MRI磁共振快速超快速采集技术MR杨正汉可编辑.docx

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MRI磁共振快速超快速采集技术MR杨正汉可编辑

MRI磁共振快速、超快速采集技术-MR杨正汉

磁共振快速、超快速采集技术卫生部北京医院放射科北京大学第五临床医院杨正汉概要磁共振快速采集技术基础复习K空间和SE序列快速成像的理由快速成像的硬件要求快速成像相关的基本概念优质快速图像的要求磁共振快速采集技术……第一部分

磁共振快速采集技术基础K空间的特性矩阵为256*256的图像需要采集256条相位编码线来完成K空间的填充，K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应的,K空间中每一个点具有全层信息K空间的特性K空间具有对称性相位编码方向的镜像对称频率编码方向的对称K空间特性填充K空间中央区域的相位编码线决定图像的对比填充K空间周边区域的相位编码线决定图像的解剖细节运动相关的部分容积效应3、快速MRI的硬件要求要加快MRI信号采集速度并保证图像一定的信噪比（signaltonoiseratio，SNR）及空间分辩，硬件的发展至关重要，其中最重要的是：

主磁体场强及其均匀度梯度线圈脉冲线圈主磁场主磁场的场强MRI的SNR与主磁场场强的成正比如果其他所有成像参数相同，1.5T磁共振采集1次所得图像的SNR，用0.5T的磁共振需要采集9次才能获得（扫描时间9倍）临床应用型的MRI仪场强已由0.15T以下上升到1.0T-3.0T梯度线圈空间定位、采集信号等作用梯度线圈性能的提高?

磁共振成速度加快没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术脉冲线圈脉冲线圈的作用如同无线电波的天线激发人体产生共振（广播电台的发射天线）采集MR信号（收音机的天线）表面线圈脉冲线圈特别是接收线圈的进步显著提高了MR图像的信噪比。

表面接收线圈至今已发展到第四代。

第一代为线性极化表面线圈第二代为圆形极化表面线圈第三代为圆形极化相控阵线圈第四代为一体化全景相控阵线圈相控阵线圈用相控阵线圈采集的MR图像的SNR明显高于用体线圈采集的MR图像4、与快速成像相关的MRI基本概念矩阵、FOV、空间分辨率图像信噪比（signaltonoiseratio,SNR对比噪声比（contrasttonoiseratio,CNR采集次数（平均次数）激发角度K空间及其填充影响SNR的主要因素主磁场场强（正比关系）表面线圈空间分辨－－Voxel体积大小（正比）层厚、Matrix、FOV采集次数（平方根正比）序列及其参数对比噪声比（CNR在图像拥有一定SNR的条件下，足够的CNR是检出病变（特别是实质脏器内病变）的根本保证。

T1WI：

CNR反映图像的T1对比T2WI：

CNR反映图像的T2对比影响CNR的主要因素是否具有足够的SNR序列扫描参数病变与正常组织的差异伪影空间分辨是否使用对比剂采集次数其他条件相同的情况下采集次数增加1倍MR图像SNR为原来的1.41倍MR信号采集时间为原来的2倍图像的伪影减少激发角度脉冲激发后体素内的宏观磁化矢量偏转的角度常规SE序列：

90度翻转恢复序列：

180度梯度回波序列：

小于90度5、优质快速MR图像的要求足够的信噪比高空间分辨率组织对比良好尽可能少的伪影（？

）尽量短的采集时间第二部分

磁共振快速采集技术

（如何进行MRI信号快速采集？

）影响MRI信号采集时间的因素二维图像的采集时间TsTR×Ny×NEX三维图像的采集时间TsTR×Ny×Nz×NEXSE序列为何费时90度激发后，T1驰豫需要很长时间，因而必须采用很长的TR一次激发后只采集一个回波为减少运动伪影往往需要进行多次信号采集利用180度射频脉冲采集回波需时较长，通常为10-15毫秒MRI目前常用的快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术MRI场强的提高和脉冲线圈的改进特别是相控阵线圈的应用，大大提高了MR图像的SNR，一般单次采集所得到的图像即能达到足够的SNR，这使屏气扫描成为可能。

