第三节 常用脉冲序列及其应用

1. 第三节 常用脉冲序列及其应用

2. 脉冲序列(pulse sequence)是指具有一定带宽、一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲组成的脉冲程序。不同的脉冲序列及序列参数决定了图像的加权特性、图像质量以及对病变显示的敏感性。 • 目前用于临床成像的脉冲序列有很多种，而且随着设备硬件和软件的进步，脉冲序列，特别是快速和超快速成像序列将会有更大的发展，临床应用的范围也会不断扩展。脉冲序列不但品种多，而且各MR设备制造厂家均发展并形成了自己独特的序列，并具有各自不同的名称。

5. 一、自旋回波脉冲序列 • 1.序列构成 自旋回波（spin echo；SE）脉冲序列是目前临床MRI检查中最基本、最常用的脉冲序列。SE序列包括单回波SE序列和多回波SE序列。 • 该序列以90RF激励脉冲开始，继而施加一次或多次180相位重聚脉冲使质子相位重聚，产生自旋回波信号。

8. 从90脉冲开始至下一次90脉冲开始的时间间隔为TR，从90脉冲开始至获取回波的时间间隔为TE。如在90脉冲后仅使用一次180相位重聚脉冲，则仅取得一次回波，称为单回波SE序列；如在90脉冲后使用多次180相位重聚脉冲，则产生多个回波，称为多回波SE序列。在实际扫描中，常使用单回波SE序列获取T1WI；使用多回波SE序列，产生PDWI和T2WI，其中短TE、长TR的第一回波为PDWI，长TE、长TR的第二次回波用于产生T2WI。从90脉冲开始至下一次90脉冲开始的时间间隔为TR，从90脉冲开始至获取回波的时间间隔为TE。如在90脉冲后仅使用一次180相位重聚脉冲，则仅取得一次回波，称为单回波SE序列；如在90脉冲后使用多次180相位重聚脉冲，则产生多个回波，称为多回波SE序列。在实际扫描中，常使用单回波SE序列获取T1WI；使用多回波SE序列，产生PDWI和T2WI，其中短TE、长TR的第一回波为PDWI，长TE、长TR的第二次回波用于产生T2WI。

9. 2.扫描参数 通过对TR和TE值的选择，可获得不同程度的T1WI 、T2WI 和PDWI。 • 1）PDWI：选用长TR（1500～2500ms）和短TE（10～25ms）， 得到质子密度加权像。在PDWI上，质子密度越大，信号越高；质子密度越小，信号越低。 • 2）T2WI：选用长TR（1500～2500ms）和长TE（80～120ms），得到T2加权像。随着TE延长，T2权重会加大。在T2WI上，T2越长，信号越高，T2越短，信号越低。

10. 3）T1WI：选用短TR（300～600ms左右）和短TE（10～25ms），得到的MR影像为T1加权像。T1WI 上组织的对比主要受TR影响。在T1WI上，T1越短，信号越强，T1越长，信号越弱。 • 若在MR成像中均选用中等长度的TE与TR，无法突出T1、T2与质子密度对MR信号强度及组织对比的作用，不适于医学成像。

11. 3.优缺点 尽管近年来发展了很多新的MR成像序列，但SE序列仍保持着MR诊断的主导地位，一方面因为SE序列采用180°RF脉冲克服外磁场的不均匀性带来的弊端，能显示典型的T1WI 、T2WI 和PDWI，尤其在显示T2加权像方面是其它序列不能比拟的。另一方面与其它序列相比，SE序列的图像对常见的伪影（例如运动伪影和磁敏感性伪影）较不敏感。SE序列的主要缺点是扫描时间较长，尤其是应用长TR和长TE产生T2WI时。

12. 4.应用 常规SE脉冲序列是临床用途最广泛的标准成像序列，适用于绝大多数行MRI检查的病人，其中T1WI适于显示解剖结构，T2WI则对病变更敏感。因为顺磁性对比剂具有缩短T1的增强效应，在T1WI上更易于进行增强前后信号强度变化的比较，所以也是增强检查的常规序列。

