磁共振（mr）成像的脈沖序列：truefisp的原理與應(yīng)用

1、Tech-Knowledge 科技鏈接磁共振 (MR) 成像的脈沖序列:TrueFISP 的原理與應(yīng)用導(dǎo)言：核磁共振成像的脈沖序列總體可以分為兩大類型：自旋回波和梯度回波。自旋回波通過施加 180 度射頻脈沖產(chǎn)生回波，而梯度回波則通過反轉(zhuǎn)梯度來產(chǎn)生回波， 由于兩者的物理機(jī)制不同， 因而產(chǎn)生的圖像加權(quán)也不同。 這兩種類型的脈沖序列在當(dāng)今的核磁共振系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。 本文主要介紹梯度回波 (GRE) 脈沖序列中的一種重要的序列 Tr

2、ueFISP （全聚焦穩(wěn)態(tài)快速梯度回波）序列。 在梯度回波序列的設(shè)計(jì)中要求在橫向磁化矢量達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)下進(jìn)行信號(hào)采集。 按照磁化矢量穩(wěn)態(tài)形成的機(jī)制， 可以將梯度回波分成兩大類：穩(wěn)態(tài)不相干 (SSI=Steady State Incoherent) 序列和穩(wěn)態(tài)相干 (SSC=Steady State Coherent) 序列。前者包括 FLASH (Fast LowAngle Shot，快速小角度偏轉(zhuǎn)）等序列，后者包括 FISP（穩(wěn)態(tài)快

3、速梯度回波） ，PSIF（時(shí)間反轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)快速梯度回波） ，TrueFISP 等序列。在穩(wěn)態(tài)相干序列中，穩(wěn)態(tài)形成的條件需要的重復(fù)時(shí)間 TR，應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于橫向馳豫時(shí)間 T2。由于信噪比受 TR 限制較小，可以選擇很短的TR，從而大大減少成像時(shí)間而不影響圖像的質(zhì)量。 而在常規(guī)的穩(wěn)態(tài)不相干序列中， TR 的選擇往往要取決于T1及翻轉(zhuǎn)角，一般大于20 毫秒，而且對(duì)信噪比的影響較大。TrueFISP序列的特點(diǎn)是在三個(gè)梯度方向上都進(jìn)行了相位補(bǔ)償， 即施加

4、重聚焦梯度， 所以在成像時(shí)以恒定速度流動(dòng)的質(zhì)子不會(huì)在各個(gè)周期中產(chǎn)生并累積出附加相移，即該序列不會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)信號(hào)相失所造成的信號(hào)損失。所以適合從CSF（腦脊液）或慢速流動(dòng)的血液中獲得很強(qiáng)的信號(hào)。 與其它的穩(wěn)態(tài)不相干梯度回波序列相比， TrueFISP的信噪比和對(duì)比度都要高出很多。 正是由于TrueFISP序列的這種特性，它特別適合用于心臟定位及動(dòng)態(tài)成像、神經(jīng)系統(tǒng)成像，內(nèi)耳及關(guān)節(jié)的高分辨率成像等。尤其是心臟成像，TrueFISP所顯示的心肌與

5、血流的對(duì)比度，是目前其他序列所不能比擬的，因而得以廣泛的應(yīng)用。TrueFISP 脈沖序列的原理TrueFISP (True Fast Image with Steady-state Precession)， 其典型的脈沖序列如圖 1 所示?；夭ㄐ盘?hào)采集之后，在相位編碼方向施加一個(gè)反向的重聚相梯度， 使得橫向殘余磁化矢量被重聚相 ； 而且在片選和讀方向上也分別施加了相位重聚梯度脈沖，使得殘余磁化矢量完全得到重聚。當(dāng)磁化矢量達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，

6、并滿足 TR << T2 的條件，信號(hào)強(qiáng)度與TR 無關(guān)，而只與偏轉(zhuǎn)角有關(guān)。所以 TrueFISP序列的采樣效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的梯度回波序列。TrueFISP 的圖像看上去與T2加權(quán)很類似， 但它的加權(quán)特性實(shí)際上是由T1/T2決定， 其信號(hào)強(qiáng)度可簡(jiǎn)化公式為其中， MO 是初始磁化矢量， My是穩(wěn)態(tài)橫向磁化矢量，正比于信號(hào)強(qiáng)度；T1，T2 分別是縱向和橫向馳豫時(shí)間。但從信號(hào)公式可以看出，它的圖像不是真正的 T2 加權(quán)。圖 2 所

