平面回波成像

平面回波成像第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月回波平面成像歷史回波平面成像（EchoPlanarImaging,EPI）是當今最快的成像方法。通?？稍?0ms內(nèi)采集完一幅完整圖像，每秒可獲取20幅圖像1977年，英國的諾丁漢（Nottingham）大學(xué)物理系PetterMansfield博士與他的同伴I.LPykett提出EPI技術(shù)。1985年在倫敦召開的醫(yī)學(xué)磁共振年會上，Mansfield以電影方式連續(xù)展示了利用EPI序列得到的一杯攪動的水的圖像。由于EPI技術(shù)需依賴于高性能梯度線圈，因此在臨床上的應(yīng)用一直到上世紀90年代中后期才得以實現(xiàn)。第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月一、EPI技術(shù)EPI技術(shù)是在一次射頻脈沖激發(fā)后，利用讀出梯度場的連續(xù)正反向切換，每次切換產(chǎn)生一個梯度回波，因而將產(chǎn)生多個梯度回波，因而有回波鏈的存在。因此，實際上EPI可以理解成“一次射頻脈沖激發(fā)采集多個梯度回波”。第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月由于EPI回波是由讀出梯度場的連續(xù)正反向切換產(chǎn)生的，因此產(chǎn)生的信號在K空間內(nèi)填充是一種迂回軌跡。這種K空間迂回填充軌跡需要相位編碼梯度場與讀出梯度場相互配合方能實現(xiàn)，相位編碼梯度場在每個回波采集結(jié)束后施加，其持續(xù)時間的中點正好與讀出梯度場切換過零點時重疊第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1常規(guī)EPI的序列結(jié)構(gòu)及K空間填充軌跡示意圖圖a為常規(guī)EPI序列結(jié)構(gòu)示意圖，圖中省略了層面選擇梯度。EPI是在射頻脈沖激發(fā)后利用梯度場連續(xù)的正反向切換，從而產(chǎn)生一連串梯度回波。利用相位編碼梯度場與讀出梯度場相互配合，完成空間定位編碼。圖b示EPI序列的K空間填充軌跡，由于EPI特殊的信號采集方式，其原始數(shù)據(jù)的K空間填充軌跡與一般MR成像序列不同，是一種迂回的填充軌跡。第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月從圖a可以看出，EPI序列利用讀出梯度場連續(xù)切換產(chǎn)生回波，先施加的是反向的離相位梯度場，然后切換到正向，成為聚相位梯度場，產(chǎn)生第一個梯度回波，正向梯度場施加的時間過第一回波中點后，實際上又成為正向的離相位梯度場，施加一定時間后，切換到反向，這時反向梯度場成為聚相位梯度場，從而產(chǎn)生與第一個回波方向相反的第二個梯度回波，反向梯度場施加的時間過第二個回波中點后又成為反向離相位梯度場。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生一連串正向和反向相間的梯度回波，正由于EPI序列中這種正向和反向相間的梯度回波鏈，決定了其MR原始數(shù)據(jù)在K空間中需要進行迂回填充（圖b）。第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月二、EPI序列的分類（一）按激發(fā)次數(shù)分類（二）按EPI準備脈沖分類（三）按K空間填充方式分類第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）按激發(fā)次數(shù)分類多次激發(fā)EPI(MS-EPI)單次激發(fā)EPI(SS-EPI)第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月多次激發(fā)EPI圖2MS-EPI的K空間軌跡及成像序列第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月多次激發(fā)EPI多次激發(fā)EPI（multishotEPI，MS-EPI）是指一次射頻脈沖激發(fā)后利用讀出梯度場連續(xù)切換采集多個梯度回波，填充K空間的多條相位編碼線，需要多次射頻脈沖激發(fā)和相應(yīng)次數(shù)的EPI采集及數(shù)據(jù)迂回填充才能完成整個K空間的填充。MS-EPI所需要進行的激發(fā)次數(shù)，取決于K空間相位編碼步級和ETL。如K空間相位編碼步級為128，ETL＝16，則需要進行8次激發(fā)(128=16x8)。ETL指回波鏈長度(echotrainlength),即每個回波鏈中包含的回波個數(shù)。第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月多次激發(fā)EPIMS-EPI與FSE頗為相似，兩種序列均是在一次射頻脈沖激發(fā)后采集多個回波，填充K空間的多條相位編碼線，需要重復(fù)多次激發(fā)方能完成整個K空間的填充。兩種序列的不同之處在于：（1）FSE序列是利用180