现在多数胸、腹部快速成像序列特别是屏气序列的NEX为1MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术SE序列为何费时90度激发后，T1驰豫需要很长时间，因而必须采用很长的TR一次激发后只采集一个回波为减少运动伪影往往需要进行多次信号采集利用180度射频脉冲采集回波需时较长，通常为10-15毫秒90度激发与小角度激发的差别自旋回波与梯度回波序列比较自旋回波与梯度回波的信号采集自旋回波用180度脉冲采集信号。

信号稳定，对磁场均匀度要求低，但速度慢。

梯度回波用读出梯度线圈反向切换采集信号。

速度快，但对磁场不均匀比较敏感。

MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术根据采集时间计算公式可知，减少相位编码线的采集同样可以成比例地缩短信号的采集时间。

付立叶转换只能区分相位相差180度的MR信号K空间的特性矩阵为256*256的图像需要采集256条相位编码线来完成K空间的填充，K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应的,K空间中每一个点具有全层信息K空间的特性K空间具有对称性相位编码方向的镜像对称频率编码方向的对称K空间特性填充K空间中央区域的相位编码线决定图像的对比填充K空间周边区域的相位编码线决定图像的解剖细节

（1）、部分K空间技术采集的相位编码线仅需填充略多于一半的K空间，其余部分则利用K空间在相位编码方向对称性的原理进行填充

（2）、采用矩形视野（FOV）由于各解剖部位各径线长度不同，可选择径线短的方向为相位编码方向，采用的矩形FOV（4?

8?

7?

8），所需采集的相位编码线减少。

矩形FOV的K空间填充及图像重建示意图直接减少相位编码线的实际操作4、匙孔（KeyHole）技术K空间及其填充填充K空间中央区域的相位编码线决定图像的对比填充K空间周边区域的相位编码线决定图像的解剖细节第二部分

磁共振快速采集技术

（如何进行MRI信号快速采集？

）MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术常规SE序列在90度脉冲后用一个180度相位重聚脉冲产生一个回波，填充K空间的一条相位编码线。

RARE技术回波链长：

RARE序列中，90度脉冲后用180度脉冲所采集回波的数目称为回波链长（EchoTrainLength，ETL），也称时间因子。

RARE的K空间填充MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术7、单次激发技术胆总管下端结石单次激发SE-EPI-T2WI用于颅脑单次激发EPI用于DWIMRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术回波平面成像（echoplanarimaging，EPI）是目前最快的MRI信号采集方式，单层图像的信号采集时间可缩短到100毫秒以内梯度回波的一次激发采集多个回波的形式。

普通梯度回波为一次脉冲激发后利用梯度线圈反向切换一次采集一个梯度回波EPI是在一次脉冲激发后依靠梯度线圈的连续反向切换，采集一连串梯度回波信号MS-EPI与RARE一次激发后利用读出梯度线圈的反复切换采集多个梯度回波信号，填充部分K空间与自旋回波类的RARE技术相对应不同点是多次激发EPI采集的为梯度回波，RARE采集的为自旋回波SS-EPI与SS-RARE一次激发后利用读出梯度线圈的反复切换采集所有梯度回波信号，填充全部K空间与自旋回波类的SS-RARE技术相对应不同点是SS-EPI采集的为梯度回波，SS-RARE采集的为自旋回波超急性期脑梗塞发病2小时SE-EPI-T2WI用于肝脏MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术MRI快速采集方法多层采集技术缩短重复时间减少采集次数利用梯度回波替代自旋回波采集更少的相位编码线RARE技术单次激发技术EPI技术平行采集技术其他与快速采集有关的技术

（1）梯度回波和自旋回波采集相结合在SE序列或RARE序列的每个自旋回波采集前后利用读出梯度场切换各采集一个梯度回波同时产生1个自旋回波和2个梯度回波，自旋回波填充K空间的中心，决定图像的对比。

