平面回波成像

平面回波成像第1頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(dāng)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(guó)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(kāi)的醫(yī)學(xué)磁共振年會(huì)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(dòng)的水的圖像。由于EPI技術(shù)需依賴(lài)于高性能梯度線圈，因此在臨床上的應(yīng)用一直到上世紀(jì)90年代中后期才得以實(shí)現(xiàn)。第2頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(chǎng)的連續(xù)正反向切換，每次切換產(chǎn)生一個(gè)梯度回波，因而將產(chǎn)生多個(gè)梯度回波，因而有回波鏈的存在。因此，實(shí)際上EPI可以理解成“一次射頻脈沖激發(fā)采集多個(gè)梯度回波”。第3頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于EPI回波是由讀出梯度場(chǎng)的連續(xù)正反向切換產(chǎn)生的，因此產(chǎn)生的信號(hào)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(chǎng)與讀出梯度場(chǎng)相互配合方能實(shí)現(xiàn)，相位編碼梯度場(chǎng)在每個(gè)回波采集結(jié)束后施加，其持續(xù)時(shí)間的中點(diǎn)正好與讀出梯度場(chǎng)切換過(guò)零點(diǎn)時(shí)重疊第4頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(chǎng)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(chǎng)與讀出梯度場(chǎng)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(hào)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(yè)，課件共39頁(yè)，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(chǎng)連續(xù)切換產(chǎn)生回波，先施加的是反向的離相位梯度場(chǎng)，然后切換到正向，成為聚相位梯度場(chǎng)，產(chǎn)生第一個(gè)梯度回波，正向梯度場(chǎng)施加的時(shí)間過(guò)第一回波中點(diǎn)后，實(shí)際上又成為正向的離相位梯度場(chǎng)，施加一定時(shí)間后，切換到反向，這時(shí)反向梯度場(chǎng)成為聚相位梯度場(chǎng)，從而產(chǎn)生與第一個(gè)回波方向相反的第二個(gè)梯度回波，反向梯度場(chǎng)施加的時(shí)間過(guò)第二個(gè)回波中點(diǎn)后又成為反向離相位梯度場(chǎng)。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(jìn)行迂回填充（圖b）。第6頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、EPI序列的分類(lèi)（一）按激發(fā)次數(shù)分類(lèi)（二）按EPI準(zhǔn)備脈沖分類(lèi)（三）按K空間填充方式分類(lèi)第7頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）按激發(fā)次數(shù)分類(lèi)多次激發(fā)EPI(MS-EPI)單次激發(fā)EPI(SS-EPI)第8頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(yè)，課件共39頁(yè)，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(chǎng)連續(xù)切換采集多個(gè)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(gè)K空間的填充。MS-EPI所需要進(jìn)行的激發(fā)次數(shù)，取決于K空間相位編碼步級(jí)和ETL。如K空間相位編碼步級(jí)為128，ETL＝16，則需要進(jìn)行8次激發(fā)(128=16x8)。ETL指回波鏈長(zhǎng)度(echotrainlength),即每個(gè)回波鏈中包含的回波個(gè)數(shù)。第10頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(gè)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(gè)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(chǎng)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(jìn)行迂回填充；（3）由于梯度場(chǎng)連續(xù)切換比連續(xù)的180

脈沖所需的時(shí)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(yè)，課件共39頁(yè)，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(chēng)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(dāng)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(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SS-EPI與MS-EPI各有優(yōu)缺點(diǎn)：（1）SS-EPI的成像速度明顯快于MS-EPI，因此更適用于對(duì)速度要求很高的功能成像；（2）由于ETL相對(duì)較短，MS-EPI的圖像質(zhì)量一般優(yōu)于SS-EPI，SNR更高，EPI常見(jiàn)的偽影更少。第13頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）按EPI準(zhǔn)備脈沖分類(lèi)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(yè)，課件共39頁(yè)，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(jiǎn)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(hào)符合T2*衰減曲線，因此有的文獻(xiàn)也把該序列稱(chēng)為FID-EPI序列。GRE-EPI序列一般采用SS-EPI方法來(lái)采集信號(hào)。GRE-EPI序列一般用作T2*WI序列。第15頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(zhǔn)備脈沖為一個(gè)90

