磁共振（MRI）参数的故事（五）

admin

    上期我专门拿了一个专题写K space（K空间），虽然写得不是太全面，但是对于初学磁共振或者对K空间了解不深的各位同仁，能够在最短时间让大家明白K空间的重要性，所以上期的标题叫“了不起的K空间”。

    经常关注我公众号，或者连贯着看了几期文章的朋友，都应该可能看出来了，我写前面一期文章，肯定会为后面的做铺垫。上期我专门写了K空间，介绍K空间的一些特性，本期写磁共振参数，那么肯定和K空间有些关系。

    上期中，在介绍K空间的时候，笔者特意提了一句，由于才疏学浅，没有去考证，不知道为什么K空间叫K空间，为什么不叫J空间或者L空间。后台就有很厉害的老师给我留言，提示我了。

    K空间为什么叫K空间呢？是因为K空间的这种填充方式是有Kumar, Welti, Edelstein等三人提出并修订而成的，所以以Kumar的首字母来命名。非常感谢这位老师，还专门告诉我，我发现很多关注“懋式百科全书”的，都是大牛，水平，实践，高出我几个档次。这也让我感到，每次写东西，还是很有压力，力求做到考证精确。

    非常好的解释，我又去搜索了K空间的相关学术内容。我对物理造诣颇浅，但是对名字还是有研究兴趣的，Kumar库马尔这个姓氏，一听就应该是印度人。比如印度奥运会摔跤银牌获得者Kumar，印度著名导演Kumar。用了很多组合方式，没有搜到一个叫Kumar的医用物理学家。

    我搜索出来了一些简单的内容“K-space is a formalism widely used in magnetic resonance imaging introduced in 1979 by Likes and in 1983 by Ljunggren and Twieg.”



    来自一个专利：

    US patent 4307343, Richard S. Likes, "Moving Gradient Zeugmatography", issued 1981-12-22, assigned to General Electric Company.



    简单回顾一下上期最后，我们归纳了K空间的几类特性，其中包括：

    1.K空间的阵列并不是和重建以后的图像阵列一一对应的，而是K空间的每一个点都包含有图像的全部信息；

    2.K空间的共轭对称性；

    3.K空间的中心部分数据决定重建后图像的对比度；K空间的周边数据决定重建后图像的解剖细节（空间分辨率）；

    4.K空间有很多种填充轨迹（路径）；

    5.K空间的填充顺序也有很多种，不同填充顺序会影响到图像的对比度。

    其中，我们知道K空间中心部分和周边部分对图像的决定程度不同。



图1：K空间几何空间信息与重建图像关系



图2：典型的SE序列示意图及信号变化

    上面的动图是一个典型的SE自旋回波序列动图示意图。假设是自旋回波序列（不是快速自旋回波序列），每一个TR只采集一个回波信号，填充到K空间中的一条线。那么要填充完一幅图像的K空间相位编码线，就要反复重复这个过程，需要填充多少条线，就需要重复多少个这个过程，就有多少个TR。

    在SE序列中，决定图像对比度的因素很简单，是回波时间（TE），也就是动图中90°脉冲到回波形成的时间（2t）。TE时间越长，图像越偏T2权重；TE时间越短，图像越偏T1权重。如果是长TR，长TE，图像就是T2WI；如果是短TR，短TE，图像就是T1WI；如果是长TR，短TE，图像就是PDW。



    SE序列，需要重复很多次TR，所以成像速度非常慢，这也限制了它在临床上的应用。目前，临床应用的大部分自旋回波序列都是TSE序列，快速自旋回波序列（Turbo Spin Echo）。前面讲了很多SE序列和TSE序列的不同。也用了图例来说明，当然，我写文章，不希望用同样的图，换一张图对比说明。



图3：SE序列和TSE序列的不同。

    在SE序列中，一个TR只采集一个回波，填充一条K空间相位编码线，要填充完K空间，需要重复很多次，重复次数等于相位编码步级；在TSE序列中则不同，在一二TR中，通过几个重聚脉冲（再次注意，重聚脉冲不是都是180°），重聚几个信号，采集多个信号，填充多条K空间相位编码线。这样效率就大大提高。

