摘要】在保證一定MR圖像質(zhì)量的前提下,加快MR成像速度一直是推動MR 技術(shù)發(fā)展的動力,。本文以加快MR成像速度為線索,，通過對影響MR成像速度幾種因素的分析， 試圖揭示快速MR成像序列的演變過程,，希望能對MR成像技術(shù)基礎(chǔ)知識的普及有所裨益,。
幾年以前,當人們談到MR成像技術(shù)時,很難避開的一個缺陷就是:MR成像速度較慢而限制 了它在臨床應用的范圍。因而引發(fā)了世界范圍內(nèi)各生產(chǎn)醫(yī)用MR設(shè)備的廠家,不遺余力地投入 大量人力和物力對MR成像設(shè)備的性能進行開發(fā),。其中很重要的一個部分就是對成像速度的改 良,，以便其在醫(yī)用MR成像領(lǐng)域占居主導地位。
MRI與CT成像速度的比較
若單純從完成檢查同一病例的成像時間作比較,MRI的成像時間肯定要長,。首先,，CT掃描往往 只在一個方位(橫斷面)成像,而MRI除有多方位(橫斷、矢狀,、冠狀及斜位)成像外,在其 中某一個方位上還有多參數(shù)的成像(如T1加權(quán),、T2加權(quán)及質(zhì)子加權(quán)成像等),如此勢必花 費較長的時間,。
如從單一層面的成像方面考慮，常規(guī)SE序列平均每完成一層圖像的掃描時間為15～30s,而常 規(guī)CT每掃描一層圖像所需時間為3s左右,。而MR快速成像技術(shù)的代表——平面回波成像(EPI ),其平均每一層面成像所花費的時間僅為0.1s左右,與代表當今快速CT掃描技術(shù)——螺旋掃 描比較,其掃描一層所花的時間也要0.5s,。也許將MRI與CT掃描速度作比較不太適宜,且沒有 多大實際意義,但由此便可看出MRI技術(shù)在速度方面的突飛猛進。
完成同一病例的檢查速度
MRI<<CT
完成單一層面圖像的成像速度
常規(guī)MRI<<常規(guī)CT
快速MRI>>螺旋CT
影響MR成像速度的因素
一般來看,MR成像速度包括2個方面：①原始數(shù)據(jù)處理速度,②掃描速度,。對原始數(shù)據(jù)的處理速度主要是看MR系統(tǒng)所采用的計算機系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力,。這在計算 機技術(shù)高速發(fā)展的今天已不成問題。所有MR設(shè)備的計算機系統(tǒng)均具備在MR信號采集的過程中 行處理數(shù)據(jù)的能力,當完成一組數(shù)據(jù)的采集后,計算機已基本將原始數(shù)據(jù)處理完畢,。因此,，數(shù) 據(jù)處理速度對MR成像速度的影響并不太大。
掃描速度才是決定MR成像速度的主要方面,。掃描時間由下式確定：
掃描時間＝重復時間(TR)×相位編碼數(shù)×平均次數(shù)
所以,影響MR成像速度的主要因素為重復時間,相位編碼數(shù)及MR信號的平均次數(shù)［1］ ,。
1.重復時間(TR):指介于兩個連續(xù)脈沖序列起點之間的時間。無論采用何種脈沖序列,TR均有 一個特定值,。對TR的取值一般根據(jù)組織的T1特性確定,。為使組織達到充分的弛豫，TR一般 為5倍左右的T1值,。如純水的 T1值為3s,那么僅對純水其TR值可選擇15000ms左右,。但 對活體組織的成像并不是使之達到充分的弛豫才表現(xiàn)最佳的顯示效果。實際上為了形成較好 的組織對比而選擇了遠小于使所有組織充分弛豫的TR值,。常規(guī)TR的取值范圍為30～15000m s,。由此可見，是臨床實際的需要而限定了TR的取值,。余下的問題是：為什么不選用小的TR 值來完成掃描呢?這可是一個加快成像速度的極好機會,。這個問題將在快速成像序列的演變 過程中討論。
