磁共振（mr）成像的脈沖序列：truefisp的原理與應用

1、Tech-Knowledge 科技鏈接磁共振 (MR) 成像的脈沖序列:TrueFISP 的原理與應用導言：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梯度來產(chǎn)生回波， 由于兩者的物理機制不同， 因而產(chǎn)生的圖像加權也不同。 這兩種類型的脈沖序列在當今的核磁共振系統(tǒng)中都得到了廣泛的應用。 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計中要求在橫向磁化矢量達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)下進行信號采集。 按照磁化矢量穩(wěn)態(tài)形成的機制， 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）等序列，后者包括 FISP（穩(wěn)態(tài)快

3、速梯度回波） ，PSIF（時間反轉穩(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時間 TR，應遠遠小于橫向馳豫時間 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及翻轉角，一般大于20 毫秒，而且對信噪比的影響較大。TrueFISP序列的特點是在三個梯度方向上都進行了相位補償， 即施加

4、重聚焦梯度， 所以在成像時以恒定速度流動的質(zhì)子不會在各個周期中產(chǎn)生并累積出附加相移，即該序列不會出現(xiàn)流動信號相失所造成的信號損失。所以適合從CSF（腦脊液）或慢速流動的血液中獲得很強的信號。 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態(tài)成像、神經(jīng)系統(tǒng)成像，內(nèi)耳及關節(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、血流的對比度，是目前其他序列所不能比擬的，因而得以廣泛的應用。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盘柌杉螅谙辔痪幋a方向施加一個反向的重聚相梯度， 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。當磁化矢量達到穩(wěn)態(tài)的時候，

6、并滿足 TR << T2 的條件，信號強度與TR 無關，而只與偏轉角有關。所以 TrueFISP序列的采樣效率要遠遠高于普通的梯度回波序列。TrueFISP 的圖像看上去與T2加權很類似， 但它的加權特性實際上是由T1/T2決定， 其信號強度可簡化公式為其中， MO 是初始磁化矢量， My是穩(wěn)態(tài)橫向磁化矢量，正比于信號強度；T1，T2 分別是縱向和橫向馳豫時間。但從信號公式可以看出，它的圖像不是真正的 T2 加權。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圖像的信噪比和對比度都要高得多， 而成象時間則要短得多， 將近相差 10 倍。但與真正的 T2 加權圖相比（圖 2C，快速自旋回波） ， TrueFISP圖像則又不是真正的T2加權， 其腦脊液與周圍組織的對比度要明顯高于 T2 加權圖。由于 TrueFISP 的加權的特點，它的圖像液體對比度清晰，即液體呈現(xiàn)出較高的信號強度，如CSF（腦脊液）或血液。結合脂

8、肪飽和技術的 TrueFISP序列可以得到對比度更高的圖像。 因此， 它最先在心臟定位成像中得到廣泛的應用， 現(xiàn)在又在血管成像得到新的發(fā)展。 CISS （相長相干穩(wěn)態(tài)） 序列和 DESS （雙回波穩(wěn)態(tài)） 序列都是在 TrueFISP 序列的基礎上演化而來，CISS 序列適用于內(nèi)1］ TrueFISP 序列的時序圖（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序列則更適用于關節(jié)成像，二者均具有很高的信噪比和亞毫米級的空間分辨率，對比強烈。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用。 這是因為這種序列對系統(tǒng)的要求非常高。 現(xiàn)在，能否運行 TrueFISP 序列已成為衡量 MR 系統(tǒng)設計和制造水平的標準之一。 對系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在三個方面 ： 均勻性極高的主磁場以消除頻偏所帶來的附加相位移動 ； 高梯度強度、 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MR系統(tǒng)應該沒有渦電流效應的影響， 以保證梯度場的準確性。另一方面，單位射

12、頻吸收率（SAR）也是影響 TrueFISP序列在臨床中應用的重要因素之一，SAR 與 RF 激發(fā)翻轉角平方成正比，和重復時間 TR 成反比。在高場 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，從而影響圖象的對比度。而在低場系統(tǒng)中， 即便用相同的圖象參數(shù)，SAR 要遠遠低于高場MR 系統(tǒng)，不會成為限制。因而它更適合于低場系統(tǒng)，可使用大翻轉角的 RF 激發(fā)脈沖和短 TR，從而提高對比度和信噪比。但是要求低場系統(tǒng)有足

13、夠的磁場均勻性。TrueFISP 脈沖序列的應用因為 TrueFISP序列具有成像速度快， 流體的對比度高等優(yōu)點， 特別適合心臟動態(tài)成像。 也可以用于心臟冠脈成像、 脊髓造影、 腹部成像、關節(jié)成像等。（一）心臟成像心臟成像是 TrueFISP 序列最主要的應用領域，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。 對于心臟實時電影成像來說， 由于采用了先進的快速驅動技術， 所以可以使用正向或反向心電門

14、控，在一個心動周期內(nèi),可以輕松地采集 50 幅以上的圖像。 其信噪比、 對比度和時間分辨率都大大優(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比度具有很大的優(yōu)勢。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序列對冠脈進行造影， 與 TurboFLASH序列相比， 信噪比和對比度都成倍提高， 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 序列的一個變種，它繼承了 TureFISP 序列快速，高分辨 T1/T2 加權成像的特點，圖像由兩個獨立的TrueFISP圖像聯(lián)合構成， 不易受主磁場不均勻性的影響， 避免了條紋干擾偽影。（三）腹部成像應用 TrueFISP 序列在腹部成像時，使用脂肪飽和技術，將脂肪信號抑制掉，可以得到快速、高分辨率和高對比度的腹部圖像。（四）關節(jié)成像DESS 序列是 F

16、ISP 和 PSIF 序列的組合， 對滑液和軟骨有良好的對比。總 結TrueFISP 序列是一個重要的脈沖序列， 尤其是在心臟核磁共振成像中，快速、高分辨率、高對比度的圖像采集在臨床應用中具有很大的價值。 但 TrueFISP 序列對系統(tǒng)性能的要求很高， 這也是影響其圖像質(zhì)量， 限制其應用范圍的重要原因。隨著近年核磁共振系統(tǒng)的技術改進， 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技術的發(fā)展，TrueFI

17、SP 序列才得以臨床應用，未來將會有更多的臨床應用開發(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