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磁共振成像基本原理解读之十四——关于脉冲序列的故事:自旋回波序列家族(二)

01

螺旋桨采集FSE序列

螺旋桨采集FSE序列:在前文的K空间分享过程中我们曾谈及螺旋桨K空间采集技术。实现这种K空间采集基于的序列是FSE序列。该序列在不同公司具有不同的商品名,GE磁共振平台最先推出了Propeller螺旋桨扫描技术。在螺旋桨采集FSE序列中,回波链的长度至关重要。这里,我们把回波链长度称为螺旋桨的一个桨片,显然,回波链长度越长,桨片的宽度也越宽,这会增加桨片在旋转过程中K空间中心重叠的面积,或说K空间中心过采样的面积。影响这个过采样面积的另一个因素是桨片每次旋转的角度,显然,每次旋转的角度越小那么K空间中心过采样的面积就越大,不过这时需要的采集时间也会越长。桨片每次旋转的角度由参数调整中的过采样因子决定,也有的公司可以直接限定旋转角度。因为螺旋桨采集技术中每组K空间线是在桨片旋转后进行采集,这里有一个动与静相结合的过程。但这和通常的笛卡尔直线型K空间采样形成了一个鲜明的对比:那就是在螺旋桨采集过程中没有明确的频率编码和相位编码方向。在常规采样过程中我们可以很明确的把频率编码方向置于扫描部位的解剖长轴方向,这对于我们预防卷褶伪影以及使用相位编码方向的部分FOV采集(以减少扫描时间)都更加容易。而在Propeller螺旋桨采集时我们不能通过类似的方式预防卷褶伪影。这在客观上也要求我们使用Propeller等螺旋桨技术扫描时必须慎重选择FOV的大小,过小的FOV容易导致卷褶伪影出现;而且由于该种采集技术的相位编码方向是旋转的,所以其卷褶伪影不像常规扫描时容易被识别,而是可能弥漫在整个图像中。另外,当使用螺旋桨采集技术进行矢状位及冠状位采集时,应该加大过采样因子,这有利于避免卷褶伪影的产生。

图片说明:常规的笛卡尔线性K空间填充方式有明确的频率和相位编码方向,而在螺旋桨采集时没有明确的频率和相位编码方向;这里对比一下腹部扫描时常规T2和螺旋桨T2成像,可以发现后者有明显的运动伪影校正功能。腹部扫描时注意FOV的选择,避免产生卷褶伪影。

在GE磁共振平台螺旋桨采集FSE序列还可以用于扩散加权成像,即Propeller DWI成像,该种扩散加权成像的信号读取方式是FSE信号读取,因此可以克服基于EPI信号读取的DWI成像过程中的磁敏感伪影。相比于传统基于EPI的DWI成像,基于螺旋桨采集的Propeller DWI采集时间长,临床上可用于那些容易明显磁敏感伪影的区域,如富含气体的解剖结构。

02

单次激发FSE序列成像

单次激发FSE序列成像:该序列是利用K空间共轭属性进行的部分K空间采集,不同公司序列名称有所区别,在GE称之为SSFSE(Single Shot FSE)。与FSE序列相比,SSFSE在一个TR时间内采集完相位编码矩阵一半以上的K空间线,所以其回波链非常长。在临床上该序列通常用于快速屏气扫描,但因为其回波链过长导致图像对比度变差,笔者不建议以此序列代替常规的FSE T2序列,否则容易导致小病灶遗漏。因为其回波链很长,所以临床实际工作中常用该序列进行重T2加权成像,如MRCP水成像等。为了减少图像的模糊度,在SSFSE序列通常会合并使用并行采集技术如ASSET。提醒大家注意:在单次激发序列如MRCP或者DWI(单次激发EPI信号读取)使用并行采集技术如ASSET,并不能减少扫描时间,但可以通过减少K空间线采集数目而减少图像模糊(SSFSE)或减少磁敏感伪影(如DWI等EPI信号读取)。尽管笔者不主张采用SSFSE这样的序列来替代常规回波链长度的FSE T2,但有时采用重T2的SSFSE序列结合使用长TE时间可能有助于鉴别肝脏的血管瘤和单纯囊肿,这两种病变在常规T2像可能都表现为比较亮的信号改变,但因为血流瘤由很多扩大的血窦所构成,不同于单纯囊肿的液体成分,当TE时间特别长时可能因为血管瘤病变信号衰减而实现鉴别诊断的目的。当然,笔者认为最可靠的方法还是对比剂动态增强扫描。