与相应的SE或RARE相比，采集速度提高到原来的3倍。

如果在每个自旋回波的前后各采集多个回波，则成像的速度还可进一步加快。

自旋回波与梯度回波结合

（2）、缩小回波间隙ES的缩小对于长ETL的RARE、SS-RARE及EPI非常重要缩短ES可在组织的信号明显衰减前完成信号采集ES的缩小依赖于梯度场场强和切换率的提高高性能梯度场的MRI仪上，SS-RARE的ES可缩小到5毫秒以下，EPI的ES可缩小到1毫秒以下。

长回波链序列中，随着回波的采集，组织的MR信号在不断衰减。

缩短回波间隙（ES）

加快信号采集速度（3）、半回波技术与半富立叶采集技术相似利用K空间在频率编码方向的对称性每个回波仅采集半个（略多于半个）其余部分利用K空间对称性特点来填充10、加快信号采集的其他技术FSESS-FSE单次激发技术可用于RARE序列EPI序列SS-FSESS-EPISS-TSEProjectionMRCPHASTET2WIMRCPRawImage常规T2WISE-EPIT2WI8、EPI技术GREEPIEPI可分为多次激发（Multishot）EPI单次激发（Singleshot）EPIMS－EPI是在一次脉冲激发后利用读出梯度线圈的连续反向切换采集多个梯度回波信号，填充部分K空间。

通过多次如此重复激发和采集完成整个K空间的填充。

SS-EPI是在一次脉冲激发后利用读出梯度线圈的连续反向切换，采集填充整个K空间所需的全部梯度回波信号。

SS-EPIMS-EPIRAREMS-EPIEPI技术仅仅是MR信号的采集方式，而非MRI扫描序列。

EPI必须结合特定的激发脉冲才能成为真正的MRI序列EPI序列的对比和权重决定于预脉冲预脉冲是翻转恢复序列，则得到T1加权的EPI图像EPI-T1WI（IR-EPI）180901809018090ImagescourtesyofICT,Woodbury,NY,USAMRperfusionimagingduringstressandatrestusingFastCard-ETacquisitionTotalexamtime20minIschemicregionobservedintheinferioseptalwallResultsconfirmedbyNuclearandCathexaminationsStressRestMRStressPerfusionStudyIschemicRegionCausedbyRCADiseaseEXITHOMENEXTPREVIOUSNuclearCath预脉冲为单个900射频脉冲则得到GRE-EPI图像EPI-T2*WI（GRE-EPI）90°90°180°EPI-T2WI（SE-EPI）预脉冲是SE序列，所得到的称为SE-EPI图像9、平行采集技术SENSE－SENSitivityEncoding（Philips）ASSET－（GE）SMASH/SENSE－（Siemens）SENSE技术需要用多通道相控阵线圈。

SENSE技术最早由Philips公司应用于临床，至今约有5年左右。

目前Philips、GE已经将SENSE技术作为临床商业技术。

目前利用SENSE技术可将MRI信号采集速度提高到原来的6倍，以后有望提高到原来的8倍以上。

SENSE技术的基本原理？

？

？

相控阵线圈提高信噪比线圈1线圈2+＝SNR提高到1.41倍相控阵线圈的2组线圈分别采集信号就相当于普通表面线圈采集2次，理论上SNR增加到原来的1.41倍。

利用相控阵线圈和SENSE技术提高信号采集速度+线圈2线圈1相控阵线圈的两组线圈同时各采集一半填充K空间所需的相位编码线，采集速度因此提高到原来的2倍，而SNR不能提高。

SENSE技术主要用于需要提高信号采集速度的检查，如CE－MRA、动态增强扫描、腹部成像、心脏成像等，此时速度比SNR更为重要。

SENSE技术采集的MR图像3D-FFET1WI150slicesin2:

585:

56withoutSENSETSE-T2WI51211slicesin1:

303:

00withoutSENSETSE-T2WI51218slicesin2:

505:

40withoutSENSESENSE技术采集的MR图像MultiphaseBanlance-FFEoftheLeftVentricle38phasesinABreath-holdwithSENSESENSE技术采集的MR图像FFE-T1WI25slicesin0:

110:

22withoutSENSESS-TSE-T2WI30slicesin0:

130:

26withoutSENSESS-TSE-T2WI+FS1slicesin200ms400mswithoutSENSESENSE技术采集的MRA3D-TOFMRA75slicesin5minuteswithoutSENSE75slicesin2.5minuteswithSENSE150slicesin5minuteswithSENSE保持空间分辨力不变所需采集的相位编码线减少采集时间成比例缩短SNR仅略有下降（平方根反比）采用矩形FOV后：

矩形FOV的应用正方形FOV（36?