復(fù)相脈沖采集自旋回波鏈，而MS-EPI是利用讀出梯度場的連續(xù)切換采集梯度回波鏈；（2）FSE的K空間是單向填充，而MS-EPI的K空間需要進行迂回填充；（3）由于梯度場連續(xù)切換比連續(xù)的180

脈沖所需的時間要短的多，因此MS-EPI回波鏈采集要比ETL相同的FSE序列快數(shù)倍。第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月單次激發(fā)EPI如果EPI序列填充K空間的所有數(shù)據(jù)在一次射頻脈沖后全部采集，這種序列被稱為單次激發(fā)EPI（singleshotEPI，SS-EPI）序列，如圖1所示。SS-EPI序列與單次激發(fā)FSE（SS-FSE）序列相似，均是在一次射頻脈沖激發(fā)后完成K空間全部數(shù)據(jù)的采集。兩種序列的不同之處則相當于MS-EPI序列與FSE序列的差別。SS-EPI序列是目前采集速度最快的MR成像序列，單層圖像的TA可短于100ms。第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月SS-EPI與MS-EPI各有優(yōu)缺點：（1）SS-EPI的成像速度明顯快于MS-EPI，因此更適用于對速度要求很高的功能成像；（2）由于ETL相對較短，MS-EPI的圖像質(zhì)量一般優(yōu)于SS-EPI，SNR更高，EPI常見的偽影更少。第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）按EPI準備脈沖分類1.梯度回波EPI序列(GRE-EPI)2.自旋回波EPI序列(SE-EPI)3.反轉(zhuǎn)恢復(fù)EPI序列(IR-EPI)第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月梯度回波EPI序列(GRE-EPI)梯度回波EPI（GRE-EPI）序列是最基本的EPI序列，結(jié)構(gòu)也最簡單，是在90

脈沖后利用EPI采集技術(shù)采集梯度回波鏈。圖1a所示即為GRE-EPI序列，90

脈沖后，回波鏈采集的信號符合T2*衰減曲線，因此有的文獻也把該序列稱為FID-EPI序列。GRE-EPI序列一般采用SS-EPI方法來采集信號。GRE-EPI序列一般用作T2*WI序列。第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月自旋回波EPI序列(SE-EPI)如果EPI采集前的準備脈沖為一個90

脈沖后隨一個180

脈沖，即自旋回波序列方式，則該序列被稱為SE-EPI序列。180

脈沖將產(chǎn)生一個標準的自旋回波，而EPI方法將采集一個梯度回波鏈，一般把自旋回波填充在K空間中心，而把EPI回波鏈填充在K空間其他區(qū)域。由于與圖像對比關(guān)系最密切的K空間中心填充的是自旋回波信號，因此認為該序列得到的圖像能夠反映組織的T2弛豫特性，因此該序列一般被用作T2WI或水分子擴散加權(quán)成像（diffusion-weightedimaging，DWI）序列。SE-EPI序列可以是MS-EPI，也可以是SS-EPI。第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月自旋回波EPI序列(SE-EPI)圖3SE-EPI序列結(jié)構(gòu)示意圖SE-EPI序列-的預(yù)脈沖是SE序列，后隨EPI采集。180

復(fù)相脈沖產(chǎn)生的自旋回波填充在K空間中心決定圖像的對比，EPI采集的梯度回波鏈主要決定圖像的結(jié)構(gòu)細節(jié)。把90脈沖中點與自旋回波中點的時間間隔定義為TE，把兩次相鄰的90脈沖中點的時間間隔定義為TR，如果是單次激發(fā)SE-EPI，則TR為無窮大。第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月反轉(zhuǎn)恢復(fù)EPI序列(IR-EPI)所謂反轉(zhuǎn)恢復(fù)EPI（inversionrecoveryEPI，IR-EPI）序列是指EPI采集前施加的是180

反轉(zhuǎn)恢復(fù)預(yù)脈沖。實際上IR-EPI有兩種：（1）在GRE-EPI序列前施加180

反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖（圖4），這種序列一般為ETL較短（ETL=4~8）的MS-EPI序列，常用作超快速T1WI序列，利用180

