磁共振（MRI）参数的故事（六）

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    本期懋式百科全书继续讲磁共振参数，看过前几期的朋友，同仁们，肯定对这幅图非常熟悉。我发现自从发了这个图之后，很多影像公众号都换个花样用这幅图，有一个公众号把这个写成什么，什么百慕大三角。

    这里我再次强调一下，评价磁共振图像的指标很多，比如信噪比SNR，空间分辨率，对比度噪声比，有无伪影等。上面三个主要指标会相互牵制，按现在网络流行语说法，叫做“制衡”。很多人，初次接触磁共振，以为，信噪比越高越好，其实在磁共振参数的故事一中我就强调。信噪比固然重要，但是对比度其实对医学诊断图像来说更重要。

    这里的对比度并不是一个单一指标。我们要讲对比度，必须要拿两种形式（物质，指标）来对比。比如：病变和正常组织的对比度；颅脑白质和灰质的对比度；以及其他几种关系或者组织的对比度。狭义来说，信噪比也是一种对比度，是有效信号和无效噪音之间的信号强度的对比。

    所以，在初次尝试修改（优化）磁共振参数的时候，不要只看着信噪比的增减，要去考虑各种对比度。我们需要看什么样的图片，重点强调哪些组织之间的对比，怎么做对我们诊断最有利。做之前要三省。

    上一讲，磁共振参数中，我们讲了快速自旋回波序列（TSE）的一些相关概念及知识，还有K空间填充的顺序对图像对比度、权重的影响。

    这一讲，我们深入TSE序列的一些特性及参数，来讲解这些参数对图像对比度的影响。

Ⅲ.对比度类



图1：TSE序列简单的脉冲示意图

    前面几个部分，我们都详细的阐述了自旋回波序列SE和快速自旋回波序列TSE的不同。这里就不做过多的赘述了。

    在TSE序列中，一次射频脉冲激发以后，通过多个重聚相位脉冲，采集多个回波，填充到一个K空间里的多条相位编码线，形成图像。

    这里在一次射频脉冲期间（或者一个TR内），采集了多少个回波（有多少个重聚脉冲），就是TSE factor，也就是回波链长度（前面反复强调，回波链长度不是长度单位，而是一个数字）。



图2：飞利浦中TSE factor参数的位置及显示

    TSE序列相比SE序列最大的一个作用在于加速（提高扫描速度）。那么它能提高多快呢？

    一个SE序列的扫描时间=TR×NSA×number of phases×Package

    一个TSE序列的扫描时间=（TR×NSA×number of phases×Package）÷TSE factor

    也就是说，不考虑复杂的因素，TSE序列，有多少个回波链（TSE factor）就可以提速（加速）几倍。

    举一个实例大家比较好理解。

    一个T2WI，TR=3000ms，分辨率做成256×256（相位编码步数为256），NSA=1，假设一个Package能装完。如果是采用普通的SE序列来做：

    扫描时间=3000ms×256×1=768000ms=768s≈13min（13分钟）

    如果采用TSE序列做，同样的条件不变，TSE factor=4：

    扫描时间=768000ms÷4=192000ms=192s≈3min（3分钟）

    成像时间缩短了4倍。

    所以，TSE factor=N时，成像时间缩短N倍。

    当然，磁共振图像都是相互制衡，权衡的，扫描时间缩短了，信噪比和其他的分辨率会不会不变呢！？

    没有那么好的事，天下没有免费的午餐。在磁共振中，只要不是参数设置得不合理，扫描时间缩短了，就得拿信噪比或者空间分辨率或者对比度来换。

    TSE factor

    TSE factor越大，加速越多，扫描时间越短，这个是TSE序列相比SE序列的优势。因为SE序列做T2WI的时间太慢，所以现在临床做的T2WI序列基本上都是TSE序列。

    当然，TSE factor越大，也会带来一些不利的因素。

    首先是信噪比的下降。TSE factor越大，信噪比会越低。因为一次TR采集的回波越多，到后半部分的回波信号都已经很微弱了，填充到K空间进行图像重建，信噪比肯定低。

    第二，TSE factor越大，图像模糊效应越重，这个就会影响图像的一些对比度。由于TSE序列中，一次TR采集多个回波，每个回波的TE时间不同，填充在一个K空间里，由于后面的回波信号衰减得很快，信号非常微弱。在一个K空间中，不同TE的回波，信号差别太大，就会导致图像重建后产生模糊效应。回波之间信号差别越大，模糊效应越重。所以，如果TSE factor太大，就意味着，采集的不同回波越多，后面的回波信号强度越弱，不同回波之间信号强度差别越大，当然重建以后的图像模糊效应越重。



图3：TSE序列中，不同回波之间信号的差别。信号差别越大，模糊效应越重

    第三，TSE factor越大，脂肪组织在T2WI图像中信号越高。这个我在每一站全国培训班讲脂肪抑制的时候都会提一下。

    本来脂肪组织是短T1，稍短T2。也就是说在T1WI序列上脂肪呈低信号，在T2WI序列上，脂肪应该是稍低信号的。但是，采用TSE序列做的T2WI图像上，脂肪是高信号。脂肪是高信号不代表脂肪组织的T2值长，而是因为TSE序列多个重聚脉冲的缘故。