Ⅲ.对比度类

    一个TR填充了几个K空间相位编码线，或者一个TR采集了几个回波，我们把这个叫做回波链长度。

    注意学术术语中，回波链长度不是一个长度单位，是一个个数单位。

    飞利浦中，回波链称为TSE factor。factor中文翻译叫因子，因素，这里把它当动词用，代表当做多少个因素计入；

    西门子中，回波链叫做Turbo factor。同样飞利浦和西门子都是欧洲公司，喜欢用Turbo这个词；

    GE公司，回波链叫ETL（echo train length, ETL）。这个完全就是英文直译，所以，很多人会把回波链长度当做是长度单位而理解错误。

    和SE序列相比，TSE序列达到了加速的目的。

    SE序列扫描时间=TR×NSA×number of phase×package；

    TSE序列扫描时间=(TR×NSA×number of phase×package)÷TSE factor。

    所以，回波链长度越大，等于加速越猛。



图4：飞利浦中contrast对比栏中，TSE factor显示。图中例子为15。

    除了回波链长度TSE factor，每个回波之间有一个时间间隔，这个时间间隔叫做回波间隙（echo spacing, ES）。这个名词在GPS三家公司都是一样的。飞利浦中，ES又叫TE spacing，回波间隔是在参数中显示在右侧信息栏。Shot length代表从第一个回波开始到最后一个回波结束的整个长度。



图5：一个回波链为4的TSE序列，回波链中相邻的两个回波中点的时间间隔为ES（TE spacing）。



图6：飞利浦右侧信息栏，可以显示非常多的参数信息。其中TSE es代表回波间隙。

    快速自旋回波TSE，一个TR，采集了多个回波，这些不同回波具有不同的TE，都填充到K空间中。



图7：TSE factor=4，一个TR，采集4个回波，填充到一个K空间。那么这个K空间中填充的回波，就具有各自不同的TE。

    我们前面讲了，TE时间可以决定图像的权重，对比度。在SE序列中，每一个填充K空间的回波，TE时间都固定，也比较好判断图像权重及对比度。

    而在TSE序列中，由于一次TR填充多个回波，每个回波的TE都不同，最后，填充在一个K空间中的编码线的TE都不同，那么到底是由哪一个TE来决定对比度呢？！

    我们都知道，填充K空间中心区域的相位编码线，主要决定图像对比度，我们把主要负责填充K空间中心的回波TE时间定为为有效TE（effective TE），那么在TSE序列中，决定对比度的TE就是有效TE，TEeff。



图8：TSE示意图，显示有效TE，TEeff。



图9：飞利浦中显示有效TE。

    在飞利浦参数中，可以显示有效TE，有效TEeff=我们在左侧参数栏中输入的TE值。这个道理很简单，TSE序列，一个K空间填充不同TE回波，到底哪个TE决定对比度，用户直接输入的TE值，就是系统默认的有效TE。（这里大家肯定看到后面还有一个TEequiv的值，这个涉及到飞利浦的可变重聚翻转角，这也是飞利浦参数最灵活的部分，也是比较新的部分。今天的内容我们不展开讲，要讲这个，一个专题都讲不完。）

    前面铺垫了这么多名词和概念，后面就可以开始说参数了。

    一个TR，我们采集多个回波，有多个TE，到底哪个TE作为有效TE（TEeff），是由填充到K空间中心部分的那个回波的TE来决定的。那么这里就涉及了K空间填充顺序。

    设想一下，我们可以按从上到下，依次的顺序填充K空间。这样要填充到K空间中心，就刚好是中间的回波，也就是中心时间。比如：一个TSE序列，扫描时间是2分钟，如果是按从上到下依次顺序填充K空间，那么在扫描时间一半的时候，就应该差不多填充到K空间中心了，这个时候的回波就是决定图像对比度的。

    前面有一个人在后台问我，给了一幅图，是磁共振上岗证考试题，我还记得住题目是：做肝脏动态增强扫描，要抓好动脉期，问如何开始扫描？已知打药后大概24s到达肝动脉，采用3D扰相梯度回波序列，K空间填充采用顺序填充，这个序列要扫描12s。