7、顯示的一組圖像可以清楚地觀察到這種差異。 與普通的梯度回波相比， TrueFISP圖像的信噪比和對(duì)比度都要高得多， 而成象時(shí)間則要短得多， 將近相差 10 倍。但與真正的 T2 加權(quán)圖相比（圖 2C，快速自旋回波） ， TrueFISP圖像則又不是真正的T2加權(quán)， 其腦脊液與周圍組織的對(duì)比度要明顯高于 T2 加權(quán)圖。由于 TrueFISP 的加權(quán)的特點(diǎn)，它的圖像液體對(duì)比度清晰，即液體呈現(xiàn)出較高的信號(hào)強(qiáng)度，如CSF（腦脊液）或血液。結(jié)合脂

8、肪飽和技術(shù)的 TrueFISP序列可以得到對(duì)比度更高的圖像。 因此， 它最先在心臟定位成像中得到廣泛的應(yīng)用， 現(xiàn)在又在血管成像得到新的發(fā)展。 CISS （相長(zhǎng)相干穩(wěn)態(tài)） 序列和 DESS （雙回波穩(wěn)態(tài)） 序列都是在 TrueFISP 序列的基礎(chǔ)上演化而來，CISS 序列適用于內(nèi)1］ TrueFISP 序列的時(shí)序圖（A）和磁化矢量演變圖（B） 。在片選、相位編碼和讀方向上分別施加相位平衡梯度，使得橫向殘余磁化矢量在三個(gè)方向上都得到了重聚。

9、（ A）（B）□ 劉克成 周曉東 謝鵬程 西門子邁迪特 (深圳) 磁共振有限公司MEDICAL SOLUTIONS 2/2004 43M = M y o ~ 21 T T123］TrueFISP 序列 ： (A)四腔室心臟長(zhǎng)軸位視圖 (B)兩腔室短軸位視圖（圖像采集自西門子 Novus 1.5T 核磁共振系統(tǒng)）A B4］CISS 序列：內(nèi)耳迷路 3D 成像，使用 MIP（最大密度投影）方法進(jìn)行后處理重建。(A

10、)1.5T (B)0.35T（圖像分別采集自西門子 Novus 1.5T 核磁共振系統(tǒng)和 Novus 0.35T 核磁共振系統(tǒng)）5］TrueFISP序列： (A)腹部成像 (B)腹部成像帶有脂肪飽和（圖像采集自西門子 Novus 1.5T 核磁共振系統(tǒng)）Tech-Knowledge 科技鏈接耳迷路的三維成像，而DESS序列則更適用于關(guān)節(jié)成像，二者均具有很高的信噪比和亞毫米級(jí)的空間分辨率，對(duì)比強(qiáng)烈。早在 1990 年 True

11、FISP 序列就已經(jīng)被提出，但直到近些年才得到真正的臨床應(yīng)用。 這是因?yàn)檫@種序列對(duì)系統(tǒng)的要求非常高。 現(xiàn)在，能否運(yùn)行 TrueFISP 序列已成為衡量 MR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。 對(duì)系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在三個(gè)方面 ： 均勻性極高的主磁場(chǎng)以消除頻偏所帶來的附加相位移動(dòng) ； 高梯度強(qiáng)度、 快速切換率和良好線性度的梯度系統(tǒng)以及大功率的 RF （射頻） 系統(tǒng)。同時(shí)MR系統(tǒng)應(yīng)該沒有渦電流效應(yīng)的影響， 以保證梯度場(chǎng)的準(zhǔn)確性。另一方面，單位射