脈沖后隨一個(gè)180

脈沖，即自旋回波序列方式，則該序列被稱(chēng)為SE-EPI序列。180

脈沖將產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自旋回波，而EPI方法將采集一個(gè)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(duì)比關(guān)系最密切的K空間中心填充的是自旋回波信號(hào)，因此認(rèn)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(kuò)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(yè)，課件共39頁(yè)，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(duì)比，EPI采集的梯度回波鏈主要決定圖像的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。把90脈沖中點(diǎn)與自旋回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為T(mén)E，把兩次相鄰的90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為T(mén)R，如果是單次激發(fā)SE-EPI，則TR為無(wú)窮大。第17頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(shí)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(duì)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(duì)圖像對(duì)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(yè)，課件共39頁(yè)，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(guò)一定時(shí)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(shí)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(lái)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(diǎn)與90脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為T(mén)I；把90脈沖中點(diǎn)與填充K空間中心的回波中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為有效TE；把兩次相鄰的180反轉(zhuǎn)脈沖中點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為T(mén)R，如果是單次激發(fā)IR-EPI序列則TR為無(wú)窮大。第19頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(三)按K空間填充方式分類(lèi)1.K空間迂回填充2.K空間螺旋填充第20頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(jìn)行圖像采集的EPI,如圖1和圖2所示第21頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(yè)，課件共39頁(yè)，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(yè)，課件共39頁(yè)，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(yè)，課件共39頁(yè)，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(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EPI序列一覽表第26頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、EPI成像第27頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高分辨率EPIGREEPISEEPI第28頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顯示運(yùn)動(dòng)皮層的高分辨率EPIfMRI第29頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(huì)導(dǎo)致局部磁場(chǎng)環(huán)境的變形，造成自旋失相位，產(chǎn)生信號(hào)損失或錯(cuò)誤描述。偽影特點(diǎn)：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(hào)。第30頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第31頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：

掃描時(shí)盡量避開(kāi)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(chǎng)采用并行成像縮短回波鏈的持續(xù)時(shí)間第32頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EPI成像優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：成像快速，時(shí)間分辨率高，可用于動(dòng)態(tài)成像和功能成像。EPI序列能有效減少各種運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響，在消除運(yùn)動(dòng)偽影方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性?？梢詫?shí)現(xiàn)擴(kuò)散加權(quán)成像，擴(kuò)散成像在低速成像序列中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。第33頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EPI成像優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：?jiǎn)渭ぐl(fā)EPI需要高效能（讀出能力強(qiáng)）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(gè)點(diǎn)的采樣速率，能進(jìn)行大量數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理的存儲(chǔ)器和處理器。多激發(fā)EPI對(duì)梯度系統(tǒng)要求不高，但掃描時(shí)間比單激發(fā)EPI要長(zhǎng)。EPI序列成像具有高度的磁化率偽影，對(duì)磁場(chǎng)不均勻性十分敏感，對(duì)系統(tǒng)主磁場(chǎng)均勻程度要求非常高。但是，利用EPI對(duì)磁化率的敏感性可以用來(lái)進(jìn)行磁敏感性成像。對(duì)化學(xué)位移位移敏感，需進(jìn)行水或脂肪信號(hào)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(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第35頁(yè)，課件共39頁(yè)，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(guò)顯示組織毛細(xì)血管水平的血流灌注情況，評(píng)價(jià)局部組織的活動(dòng)及功能狀況。對(duì)于腦梗后的再灌注和側(cè)枝循環(huán)的建立和開(kāi)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(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作