    好了，我们来解这道题，K空间填充采用顺序填充，序列扫描时间12s，那么扫描时间的一半刚好填充到K空间中心，决定图像对比度，12÷2=6s。打药后24s到达肝动脉。我们要抓动脉期，希望刚好药物到达肝动脉的时候，磁共振图像刚好采集到K空间中心。那么打药后24-6=18s开始启动扫描就是最好的。当然，这道题还没有考虑到，这个序列是屏气扫描，开始启动扫描之前，需要叫病人“吸气-吐气-屏气”，这里需要花5s，所以严谨的答案是24-6-5=13s就开始叮嘱病人屏气。

    K空间除了按顺序填充，还可以一开始就填充K空间中心，这样，一开始扫描，就把第一个回波填充K空间中心，决定图像对比度，后面在填充K空间周边，这个方法适合做T1权重的图像，因为一开始扫描TE时间还比较短，随着回波链增加，后面的回波TE越来越大，权重越来越偏T2。这样做还有一个好处。

    同样是上题，其他条件不变，如果题目告诉你序列采用一开始填充K空间中心的填充方式。那么一开始扫描就决定图像对比度了。24s药物到大肝动脉，24-0=24s，不严谨的答案就是打药后24s（药物到达肝动脉）在启动扫描，这样马上就能达到动脉期效果。

    这里介绍一个概念，从开始扫描到K空间填充到中心的时候，我们把它叫做K0时间，又叫Time to K0，K0代表K空间中心决定对比度的区域。

    在飞利浦中，控制K空间填充顺序的参数叫做Profile Order，中文翻译又叫填充顺序，在TSE factor下面。



图10：控制K空间填充顺序的参数，profile order。下拉菜单可以选择不同的填充顺序。

    这里主要介绍飞利浦最常用的两种填充顺序：Linear和Low-High。

    Linear，线性填充，顾名思义，就是按照顺序来填充，填充到K空间中心，即Time to K0时间就是序列扫描时间的一半。



图11：Linear线性填充K空间方式，采用这种方式填充，就是由上到下（或者由下到上）按照顺序填充。当填充到一半的时候，刚好填充到K空间中心，这个时候TE为有效TE，TEeff。

    一半采用Linear填充顺序的，T2WI序列比较多，因为如果TSE factor大（回波链长），填充到一半的时候，TEeff已经比较大了，权重已经偏向T2权重。如果非要用这种方式做T1权重，就必须减少TSE factor（缩短回波链），这样到K空间中心的时候，不至于TEeff太大。

    Low-High则是另一种常用的K空间填充顺序方式。这种方式，先填充K空间中心，在往K空间两边分别填充。



图12：Low-High方式，先填充K空间中心，在往两边填充。第一个回波的TE因为率先填充K空间中心，所以是有效TE，TEeff。

    采用Low-High的方式呢，第一个回波率先填充到K空间中心决定对比度的区域，这样做有两个好处：1.TEeff可以做得比较短，可以达到很好的T1权重对比；2.一开始扫描就立刻填充K空间中心，决定对比度的，非常方便做打药血管，抓动脉。



图13：Linear和Low-High的比较



图14：Linear填充顺序及K空间示意图



图15：Low-High填充顺序及K空间示意图，这里细心的老师已经发现，我K空间只画了一半多，而且K空间线也没画满。对，这个是采用Low-High填充，并且结合了半扫描Half Scan。大家还记得前面的半扫描吗？不记得的画，可以点下面的链接，看以前的文章。

    当然，K空间填充顺序，还有其他选项，比如飞利浦特有的非对称性填充Asymmetric。这一期由于篇幅和时间关系（已经凌晨00:50了），就不介绍了，后面会介绍这种填充顺序有什么用途及优点。



图16：Asymmetric方式的K空间填充顺序，在飞利浦中用途很多。

而且，现在压力也很大。写公众号一个是出于自己对磁共振的热爱；第二是自己一边写可以一边学习，自己也在不停查资料提高；第三是想把好东西分享给大家，和大家共同提高；第四则是，发自内心的，感觉磁共振非常有趣；第五是，深深地认同飞利浦磁共振的技术及理念，创新为你，以人为本，用心唯客户，我也感到自己有责任，介绍，推广飞利浦的磁共振技术，这么好的技术，这么好的机器，必须大力推广。写好公众号，服务大家。

了不起的K空间
转载自：懋式百科全书