36cm）采集时间20秒3:

4矩形FOV（36?

27cm）采集时间15秒（3）、直接减少相位编码线直接减少相位编码线的采集也即较少回波的采集，这将缩小相位编码方向上的矩阵，降低此方向上的空间分辨。

直接缩小相位编码方向Matrix后的K空间填充所需采集的回波减少，重建后的图像的像素呈长方形，相位编码方向的像素径线变长，空间分辨降低所需采集的相位编码线只有原来的一半相位编码方向上像素增大一倍，空间分辨降低采集时间减少到原来一半SNR＝（1×2）/1.414＝1.414减少相位编码线采集可成比例的减少信号采集时间相位编码方向的空间分辨率下降同时像素变成长方形SNR反而略有升高直接降低相位编码线的采集后直接减少相位编码线矩阵256?

256采集时间24秒矩阵256?

160（62.5%）采集时间15秒1、该方法牺牲了相位编码方向的空间分辨率2、在相位编码方向空间分辨要求不高时，该方法不仅节约时间，而且能提高图像的SNR提醒：

匙孔技术主要用于加快动态增强扫描的速度增强前先进行平扫，采集填充K空间的全部相位编码线注射造影剂后采集的仅仅是填充K空间中央区的部分相位编码线（约20%），决定增强后的图像对比。

K空间的周边部分利用平扫时采集的相位编码线来填充以显示解剖细节大大节约信号的采集时间（仅需要原来的20％），加快扫描速度。

利用匙孔技术，SE序列也可进行动态增强扫描匙孔技术Continued……6、弛豫增强快速采集（RARE）技术RARE：

RapidAcquisitionRelaxationEnhancementRARE则在90度射频脉冲后用n个180度脉冲产生n个回波，填充K空间的n条相位编码线，MR信号采集时间缩短为相应SE序列的1/n。

SEFSERARE在临床应用上也称为快速自旋回波FastSpinEcho（FSE）TurboSpinEcho（TSE）ESETL3回波间隙：

echospace,ES回波链中，两个回波的时间间隔称为回波间隙RARE技术ESETL3有效TEFSE-T2WIETL＝15Matrix＝512×256TA＝2分48秒TSE-T2WI,ETL29，屏气23秒呼吸触发FSE－MRCP（MIP）ETL24，TR＝4-5呼吸周期，TE250msTA＝3分44秒FSE－T2WIETL＝15,16单次激发Single-shot技术是回波采集的极端表现形式一次激发后采集所有的回波信号，填充整个K空间单层图像的采集时间仅为数十到数百毫秒SEGRE自旋回波用读出梯度场的反向切换采集回波用180度复相脉冲采集回波梯度回波小角度激发能产生相对较高的横向磁化矢量效能梯度回波如何加快速度小角度激发后T1弛豫较快，可选用较短的TR梯度回波常采用小角度激发平衡状态90度激发小角度激发平衡状态激发共振质子弛豫所需时间长所需时间短SEGRE利用读出梯度场的反向切换来采集梯度回波省时快速，因而可采用很短的TE可短于2毫秒）利用180度复相射频脉冲采集回波，TE常需要10-15毫秒（T1WISEGRET2*与T2的差别梯度场切换采集的梯度回波不能纠正主磁场恒定不均匀造成的质子失相位，因而得到的图像为T2*WI而非T2WI产生回波的梯度切换实际上用的就是频率编码梯度线圈梯度回波的产生SEGRE反向梯度使质子失相位，正向梯度使质子相位重聚离相位梯度聚相位梯度离相位梯度聚相位梯度右右左左?