13. 二、快速自旋回波序列 • 1.序列构成 快速自旋回波（fast spin-echo；FSE或turbo SE；TSE）序列与多回波序列一样，也是在一个TR周期内首先发射一个90°RF脉冲，然后相继发射多个180°RF脉冲，形成多个自旋回波，但是二者有着本质的区别。

14. 在多回波SE序列中，每个TR周期获得一个特定的相位编码数据，采集的数据只填充K-空间的一行，每个回波参与产生一幅图像，最终可获得多幅不同加权的图像。而FSE序列中，每个TR时间内获得多个彼此独立的不同的相位编码数据，采集的数据可填充K-空间的几行，最终一组回波结合形成一幅图像。在多回波SE序列中，每个TR周期获得一个特定的相位编码数据，采集的数据只填充K-空间的一行，每个回波参与产生一幅图像，最终可获得多幅不同加权的图像。而FSE序列中，每个TR时间内获得多个彼此独立的不同的相位编码数据，采集的数据可填充K-空间的几行，最终一组回波结合形成一幅图像。

15. 另外，近年来出现的单次激发FSE序列是指在一次激发脉冲后使用一连串（例如128个）180°复相脉冲，采集一连串的回波信号，极其快速地形成图像。例如，半傅里叶采集单次激发快速自旋回波（half-Fourier acquisition singo-shot turbo-SE；HASTE）序列是单次激发FSE，并集合半傅里叶采集技术，使一幅256256矩阵的图像数据在1S内便可采集完毕。

16. 2.扫描参数 首先定义几个参数，回波链长度(echo train length；ETL)是指每个TR时间内用不同的相位编码来采样的回波数，也称为快速系数。 回波间隔时间(echo train spacing；ETS)是指快速序列回波链中相邻两个回波之间的时间间隔。ETS决定序列回波时间的长短，因而关系到图像对比度。 有效回波时间(effective echo time；ETE)是指在快速序列回波链中，最终决定图像对比的回波时间。

17. 通常参数选择：①T1WI：短TE，<20ms；短TR，300～600ms；ETL 2～6；扫描时间一般需1～2min。②T2WI：长TE，90～120ms；长TR，3000～5000ms；ETL8～32；扫描时间2～3min。③PDWI：短TE，<20ms；长TR，2500～4000ms。ETL 8～12；扫描时间3～4min。

18. 在FSE脉冲序列中，ETL越大，扫描时间越短，但信号成分也更混杂，因为来自其它的TE信号成分增多。这种混杂信号成分一般对T2WI的影响并不显著，因为来自最短TE的信号成分与来自最长TE的信号成分在图像中互相补偿。但在T1WI和PDWI上，当ETL过大时，将产生过多的T2加权成分，使图像中信号加权混乱，因此一般应选较小的ETL值。此外，随着ETL的增大，在每一TR期间内能完成的扫描层数则减少。在FSE脉冲序列中，ETL越大，扫描时间越短，但信号成分也更混杂，因为来自其它的TE信号成分增多。这种混杂信号成分一般对T2WI的影响并不显著，因为来自最短TE的信号成分与来自最长TE的信号成分在图像中互相补偿。但在T1WI和PDWI上，当ETL过大时，将产生过多的T2加权成分，使图像中信号加权混乱，因此一般应选较小的ETL值。此外，随着ETL的增大，在每一TR期间内能完成的扫描层数则减少。

19. 3.优缺点 • 该序列的主要优点是扫描时间显著缩短，因而便于使用高分辨力、多采集次数的图像。FSE序列能提供比较典型的质子密度加权像和重T2加权像，FSE与普通SE序列在图像对比和病变检测能力方面很大程度上是相当的。另外，减少了运动伪影和磁敏感性伪影。 • FSE序列影像的主要缺点是其T2WI的脂肪信号高于普通SE序列的T2WI，在T2WI上脂肪信号难与水肿等鉴别；ETL大时信号成分复杂，图像模糊；磁敏感效应降低因而对出血不敏感；同时，提高了因使用多个180°脉冲而引起的对人体射频能量的累积。