反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖增加T1對比，利用短ETL的EPI采集技術(shù)不但加快了采集速度，也可選用很短的TE以盡量剔除T2*弛豫對圖像對比的污染。（2）在SE-EPI前施加180

反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖，這種序列可以采用SS-EPI或MS-EPI，可作為FLAIR或DWI序列。第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4IR-EPI序列結(jié)構(gòu)示意圖IR-EPI序列最早施加的是180

反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖，180脈沖后，組織將發(fā)生縱向弛豫，經(jīng)過一定時間后，由于縱向弛豫速度不同各組織的宏觀縱向磁化矢量將出現(xiàn)差別，這時利用90脈沖把這種宏觀縱向磁化矢量差別偏轉(zhuǎn)90，變成宏觀橫向磁化矢量差別，立刻使用EPI技術(shù)采集回波來記錄這種宏觀橫向磁化矢量差別。我們把180反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖中點與90脈沖中點的時間間隔定義為TI；把90脈沖中點與填充K空間中心的回波中點的時間間隔定義為有效TE；把兩次相鄰的180反轉(zhuǎn)脈沖中點的時間間隔定義為TR，如果是單次激發(fā)IR-EPI序列則TR為無窮大。第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)按K空間填充方式分類1.K空間迂回填充2.K空間螺旋填充第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月K空間迂回填充上述多激發(fā)和單激發(fā)都是按K空間迂回填充方式進行圖像采集的EPI,如圖1和圖2所示第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月K空間螺旋填充圖5EPI的K空間螺旋填充，均勻螺旋第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月K空間螺旋填充圖6EPI的K空間螺旋填充，采用插入技術(shù)第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月K空間螺旋填充圖7K空間螺旋填充EPI成像序列第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月K空間螺旋填充圖8K空間螺旋填充EPI成像，左圖為均勻螺旋填充成像，右圖為采用插入技術(shù)的螺旋填充成像第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月EPI序列一覽表第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月三、EPI成像第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月高分辨率EPIGREEPISEEPI第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月顯示運動皮層的高分辨率EPIfMRI第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月EPI偽影磁敏感性偽影原因：不同磁化率物質(zhì)的交界面，磁化率不同會導(dǎo)致局部磁場環(huán)境的變形，造成自旋失相位，產(chǎn)生信號損失或錯誤描述。偽影特點：在組織/空氣和組織/脂肪界面（包括副鼻竇、顱底、蝶鞍等部位）出現(xiàn)異常信號。第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：

掃描時盡量避開這些部位增加層厚、層間隔減小人為的磁化界面?zhèn)斡靶Ｕ椒ǎ喝鏕EFiesta序列的binding偽影，可加局部勻場采用并行成像縮短回波鏈的持續(xù)時間第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月EPI成像優(yōu)缺點優(yōu)點：成像快速，時間分辨率高，可用于動態(tài)成像和功能成像。EPI序列能有效減少各種運動對圖像質(zhì)量的影響，在消除運動偽影方面具有獨特的優(yōu)越性?？梢詫崿F(xiàn)擴散加權(quán)成像，擴散成像在低速成像序列中無法實現(xiàn)。第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月EPI成像優(yōu)缺點缺點：單激發(fā)EPI需要高效能（讀出能力強）的硬件，包括特殊的梯度系統(tǒng)，高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。能在200微秒中獲得25-40mT/m的梯度，每微秒采集1個點的采樣速率，能進行大量數(shù)據(jù)運算和處理的存儲器和處理器。多激發(fā)EPI對梯度系統(tǒng)要求不高，但掃描時間比單激發(fā)EPI要長。EPI序列成像具有高度的磁化率偽影，對磁場不均勻性十分敏感，對系統(tǒng)主磁場均勻程度要求非常高。但是，利用EPI對磁化率的敏感性可以用來進行磁敏感性成像。對化學(xué)位移位移敏感，需進行水或脂肪信號的壓制。易產(chǎn)生N/2鬼影。圖像信噪比比常規(guī)圖像差。第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月EPI序列的臨床應(yīng)用灌注加權(quán)成像（PWI）－－通過顯示組織毛細血管水平的血流灌注情況，評價局部組織的活動及功能狀況。對于腦梗后的再灌注和側(cè)枝循環(huán)的建立和開放很敏感，并用于鑒別腫瘤復(fù)發(fā)和放療后組織壞死的早期改變，推斷腫瘤的分化程度。第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作