100%50%37%20%时间（ms）MxyT2*T2T2*GREGRE回波SE回波T1WIT2WI动脉期门脉期肾细胞癌（1.5厘米）未突破肾包膜，RobsonⅠ期，TNMT1N0M03D-TOFHR-MRA脑血管畸形（A-VM）5、采集更少的相位编码线TsTR×Ny×NEX相位编码线（回波）的减少与K空间填充直接相关矩阵为256*256的图像需要进行256次相位编码，也即采集256条相位编码线K空间及其特性K空间为MR图像原始数据的填充储存空间格式，填充后的资料经傅立叶转换，重建出MR图像。

SE序列常规K空间的填充形式（对称、循序填充）减少Ny的采集可以通过以下途径来实现：

部分K空间技术采用矩形FOV直接减少相位编码线数目匙孔技术以半K空间技术为例NYNX常规自旋回波序列的信号采集和K空间填充半付立叶采集的K空间填充NXNY采用半付立叶技术后采集时间约为原来的一半图像SNR可达原来的70%左右（平方根反比，回波数减少一半，1/1.41）空间分辨力不变半付立叶技术采集的图像TA＝13秒（25秒）TA11秒（20秒）TA15秒（28秒）平衡状态90度激发180度激发小角度激发射频脉冲继发后宏观磁化矢量发生偏转，偏转角为?

磁共振现象是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）激发人体内的氢质子来引发的，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态微观效应射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发生偏转射频脉冲的强度和持续时间决定射频脉冲激发后的效应低能量中等能量高能量宏观效应90度脉冲继发后产生的宏观和微观效应低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态，高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量激发角度越大，纵向弛豫所需时间越长激发角度越大，T1成分越大，T1对比越大90度脉冲能产生最大的横向磁化矢量小角度激发能产生相对较高的横向磁化矢量效能激发角度与纵向弛豫激发角度越大，纵向弛豫所需时间越长激发角度越大，T1成分越大，T1对比越大90度脉冲能产生最大的横向磁化矢量小角度激发能产生相对较高的横向磁化矢量效能一幅SE－T2WI图像采集所需要的时间矩阵（Matrix）256×256重复采集次数（NEX）＝2TR＝3000ms，TE＝80ms采集时间（TA）＝TR×Matrixphase-encoding×NEXTA3秒×256×2＝1536秒＝25分36秒二维图像的采集时间TsTR×Ny×NEX快速成像技术通过缩短其中1个或多个因素加快MRI信号采集速度1、多层采集技术用最愚蠢的方法采集10幅SE－T2WI矩阵（Matrix）256×256重复采集次数（NEX）＝2TR＝3000ms，TE＝80ms采集时间（TA）＝TR×Matrixphase-encoding×NEX单幅图像TA3秒×256×2＝1536秒＝25分36秒10幅图像采集时间＝25分36秒×10＝4小时16分钟SE序列T1WI：

TR400ms，TE15msT2WI：

TR3000ms，TE80msT1WI：

TR400ms，TE15ms400-15＝385msT2WI：

TR3000ms，TE80ms。

3000-80＝2200ms利用剩余的时间我们能做些什么？

？

？

TETR利用剩余时间可以激发和采集其他层面一个TR间期能激发采集层面数与以下因素有关：

TR：

越长能采集越多TE：

越短能采集越多准备脉冲：

脂肪抑制、流动补偿、饱和带等现在几乎所有的MR序列均采用多层采集技术如果TR长度足够采集所有（10层）层面扫描1层和扫描10层所需时间一样用多层采集技术扫描10幅SE－T1WI矩阵（Matrix）256×256重复采集次数（NEX）＝2TR＝400ms，TE＝15ms采集时间（TA）＝TR×Matrixphase-encoding×NEX单幅图像TA0.4秒×256×2＝205秒＝3分25秒10幅图像采集时间＝3分25秒不是35分钟延长TR增加能采集的层面影响T1对比（T1WI）扫描时间延长缩短TE增加能采集的层面影响T2对比增加扫描层数的方法：

去除一些准备脉冲分次采集（对于T1WI尤为重要）2、缩短重复时间（TR）TsTR×Ny×NEX缩短TR可以成