20. 4.应用 FSE图像与SE图像非常接近，在很多部位的MR成像中，FSE序列可取代普通SE序列，尤其是T2加权像。只是在FSE的T2WI上脂肪仍显示为高信号，必要时可用脂肪抑制技术进行补偿。重度T2加权FSE序列还可用于胆道、泌尿道、内耳、椎管等部位的水成像。

21. 三、反转恢复序列 • 1.序列构成 反转恢复序列（inversion recovery；IR）包括一个180°反转脉冲、一个90°激发脉冲与一个180°复相脉冲。

22. 扫描中先给一个180°RF脉冲，该脉冲使磁化矢量Ｍ由正Z轴反转到负Z轴，然后磁化矢量沿正Z轴恢复，T1短的组织沿正Z轴恢复磁化矢量要明显地快于T1长的组织。90°RF脉冲使磁化矢量偏转到XY平面，再施加180°复相脉冲，在TE时间内产生一个回波信号。扫描中先给一个180°RF脉冲，该脉冲使磁化矢量Ｍ由正Z轴反转到负Z轴，然后磁化矢量沿正Z轴恢复，T1短的组织沿正Z轴恢复磁化矢量要明显地快于T1长的组织。90°RF脉冲使磁化矢量偏转到XY平面，再施加180°复相脉冲，在TE时间内产生一个回波信号。 • IR脉冲序列的TR一般均应当充分长（2000ms以上），以保证在下一次180反转脉冲开始前纵向磁化得到完全恢复，否则将影响后面的加权。由于TR长，因而一般IR脉冲序列扫描时间也长。目前有些系统在IR脉冲序列的90脉冲后使用多次180复相位脉冲取得信号，使扫描时间显著缩短。

23. 2.扫描参数 IR序列的成像参数包括，反转时间（time of inversion；TI）为初始180°RF脉冲与90°RF脉冲之间的间隔；TE为90°RF脉冲与回波之间的间隔；TR为整个序列的重复时间，即两个初始180°脉冲之间的间隔。操作者在成像时可控制这三个脉冲间的延迟时间，从而决定图像的加权特性。TI是IR序列图像对比的主要决定因素，尤其是T1对比的决定因素。

24. 一般情况下采用：①重T1WI：中等TI，400～800ms；短TE，10～20ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。②PDWI：长TI，1800ms；短TE，10～20ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。③病理加权像：中等TI，400～800ms；长TE，70ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。一般情况下采用：①重T1WI：中等TI，400～800ms；短TE，10～20ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。②PDWI：长TI，1800ms；短TE，10～20ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。③病理加权像：中等TI，400～800ms；长TE，70ms；长TR，2000ms以上；平均扫描时间5～15min。

25. 3.优缺点 优点是组织的T1对比效果较好，且信噪比较高；缺点是扫描时间较长。 • 4.应用 由于IR序列对分辨组织的T1值极为敏感，所以IR序列主要用于获取重T1WI，以显示解剖结构。在IR脉冲序列中通常使用短TE，目的是尽量减少图像中T2对比成分。但有时为了使长T2病变显示为高信号，也可使用长TE，产生的图像不仅保持了显示解剖效果好的优点，且长T2病变可显示为高信号，这种图像称为病理加权像。

26. 目前IR序列除用于形成重T1加权像之外，主要用于两种特殊的MR成像，即下面要讲到的脂肪抑制（short time of inversion recovery；STIR）和水抑制（fluid-attenuated inversion-recovery，FlAIR）序列。

