果给一个固定的TI值显然不能实现更优异的抑制效果。这时就需要采用相对复杂的原始公式，这个原始公式中把TR纳入计算，这样就可以根据不同的TR计算出对应的TI时间。Freeze Suppressed tissue利用的就是这个原理。当选择了这个选项后，系统会根据所要抑制的组织T1时间以及扫描中的TR时间计算出对应的TI时间。在GE磁共振成像设备类似的对应选项是Auto TI,这个Auto TI就是采用上面这个复杂的原始公式根据TR变化来计算出对应的TI时间。比较常用的一个例子就是心脏的双反转黑血序列。

图片说明：GE磁共振成像设备的黑血序列考虑到心率变化以及这里采用的TR较短，采用自动计算血液回零时间（Auto BSP TI）,这一选项等同于西门子设备中的Freeze Suppressed tissue选项。

Flip Angle：TSE序列对比度选项卡中的翻转角指的是聚焦脉冲的翻转角。虽然在讲解TSE或FSE等RARE类序列时通常提及180°聚焦脉冲的概念，但在TSE或FSE序列的具体实施过程中考虑到SAR值、信号稳定度等因素，在激励脉冲（通常是90°）后所跟随的一系列聚焦脉冲通常并非是180°聚焦脉冲。虽然这种实施方式使得聚焦脉冲对横向磁化矢量产生更复杂的影响，但该方式对于降低SAR值以及保证长回波链采集时获得更好的对比度和图像空间分辨率都具有重要意义。同时需要注意，在西门子设备选项卡中如果在序列子选项卡中选择了Hyperecho，那么该翻转角会自动变化。

图片说明：TSE序列中化学脂肪抑制选项，这里有化学位移脂肪抑制即脂肪饱和技术和化学位移和反转恢复相结合的技术SPAIR。

Fat Suppr.即Fat Suppression，脂肪抑制，点击该选项后会发现有两个选择，一个是Fat sat，一个是SPAIR。

Fat sat通常称为化学位移法脂肪抑制，化学脂肪抑制利用了水和脂肪中的氢质子因为所处化学结构不同而导致的进动频率差异，这种差异在3.5ppm，所以对应于不同的场强设备其化学位移的频率差异赫兹数也不同。在成像过程中事先针对脂肪频率点施加一个90°的饱和脉冲，随后施加扰相梯度将其横向磁化消除。这样在随后施加的激励脉冲过程中脂肪中的氢质子就不会被激发。通过这样的预饱和技术就实在了抑制脂肪信号的目的。相比于短时反转脂肪抑制序列（STIR）,采用Fat sat脂肪抑制方法实现了选择性脂肪抑制，同时也具有更高的信噪比。但Fat sat这种脂肪抑制对主磁场均匀度有较高的要求，对主磁场的场强也有较高的依赖性。在较低场强磁共振因为水和脂肪之间的化学位移频率差以赫兹数来衡量很小，所以无法采用这种方法实现选择性的脂肪抑制。Fat sat方法对应脂肪预饱和脉冲的频带宽度和层面轮廓均有较高要求，这也在客观上要求该脉冲在时域上需要相对较长的时间，这就意味着采用这种脂肪抑制可能会导致扫描时间有所延长。

SPAIR：Spectrally Adiabatic Inversion Recovery。这是一种把化学位移和反转恢复有机融合在一起的一种脂肪抑制技术，同时这里的反转脉冲采用的是绝热反转脉冲。大家知道到了高场强磁共振射频场的均匀度对图像的影响是必须考虑的因素之一。射频场的不均匀会导致成像视野不同区域激发或被抑制的程度不同，这不仅会影响图像的均匀度，更严重的问题是还会影响图像的对比度。绝热脉冲是高场强磁共振用于克服射频场不均匀的一种途径。绝热脉冲是射频脉冲的一个特殊状态，当达到绝热状态时磁化矢量的方向取决于射频场的方向，而和射频场本身的强度关系不大。但是要达到这种绝热状态需要射频场的强度和持续时间满足一个必须条件。实现绝热脉冲带来的一个问题就是SAR值问题。SPAIR脂肪抑制中采取针对脂肪频率的选择性反转，所以保留了化学脂肪抑制的频率选择性。在GE磁共振设备与SPAIR类似的脂肪抑制方法是SPECIAL(SPECtral Inversion At Lipids)。需要注意的是SPECIAL可能是绝热反转也可能是非绝热反转。通常启用绝热反转需要在脉冲序列中输入一个启用命令。也有些序列中的SPECIAL是默认的绝热反转。大家在界面上可以进行识别：如果界面中显示为Auto TI说明是非绝热反转，如果显示为Auto Prep time说明是绝热反转。

图片说明：GE磁共振成像设备中当选择了SPECIAL脂肪抑制后，如果该反转脉冲为非绝热反转，界面上表示为Auto Inv.Time,这时这个TI时间是系统自动计算的。如果启用了绝热反转脉冲，则界面上显示为Auto Prep Time。对比发现，采用绝热反转脉冲后准备时间延长，总体扫描时间也有所延长。

图片说明：TSE序列中磁化恢复选项。如果当前使用的TR没有冗余，选上该选项后会导致TR适度延长，从而导致扫描时间延长。

Restore magn.即Restore magnetization磁化矢量恢复。这是在TSE等RARE类扫描序列可以选择的一个选项。因为水等具有特别长的T1弛豫时间，所以客观上要求在TSE等RARE类序列扫描时使用非常长的TR时间来获得更明显的T2对比。临床实际工作中为了获取更可行的扫描时间，通常都会适度缩短TR时间。这带来的一个突出问题就是脑脊液等自由水成分因为T1弛豫不充分而导致其信号降低。牢记一点，磁共振成像中的某组织的信号强度取决于射频激励时该组织的瞬间纵向磁化矢量的大小。显然，为了获得更优异的T2对比图像，不仅需要较长的TE时间，也需要较长的TR时间。能否在较短的TR时间内获得比较理想的T2加权图像呢？这就是Restore Magn.等磁化恢复选项所要解决的问题。该选项在不同的厂商几乎都有类似的选项，虽然商品名称有所不同，但工作原理和所解决的临床问题是相同的。在GE磁共振成像设备，该选项为Fast Recovery。在较早版本的GE设备把选择了Fast Recovery这一选项的FSE序列打造成一个专门的序列FRFSE。而在近来版本的设备中在2D FSE序列已经把Fast Recovery作为一个备选项，FRFSE在2D成像不再单独列为一个序列。在3D成像模式，FRFSE仍然作为一个独立存在的序列，主要用于MRCP成像。Restore magn.由一个180°聚焦脉冲和一个（-90°）脉冲所组成的脉冲对构成。该脉冲对把回波链采集结束后仍然存在的横向磁化矢量重聚，并通过这个（-90°）脉冲推向+Z方向。这样就使得这些具有长T1、长T2的液体类成分实现快速的纵向磁化矢量恢复。该选项可以实现在较短TR时的优异T2对比，但必须指出该选项不能用于T1加权成像。