图片说明:通过对比我们不难发现:在常规T2像上肝囊肿和肝血管瘤都表现为比较明显的高信号,但在重T2加权的SSFSE序列上囊肿依然很亮,但血管瘤病变信号明显衰减而显示不清。

图片说明:肝内占位性病变在SSFSE T2序列因为回波链过长导致图像对比度变差,所以病变显示非常不清晰容易被漏诊,而在FSE T2序列因为回波链比较适度,有很好的T2对比,病灶显示比较清晰;因为SSFSE的回波链比较长,所以可用于水成像等重T2加权像,MRCP成像可清晰显示胆道系统即充盈的十二指肠,清晰显示肠道病变及壶腹区病变所导致的充盈缺损改变。

03

三维快速容积扫描FSE之CUBE序列

三维快速容积扫描FSE之CUBE序列:CUBE序列是一种具有可变翻转角的长回波链FSE容积扫描序列,与普通的3D FSE序列相比,CUBE序列采用可变翻转角技术从而确保对比度相对稳定,另外,CUBE与ARC(K空间自校准并行采集技术)联合使用,使得其扫描速度明显提升。在序列选择中有CUBE和CUBE FLAIR两个选择,CUBE可以用于CUBE PD,CUBE T2及CUBE T1等不同对比度扫描。对于这些不同对比度的选择可以在用户控制变量中更改,也可以通过更改NEX和TE范围实现。早期的CUBE序列采用的是硬脉冲激发,所以在层面选定方向没有明确的边界,这会导致层面间卷褶伪影的产生。基于这个原因CUBE扫描锁定在矢状位或冠状位,这样我们才可能在层面选定方向把相应的解剖部位完全包括。如果选择轴位扫描则层面选定方向为人体长轴方向,此时在扫描FOV内无法完全包括相应的解剖结构。在新的版本上对激发脉冲进行了改进,所以也在部分扫描部位支持轴位扫描。因为在CUBE序列采用了比较长的回波链长度,用这个序列进行不同对比度成像需要在序列具体实施方案做一些内在的修订,因此在GE的磁共振平台可以在高级选项中进行特别选择,当我们进行了这种特殊选择后系统在参数设定上会有自动调整和界定。譬如,如果我们要把一个CUBE T2序列改成CUBE PD,我们可以在高级选项中选择MSK PD这个选项,此时我们发现TE时间的范围就会自动发生改变,所允许的最小TE变短。另一种途径就是在扫描界面上改成部分NEX采集。总之,大家在使用CUBE序列进行扫描时要根据所获得的期望对比度进行扫描参数调整,注意TR、TE的选择范围以及回波链长度调整等。CUBE序列在临床应用中可以获得T1、T2、T2 Flair等对比度,其中CUBE Flair是一个单独的序列,而CUBE T1、PD、T2等都是基于同一序列模板,通过调整对比度选项和扫描参数来获取。

从临床应用的层面而言CUBE扫描有几个优势:其一,可以在相对短的时间内完成三维容积扫描,这可以减少通常2D扫描时所存在的部分容积效应和小病变遗漏;其二,CUBE采用相对长的回波链长度,具有更好的血流流空效应,这对于黑血管壁成像具有一定的临床意义;其三,长的回波链通过聚焦脉冲的饱和效应也可以实现更好的背景抑制,所以有文献报道CUBE T1增强扫描对于发现颅内转移病变相对更敏感;其四,CUBE Flair序列更有利于发现蛛网膜下腔出血等病变,而增强扫描后CUBE Flair则可能对于一些脑膜病变更敏感。这里,我们需要再次强调的虽然CUBE Flair属于T2对比度,但同时也混有T1对比成分,部分脑膜病变在顺磁性对比剂作用下其纵向弛豫会缩短,这样,在自由水如脑脊液等达到回零点的翻转时间时刻,这部分病变已经有明显的纵向弛豫,因此更容易被显示出来。

小结

本文重点讨论了由经典自旋回波序列衍生的几个不同序列

1) 螺旋桨采集在K空间上采用了螺旋桨式采集,实现了K空间中心过采样

2) 单次激发快速自旋回波序列是一种部分傅立叶采集技术,具有很长的回波链长度,不能用以取代常规的T2加权成像

3) CUBE是具有多种对比度权重的三维容积自旋回波序列,通过对比度优化选项可以调整获取不同的对比度图像

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