28. 5.短时反转恢复序列 IR序列中，每一种组织处于特定的TI时（称为转折点），该种组织的信号为零。组织的转折点所处的TI值依赖于该组织的T1值，组织的T1越长，该TI值就越大，即TI的选择要满足在90°脉冲发射时，该组织在负Z轴的磁化矢量恰好恢复到0值，因此图像中该组织的信号完全被抑制。目前临床上越来越多地应利用IR序列的这个特性，通过选择特定的TI值，使某一特定组织的信号为零。

29. 脂肪组织的T1值非常短，IR序列一般采用短的TI值抑制脂肪信号，该序列称为短时反转恢复序列。STIR一般取0.69倍的脂肪T1值。由于组织的T1值具有场强依赖性，TI值在不同场强的MRI设备上是不一样的（表4-2）。短T1信号可来源于脂肪、亚急性期血肿、富含蛋白质的液体及其它顺磁性物质。另外，STIR序列还要采用短TE（10～30ms）、长TR（2000ms以上）。脂肪组织的T1值非常短，IR序列一般采用短的TI值抑制脂肪信号，该序列称为短时反转恢复序列。STIR一般取0.69倍的脂肪T1值。由于组织的T1值具有场强依赖性，TI值在不同场强的MRI设备上是不一样的（表4-2）。短T1信号可来源于脂肪、亚急性期血肿、富含蛋白质的液体及其它顺磁性物质。另外，STIR序列还要采用短TE（10～30ms）、长TR（2000ms以上）。

31. 脂肪抑制使脂肪信号明显减低，从而鉴别出脂肪成分，并能使与脂肪相邻的其它结构显示得更清楚。STIR序列可用于抑制骨髓、眼眶、腹部等部位的脂肪信号，用于更好地显示被脂肪信号遮蔽的病变，同时可以鉴别脂肪与非脂肪结构。另外，STIR序列还可以降低运动伪影。应注意该序列不应用于增强检查，因为顺磁性对比剂的短T1效应如果使被增强的组织结构的T1值与脂肪T1值接近时，也可能被抑制掉。脂肪抑制使脂肪信号明显减低，从而鉴别出脂肪成分，并能使与脂肪相邻的其它结构显示得更清楚。STIR序列可用于抑制骨髓、眼眶、腹部等部位的脂肪信号，用于更好地显示被脂肪信号遮蔽的病变，同时可以鉴别脂肪与非脂肪结构。另外，STIR序列还可以降低运动伪影。应注意该序列不应用于增强检查，因为顺磁性对比剂的短T1效应如果使被增强的组织结构的T1值与脂肪T1值接近时，也可能被抑制掉。

32. 6.流动衰减反转恢复序列 流动衰减反转恢复序列采用长TI和长TE，产生液体(如脑脊液)信号为零的T2加权像，是一种水抑制的成像方法。 • FlAIR序列的TI值应设定为 0.69倍水的T1值，在1.5场强设备中FLAIR序列的TI大约为2000ms。另外，通常采用长TE和长TR（6000ms以上），获得T2WI的FLAIR。目前FLAIR序列在中枢神经系统检查中应用价值较大，常用于脑的多发性硬化、脑梗塞、脑肿瘤等疾病的鉴别诊断，尤其是当这些病变与富含脑脊液的结构邻近时。

33. 四、梯度回波脉冲序列 • 梯度回波（gradient echo，GRE）序列又称为场回波（field echo；FE）序列。GRE序列是目前MR快速扫描序列中最为成熟的方法，不仅可缩短扫描时间，而且图像的空间分辨力和信噪比均无明显下降。 • GRE序列与SE序列主要有两点区别，一是使用小于90°（常用α角度表示）的射频脉冲激发；另一个区别是使用反转梯度取代180°复相脉冲，产生的回波称为梯度回波。两者均可使TR缩短，短TR最终会使扫描时间明显减少。

34. 1.常规GRE脉冲序列 （1）序列构成：该序列由一个小角度RF脉冲和读出梯度的翻转构成。参数参考值：①T1WI：大翻转角70～110，短TE 5～10ms，短TR小于50ms；②WI：小翻转角5～20，长TE15～25ms，短TR或中等TR；③PDWI：小翻转角5～20，短TE 5～10ms，短TR或中等TR。