2.相位編碼數(shù):要弄清這個問題必須復習傳統(tǒng)的MR成像數(shù)據(jù)采集過程,。首先面對的是一個具 有一定行數(shù)和列數(shù)的體素矩陣。體素矩陣的列代表頻率編碼數(shù),，在此方向施加梯度可使每一 體素產(chǎn)生的MR信號的頻率不同,在每個成像周期內(nèi)的特定時間施加相同的頻率編碼梯度有利 于體素的空間定位,它不影響掃描時間,。體素矩陣的行代表相位編碼數(shù),在此方向施加梯度可 使每一體素內(nèi)磁化向量的相位不一致,它與頻率編碼梯度合用則形成每一體素空間的確切位 置。相位編碼數(shù)與掃描時間成正比,。傳統(tǒng)的MR成像數(shù)據(jù)采集是沿相位編碼方向進行的,且每 采集一行均需一個完整的成像周期(TR),。若需獲得一幅體素矩陣為256×256的圖像,則采集 至少需256× TR的時間,而通常采用128×TR的時間也可以獲得較為滿意的效果,且成像時間 縮短了1倍,只是圖像的像素由原來的正方形變成長方形了。但減少相位編碼數(shù)也是有限的, 否則圖像的效果就得不到觀察者認可,。同樣留下問題:既然減少相位編碼數(shù)有限,那 么還能采取其它方法,如一次激勵在相位編碼方向上有多次信號采集,或者一次激勵后將所有 的信息全部采集呢?這些做法也會使掃描時間成倍地減少,。這也將是后面要討論的問題。
3.平均次數(shù):為了獲得高信噪比的MR圖像,通常采用增加信號平均次數(shù)的方法,。但這種方法有其局限性,即掃描時間與平均次數(shù)成線性關(guān)系,。平均次數(shù)加倍,掃描時間也成倍增長,而 信噪比的增加僅與平均次數(shù)的平方根成正比,。這種增加平均次數(shù)的方法對縮短掃描時間是無 益的,但對圖像質(zhì)量的改善是有益的,故應酌情采納。
磁共振快速成像序列的演變
以上所述的內(nèi)容是建立在傳統(tǒng)自旋回波(SE)序列的基礎(chǔ)上進行討論的,。為了加快掃描速度, 可以采用縮短TR值和減少相位編碼數(shù)等方法,但前提是必須保證一定的圖像質(zhì)量,。
1. 梯度回波(GRE)序列
既然傳統(tǒng)的SE序列也不必使所有成像區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)達到充分的弛豫而成像,就使得采用梯 度回波的方法對組織成像成為可能。GRE序列是目前MR快速掃描中最為成熟的一種方法,它可 使掃描時間較傳統(tǒng)的SE序列縮短近100倍或更多,。
GRE序列的典型代表——FLASH(快速小角度激發(fā)成像)序列,是采用頻率編碼梯度的反轉(zhuǎn)形成 回波,用以取代傳統(tǒng)SE序列中采用的180°復相脈沖,。通過這種改良,其每次序列的起始脈沖 就不必采用SE序列的90°脈沖激勵,而是用小于90°的脈沖激勵,而留下一部分縱向磁化矢 量不予擾亂。然后,，經(jīng)頻率編碼梯度的翻轉(zhuǎn)形成回波,，這就減少了整個序列的重復時間,T R值減少,整個掃描時間也就縮短了。但在 SE序列中必須等到縱向磁化向量完全恢復之后才 能重復下一個脈沖,故其TR較長［1］,。
2. 快速自旋回波(TSE)序列
利用MR診斷病變最經(jīng)典的圖像是SE序列所成的圖像,。因此而發(fā)明了既有常規(guī)SE的對比度,又能明顯縮短時間的TSE序列。為了理解的方便,必須引入K-空間的概念,。所謂K-空間,是指M R數(shù)據(jù)采集中所使用的一種頻率空間,K-空間的每一條線代表一次TR中所得到的一個信號,且 這個信號又是包含有該掃描層面的數(shù)據(jù),。它有別于MR圖像中的像素矩陣,因為 K-空間內(nèi)的 每一條線并不與實際掃描層面及MR圖像的特定部位相對應［2］。但在傳統(tǒng)的SE序列 中, K-空間內(nèi)的某一條線卻正好可以形象地理解成為相位編碼的某一行,。