12、頻吸收率（SAR）也是影響 TrueFISP序列在臨床中應(yīng)用的重要因素之一，SAR 與 RF 激發(fā)翻轉(zhuǎn)角平方成正比，和重復(fù)時(shí)間 TR 成反比。在高場(chǎng) MR 系統(tǒng)中，由于受到 SAR的限制，不能使用大的 RF 激發(fā)翻轉(zhuǎn)，從而影響圖象的對(duì)比度。而在低場(chǎng)系統(tǒng)中， 即便用相同的圖象參數(shù)，SAR 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高場(chǎng)MR 系統(tǒng)，不會(huì)成為限制。因而它更適合于低場(chǎng)系統(tǒng)，可使用大翻轉(zhuǎn)角的 RF 激發(fā)脈沖和短 TR，從而提高對(duì)比度和信噪比。但是要求低場(chǎng)系統(tǒng)有足

13、夠的磁場(chǎng)均勻性。TrueFISP 脈沖序列的應(yīng)用因?yàn)?TrueFISP序列具有成像速度快， 流體的對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn)， 特別適合心臟動(dòng)態(tài)成像。 也可以用于心臟冠脈成像、 脊髓造影、 腹部成像、關(guān)節(jié)成像等。（一）心臟成像心臟成像是 TrueFISP 序列最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，由于 TrueFISP 成像速度極快， 在一次屏呼吸中可以采集 20 幅以上的圖像。 對(duì)于心臟實(shí)時(shí)電影成像來說， 由于采用了先進(jìn)的快速驅(qū)動(dòng)技術(shù)， 所以可以使用正向或反向心電門

14、控，在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi),可以輕松地采集 50 幅以上的圖像。 其信噪比、 對(duì)比度和時(shí)間分辨率都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的 TurboFLASH（快速 FLASH）序列。與其它序列相比TrueFISP 序列顯示心肌與血液的對(duì)比度具有很大的優(yōu)勢(shì)。在心臟冠脈成像中 TrueFISP 序列也取得了非常好的效果。在單次屏氣中使用 3D TrueFISP序列對(duì)冠脈進(jìn)行造影， 與 TurboFLASH序列相比， 信噪比和對(duì)比度都成倍提高， 而成像速度則提高 5 倍

15、左右，有利于冠脈的診斷。（二）內(nèi)耳迷路成像CISS 序列是 TrueFISP 序列的一個(gè)變種，它繼承了 TureFISP 序列快速，高分辨 T1/T2 加權(quán)成像的特點(diǎn)，圖像由兩個(gè)獨(dú)立的TrueFISP圖像聯(lián)合構(gòu)成， 不易受主磁場(chǎng)不均勻性的影響， 避免了條紋干擾偽影。（三）腹部成像應(yīng)用 TrueFISP 序列在腹部成像時(shí)，使用脂肪飽和技術(shù)，將脂肪信號(hào)抑制掉，可以得到快速、高分辨率和高對(duì)比度的腹部圖像。（四）關(guān)節(jié)成像DESS 序列是 F

16、ISP 和 PSIF 序列的組合， 對(duì)滑液和軟骨有良好的對(duì)比?？?結(jié)TrueFISP 序列是一個(gè)重要的脈沖序列， 尤其是在心臟核磁共振成像中，快速、高分辨率、高對(duì)比度的圖像采集在臨床應(yīng)用中具有很大的價(jià)值。 但 TrueFISP 序列對(duì)系統(tǒng)性能的要求很高， 這也是影響其圖像質(zhì)量， 限制其應(yīng)用范圍的重要原因。隨著近年核磁共振系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)， 尤其是梯度系統(tǒng)和 RF 系統(tǒng)性能的極大提高， 以及有源及無源勻場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，TrueFI

17、SP 序列才得以臨床應(yīng)用，未來將會(huì)有更多的臨床應(yīng)用開發(fā)，為醫(yī)生提供更好的診斷圖像。2］ ：頭部矢狀位圖A) 普通的梯度回波，F(xiàn)A=70，TR=100ms，TE=10ms，Timaging = 12.69 sec；B) TrueFISP 序列，F(xiàn)A=70，TR=4.17 ms，TE= 2.08ms，Timaging = 1.26 sec；C) 快速自旋回波(TSE)，TR=4000ms，TE=113 ms，Timaging = 1 min