35. （2）应用：可用于快速屏气下腹部扫描、动态增强扫描、血管成像、关节病变等检查。（2）应用：可用于快速屏气下腹部扫描、动态增强扫描、血管成像、关节病变等检查。 • （3）扫描参数参考值：通过调整翻转角、TR和TE值，即可获得T1、质子密度和T2加权像。在三个因素中，翻转角是主要的决定因素。采用大翻转角时，图像倾向于T1加权像；采用小翻转角时，图像倾向于质子密度加权像和加权像。TE与TR的时间值对加权特性也有影响，延长TE，图像会具有加权成份。使用小的翻转角时，质子密度加权像的TE短，而加权像的TE长。如选用适当的短TR，T1加权成分增加；如果延长TR，可获得和质子密度加权成分增加。

36. 2.损毁（spoiled）GRE序列 各公司具有这种脉冲结构的相应名称有：FLASH、RF spoiled FAST、SPGR、T1-FFE等。 • 如果成像序列使用的TR短于组织的T2，施加下一个RF激发脉冲时，仍在XY平面保留有相当的横向磁化矢量。损毁GRE序列的特征是在每个脉冲周期的信号检测后，施加损毁射频脉冲或损毁梯度，使残留的横向磁化矢量在下一周期的RF脉冲激发前被破坏，消失为０，因而只有纵向磁化矢量对下一个MR信号有贡献。

37. 用损毁GRE序列获得T1WI通常应采用TR=20～80ms、TE=5～10ms、翻转角α=30°～50°，或者采用TR=100～400ms、TE=5～10ms、α=60°～90°，与后者相比，前者参数获得的T1对比较好，但图像信号较弱。获得PDWI通常采用TR=100～400ms、TE=5～10ms、α=5°～20°。获得WI通常采用TR=200～500ms、TE=20～50ms、α=5°～20°。用损毁GRE序列获得T1WI通常应采用TR=20～80ms、TE=5～10ms、翻转角α=30°～50°，或者采用TR=100～400ms、TE=5～10ms、α=60°～90°，与后者相比，前者参数获得的T1对比较好，但图像信号较弱。获得PDWI通常采用TR=100～400ms、TE=5～10ms、α=5°～20°。获得WI通常采用TR=200～500ms、TE=20～50ms、α=5°～20°。 • 损毁GRE序列在显示T1对比方面比较优越，主要用来显示T1加权对比，产生T1加权像。损毁GRE序列能进行三维和薄层扫描，对流动伪影较不敏感，但磁敏感性伪影较严重。损毁GRE的对于腹部和胸部的屏息成像很有帮助，还可用于颅脑、肝、肾等的钆对比剂团注动态检查。

38. 3.相位聚合GRE序列 与各公司具有这种脉冲序列相对应的名称有：FISP、FAST、GRASS、FFE等。 • 与损毁GRE序列相反，当成像序列的TR非常短时，相位聚合GRE序列不是破坏残留的横向矢量，而是保持其状态，这种序列在每个周期的信号检测后，施加与相位编码梯度大小相同但方向相反的梯度脉冲，使离散的相位重聚，从而形成最大的横向相位一致性，使残留的横向矢量最大。该序列使相位编码梯度的净效果在每个周期是平衡的，磁化矢量的纵向和横向成份在连续的RF脉冲之间保持恒定，即均保持稳态（steady state），因而纵向磁化矢量和横向磁化矢量对MR信号均有贡献。