在TSE序列中,單個TR周期所產(chǎn)生的回波數(shù)稱回波鏈長(ETL),每一次TR均可獲取2～16或更 多個回波信號,并將其全部放入一個K-空間內(nèi),。由此可見,與傳統(tǒng)SE序列相比,在完成同樣一 組圖像數(shù)據(jù)的采集過程中,TSE所花費的時間只是SE序列的1/ETL倍［3］。那么:
掃描時間(TSE)=TR×(相位編碼數(shù)/ETL)×平均次數(shù)
若ETL為16,則在每一TR周期內(nèi)可進行16個相位編碼的數(shù)據(jù)采集,那么一幅256×256矩陣的圖 像只需256/16倍的時間即可完成,。而傳統(tǒng)SE序列在每一TR周期內(nèi)只進行一次相位編碼的數(shù)據(jù) 采集,那么一幅256×256矩陣的圖像則需要256倍的時間才能完成,。
3. 快速梯度自旋回波(TGSE)序列
TSE序列中每一次180°復相脈沖后均有一次信號采集,即每一回波鏈中只有一次信號采集。 而在快速梯度自旋回波(TGSE)序列,每一回波鏈中有多次信號采集,。這需要在每一回波鏈間 期施加快速再聚焦梯度以產(chǎn)生多個信號,。這樣就使得掃描速度進一步加快,回波鏈間期產(chǎn)生 的信號越多,完成整套圖像數(shù)據(jù)采集的時間越少。若每一回波鏈間期產(chǎn)生的信號數(shù)為N,則 TG SE掃描所花的時間為TSE的1/N倍,。那么
掃描時間(TGSE)=TR×［相位編碼數(shù)/(ETL×N)］×平均次數(shù)
若采用2s的TR,256的相位編碼數(shù),1次平均,傳統(tǒng)SE序列所需時間為2×256×1(s),約8.5min,T SE序列所用ETL為4,則約需8.5/4=2.1min 左右的采集時間;TGSE序列中的ETL仍為4,其每一回 波鏈間期再聚焦梯度次數(shù)為3,則約需2.1/3=0.7min的采集時間,。
圖1(A,B,C)分別表示SE,TSE及TGSE序列在同一TR周期內(nèi)產(chǎn)生的信號個數(shù)。
代表當今MR成像最快速度的掃描技術(shù)莫過于平面回波成像(EPI)技術(shù),。它是在TGSE序列的基 礎(chǔ)上演變出來的一種掃描技術(shù),。在TGSE序列中,多次180°復相脈沖的間期,通過再聚焦梯度 轉(zhuǎn)換過程可以產(chǎn)生多個信號,那么就使得單次激發(fā)后經(jīng)多次再聚焦梯度轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一系列的回 波信號成為可能,這便是單次激發(fā)EPI的來由。
無論TSE序列采用多大的ETL,還是TGSE序列采用的ETL與再聚焦梯度轉(zhuǎn)換次數(shù)的積有多大,其 相位編碼數(shù)/ETL或相位編碼數(shù)/(ETL×N)的結(jié)果都不可能小于1,。而單次激發(fā)EPI是在一次采 集中獲得一系列的回波信號,并將這一系列的回波信號一次充滿整個K-空間［4］,。 那么
同時上海愛寶醫(yī)療還提供：醫(yī)用X光膠片 洗片架 觀片燈 經(jīng)皮黃疸儀 濾線柵 暗室燈 增感屏 洗片機 儲片箱 軟片干燥箱 胸片架 暗盒 洗片桶 顯、定影液 制冰機 冰箱 冷柜 制片機 切片機 脫水機 包埋機 液基耗材,，公司擁有良好信譽,，質(zhì)量保證，歡迎選購,。
咨詢電話：021-66187083 66187008 66187055 13681661622