图4：SE序列和TSE序列对比，可以发现，在SE序列中，头皮脂肪没有这么亮；而在TSE序列中，头皮脂肪比SE序列亮得多，说明头皮脂肪在TSE序列中信号比SE序列高得多。

    1.多个重聚脉冲会打断脂肪组织的J-coupling（J偶联效应），导致脂肪组织的信号增高；

    2.多个重聚脉冲，脉冲越多，越容易产生MTC（磁化传递效应），受磁化传递效应影响，含蛋白的组织信号会下降，这样就把脂肪组织信号反衬高了。



图5：MTC（磁化传递效应）示意图，详细的在以后会介绍。

    最后，TSE factor越大，SAR值越高。讲了这么久的磁共振，才发现，很少讲磁共振安全问题。磁共振相比CT来说是安全的（无射线暴露），但是不等同于磁共振一点问题都没有。磁共振检查中有些小的“副作用”。SAR值就是一个，SAR（Specific Absorption Ratio, SAR）又叫特殊吸收率。磁共振在发射射频脉冲的时候，会把一些能量传递给人体，引起体温上升。TSE序列中，在一个TR采用多个重聚脉冲回聚信号，这样的话，会在短时间多次发射高能量的脉冲（180或160°射频脉冲），这样就容易引起SAR值升高。每个公司的机器都有安全保护，当SAR值达到一定沉积的时候，机器会停止扫描，等SAR值降下来再继续扫描。

    比较好的一点是，飞利浦的机器，笔者培训了这么多机器（大部分3.0T），从来没有在场地看到过超SAR的情况（SAR值太高，机器自动停止扫描）。说明飞利浦以人为本，把技术安全放在首位。

    Echo Spacing

    Echo Spacing是TSE序列中的另外一个重要参数。



图6：Echo Spacing的示意图

    如上图所示，Echo Spacing中文直译为回波间隔（间隙），是指TSE序列中产生的连续回波之间的时间间隔。

    Echo Spacing的大小，会受到TSE factor，TE以及前面讲的K空间填充顺序Profile Order的影响。这些参数变化后，Echo Spacing会跟着变化，这种变化会显示在飞利浦参数的右侧信息栏里。



图7：在飞利浦参数右侧的信息栏里，显示TSE es，es代表Echo Spacing，回波间隔（间隙）。

Ⅳ.生理及运动类

    这里突然强行插入生理及运动类，代表Echo Spacing这个参数可以影响图像的运动伪影。

    我们假设Echo Spacing越小，也就是不同回波之间的时间间隔越短，那么采集回波时间就越快，这样的话就越可以减小运动伪影。有一句话怎么说的：天下武功，唯快不破。采集速度越快，快到时间可以忽略，那么就把运动给冻结了。



图8：其他条件不变，a中es为22ms，b中es为12.2ms，可以发现，Echo Spacing缩短，运动伪影减少了。

    前面讲了Echo Spacing会跟着TSE factor，TE和Profile Order变化，那么我们能不能直接设置Echo Spacing 大小呢。？

    在飞利浦中，我们是可以的。当然，理论上，Echo Spacing大小越小越好，最好没有（为0）。但是，实际上，不可能，因为两个回波之间，会有一个重聚脉冲（这个脉冲的即使在短，也有一个持续时间，这个时间会占据Echo Spacing）。

    前面讲了K空间填充顺序的Profile Order，后面讲这个就容易理解了。



图9：如果是Linear填充，TSE factor从5变成3后，Echo Spacing增大了。

    在TSE序列中，如果是采用K空间线性填充Linear order的话，TSE越大，Echo Spacing越小，这样图像对运动越不敏感，运动伪影越小。当然，TSE factor大了后，图像SNR下降，图像模糊效应加重。所以，磁共振调参数，永远都是矛盾了，解决了这个，那个又出现了。



图10：如果是Low-Higt填充，因为TE=Echo Spacing，所以，要想缩短Echo Spacing，我们只能通过缩短TE。

    在TSE序列中，如果采用Low-High的K空间填充方式，采用这种方式以后，Echo Spacing=TE。这样的话，要想缩短它的话，只有缩短TE时间。



图11：同样的道理，Echo Spacing越短，运动伪影越不明显，当然图像SNR会下降。

    前面讲K空间填充顺序埋下了一个伏笔。飞利浦的K空间填充顺序很多，除了线性填充和K空间中心优先填充，还有一个非对称K空间填充。这个是飞利浦比较特别的。



图12：飞利浦参数中，非对称K空间填充asymmetric。



图13：asymmetric填充K空间顺序示意图

    前面说过，Echo Spacing并不是完全独立的，由于填充方式不同，它的值取决于TSE factor，TE等。这样我们不能直接修改Echo Spacing，只能通过修改其他两个值，来观察Echo Spacing的变化。

    但是，如果采用Asymmetric的填充方式以后，就可以非对称性的填充K空间，这样的话，用户可以自定义Echo Spacing的大小，甚至把它设置为shortest最小，这样可以减少运动伪影。


图14：通过使用Asymmetric的K空间填充方式，可以使Echo Spacing不依赖与TE和TSE factor，自由设置。

转载自：懋式百科全书