40. 用该序列获得T1WI通常采用TR＝200～400ms、TE＝5～15ms、α＝45°～90°；获得PDWI通常采用TR＝200～400ms、TE＝5～15ms、α＝5°～20°；获得WI通常采用TR＝100～400ms、TE＝25～60ms、α＝5°～20°；用该序列获得T2/T1加权像时应采用TR＝20～50ms、TE＝5～15ms、α＝45°～90°。用该序列获得T1WI通常采用TR＝200～400ms、TE＝5～15ms、α＝45°～90°；获得PDWI通常采用TR＝200～400ms、TE＝5～15ms、α＝5°～20°；获得WI通常采用TR＝100～400ms、TE＝25～60ms、α＝5°～20°；用该序列获得T2/T1加权像时应采用TR＝20～50ms、TE＝5～15ms、α＝45°～90°。 • 该序列在反映T2特性方面最为优越。可应用于血管、脊髓和关节成像，可用于屏气扫描，可进行三维容积成像。

41. 4.稳态自由进动GRE序列 与各公司具有这种脉冲序列相对应的名称有：PSIF、CE-FAST、SSFP、T2-FFE等。 • 该序列把相位重聚（即横向磁化矢量稳态）与SE信号连在一起，采集的是自旋回波信号。该序列使用ｎ＋１次的激发脉冲，可读出ｎ个回波。当给两个激发脉冲时，第二个脉冲虽然是激发脉冲，但它同时具有复相脉冲的作用，引起相位重聚而产生信号，所以这种序列产生的是自旋回波，而不是梯度回波。每个激发脉冲激发后，回波信号在第三个激发脉冲时达到最大，所以有效TE约为2倍的TR，即有效TE比TR要长。由于TE较长，该序列图像实际上是真正的重T2加权像。

43. 扫描参数的参考值：翻转角为30～45；TR 20～50ms。 • 该序列可以获得真正的T2WI。可用于脑、关节的成像，可进行2D、3D容积采集。该序列的主要缺点是对伪影敏感；图像质量较差；梯度的机械噪音强。

44. 五、回波平面成像序列 • 回波平面成像(echo planar imaging；EPI)是一种快速成像技术，它代表了目前临床上最快的MR成像技术。

45. 1.序列构成 单次激发(single shot)EPI是在一次RF脉冲激发后连续采集一连串的回波，即在一个RF脉冲激发后采集所有的成像数据，完成全部k-空间线的数据填充。 • EPI的数据采集是在读出梯度快速往返振荡（正→负→正切换）过程中进行的，梯度每反转一次就产生一个具有独立相位编码的梯度回波，读出梯度的快速往返切换即产生一个回波链。

46. 2．EPI图像的对比 EPI只是一种数据读出模式，因此它可与用于普通MRI脉冲序列的任何形式的RF脉冲结合，产生不同对比。 • （1）T2对比：施加一个90°和一个180°的RF脉冲，EPI将形成以SE信号为基础，可获得含有SE的T2WI效应的图像，称为SE-EPI。 • （2）T1对比：EPI与IR序列脉冲结合，形成IR EPI图像，可产生典型的T1WI效应图像。选择适当的TI时，还可以获得脂肪抑制或液体抑制图像。 • （3）质子密度和对比：施加小角度脉冲，EPI将以GRE信号为基础，获得含有GRE的T2*WI效应的图像和质子密度加权图像，称为GRE-EPI。

47. 3.应用 EPI扫描时间极短，可最大限度地去除运动伪影。除适用于心脏成像、腹部成像、流动成像外，还可进行功能成像，如脑的弥散加权成像（diffusion weighted imaging；DWI）和灌注加权成像（perfusion weighted imaging；PWI）。还可用于实时MRI（real time MRI）、介入MRI（interventional MRI）。

48. 4.EPI的限度 EPI的空间分辨力较低；而且信噪比也不是很高。另外，伪影比较严重，典型的包括N/2幻影（沿相位编码方向呈现重叠的双影，幻影移动恰好为视野的一半）、磁敏感性伪影和化学位移伪影。 • EPI技术不同与其它序列，它对硬件设备的要求很高，尤其是梯度系统，EPI要求梯度磁场的峰值强度要大于25mT/m，梯度的上升时间一般为300μs或更短，梯度的切换率要大于70T/m/s。

49. 结 束