【核磁共振成像】单射成像和高速脉冲序列

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一、提高成像速度的手段

  MRI扫描时间可表示为

  其中Nex为激发次数，NpE1和NpE2是两个相位的编码步数。而通常运行于2D断层的高速成像又可将其简化为

  重复时间TR（脉冲序列相邻的两次执行的时间间隔）必须满足小于回波时间TE（射频脉冲与对应的回波之间的时间间隔）(TR   TE的缩短受到数据采集时间、梯度强度及梯度切换时间的限制。
  归一化K空间、脉冲梯度和在K空间的扫描轨迹仅提出了规范化的思路。

全傅里叶编码

采集10行K空间数据的“部分傅里叶”编码

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二、平面回波成像(EPI)序列

  对于EPI序列，其允许一次RF激发而得到2D断层图像的全部数据（最快的成像方法）。

原始EPI序列的时序

  Gs、Gp、Gr分别代表选层、相位编码梯度(弱梯度，恒定不变)和频率编码梯度(快速切换)。
  一次扫描覆盖半个K空间(使用半傅里叶变化,增加预相位梯度实现全K空间扫描可行),分辨率与全K空间数据一样，信噪比低√2倍。由于其成像速度快，对运动不敏感，为T2*加权图像。

原始EPI-K空间扫描轨迹

  BEST序列：把原始EPI中恒定相位编码梯度修改为短小脉冲(blip)，并在读梯度穿越零点时刻加上blip脉冲。如此，在K空间的扫描轨迹是矩状直线，图像重建、数字信号数据处理方便。

BEST序列的时序

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三、常用或基本EPI序列

  SE-EPI序列(自旋回波与EPI相结合的混合序列): SE-EPI扫描可覆盖全K空间，一定程度上克服了组织间磁化率不一致、主磁场不均匀等引起的偏离共振效应，有更高的图像质量，图像为T2加权。

SE-EPI的时序，每个分立的回波都是梯度回波，梯度回波的包络包括对应由180°脉冲产生的自旋回波

  GE-EPI序列(梯度回波和EPI相结合的混合序列):EPI所成图像、GE所成图像均为T2 * 加权的，GE-EPI为重T2 * 加权成像(对以BOLD对比度为特征的脑功能成像效果良好)。可用低倾倒角(<90°)激发。

GE-EPI序列的时序

  IR-EPI序列：在GE-EPI或SE-EPI前加一个反向恢复模块。
  在 EPI序列中，由于图像的对比度主要是由K空间中心那条线的TE决定的，所以EPI序列中使用的K空间中心线的TE来代替传统TE，称为有效TE。

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四、EPI变型序列

  省略偶回波的EPI：只有一半的回波用于采集K空间行，K空间数据相邻行不存在相位不一致一级幅度调制、不必再做隔行数据颠倒，避免了N/2奈奎斯特鬼影。有效加速了下一个回波采集前K空间轨迹的回扫。

省略回波(回扫)d1GE-EPI序列

  圆形EPI：通过设计梯度波形产生一个局限于圆形趋于的K空间轨迹，减少K空间四角数据切趾的时间。
  测量T2 * -map的变型EPI序列：一次激发产生的回波序列用同一个相位编码步Ky采集，一个回波对应一幅图像(后续再通过SE或GE序列获取无畸变图像作为参考)。

圆形EPI的K空间轨迹

  回波体积成像EVI(三维EPI)：一次RF激发扫描得到整个体积的图像，图像空间分辨率还很低。

SE-EVI序列

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五、渐开平面螺旋(spiral)扫描序列

  Spiral扫描序列：由于原始EPI序列T2* 衰减较快，能产生的回波数受到一定的限制，因此相位编码方向分辨率下降；EPI还要求急速交变的高强度梯度脉冲，难以实现，故使用spiral扫描部分代替之。
  通过spiral扫描，可部分解决相位编码方向分辨率偏低的问题，且一定程度上降低梯度的难度。
  读梯度周期性回零，给流动以高阶补偿。在K=0附近过采样，导致在K空间原点附近采样密度特别大。
  对运动不敏感，伪影少。但采集效率低，时间长，易引起图像模糊，可在变型spiral序列中规定读出梯度从零开始且使其爬升率大而恒定，或加梯度回绕叶返回K空间轨迹到原点
  若想加大对T2*的灵敏度，可使用“逆spiral”，适于基于BOLD对比度的脑功能成像。

2D GE-spiral序列

2D SE-spiral序列

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六、RARE序列

  单射RARE序列：90°RF激发脉冲后，用一长列180°再聚焦脉冲可以产生很多个自旋回波。当各个自旋回波用不同的相位编码时，采一个回波就对应K空间的一个傅里叶行。

RARE序列的时序

  用90°脉冲一次激发，用N个180°脉冲依次再聚焦产生N个自旋回波，各个回波对应各不同的相位编码步。各个回波测量完之后，相位编码梯度必须进行回绕以消除相移。
  加方框部分表示重复执行。
  由于大数目180°脉冲，单层面RARE遭受层面轮廓畸变，RARE的主要应用为脑脊液(CSF)成像如脊髓造影，和其他液体成像(如尿道造影)。
  图像为T2对比度增强加权的。用于使用大数目的180°RF脉冲，RF功率沉积很大，临床多用多射RARE(快SE序列)。
  零编码步提前(降低T2加权对比度)、低倾倒角代替180°脉冲(降低RF功率沉积)…

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七、GRASE序列

  GRASE序列(梯度回波和快自旋回波相结合的混合序列):也即快梯度自旋回波(TGSE)。与EPI相比，由于使用再聚焦脉冲，磁场不均匀性效应及磁化率效应得到补偿，伪影降低；同时也降低了偏振自旋积累的相位，导致较少的几何畸变以及较少的体元内散相引起的信号损失。

GRASE序列

  速度有所降低。GRASE数据对涡流、梯度与接收链群时延之间失配以及抗混叠滤波器响应不对称等很敏感。
  GRASE扫描可以是单射也可以是多射，类似于RARE或EPI，因采集的回波数、行数通常非2的幂，故图像重建时K空间要填零。
  在各个重聚180°脉冲前后都用了破坏梯度，目的是对由于脉冲不理想产生的FID进行散相，以加大破坏效果。

3D GRASE脉冲序列

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八、STEAM序列

  STEAM序列：也可以快速运行，称为fast STEAM序列。采集RF再聚焦的脉冲，而不是梯度回波，因此，STE信号产生类SE的图像，对磁场不均匀性、磁化率、流动以及化学位移不敏感。
  高速STEAM是T1加权的，用于心脏成像。
  开始的3个RF脉冲和扩散敏感梯度用于预备有扩散权重的磁化强度，后面的RF脉冲和快梯度回波用于空间编码，可以单射产生低分辨率的人脑扩散成像。

高速STEAM的时序 方框中序列重复执行，每个STE分别相位编码