磁共振（MRI）参数-回波时间TE

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TE是大家都熟悉的磁共振参数，然而越是简单的东西越要注意。看了本期内容，大家应该能够区分TE，有效TE及等效TE的概念及不同序列是哪些TE决定图像对比度。其实，越简单的东西，越容易犯错或者混淆。TE确实简单，但是有很多点可以讲。很多老师跟随我公众号已经3年以上了，水平也不断提高，所以我写文章会越来越细，有很多细节知识点。

一.TE的定义

回波时间TE和重复时间TR是控制序列权重，影响图像对比度最重要的两个扫描参数了，在很多公司都把这几个参数归到对比度栏里。而不同的序列其含义会略微不同。

我们首先来看看传统的磁共振序列中对于TE的定义：

回波时间（Echo Time, TE）是指从射频脉冲激发到形成最大回波的时间。TE有时候也表示为Time of echo。



图1：序列中的TE

这个定义是比较清楚的，简单来讲就是从90°（也不一定必须是90°）激发脉冲开始，到形成磁共振信号（回波）的最大的时间间隔。

经典的自旋回波序列又叫对称自旋回波序列，可以看到180°重聚脉冲刚好位于90°激发脉冲和自旋回波信号中点的中心，90°射频脉冲到180°重聚脉冲的时间间隔和180°重聚脉冲到回波信号中点的时间间隔相等，都是τ，这种时序上的对称性确保了当TE=2τ时，水平方向上每一个质子的相位都刚好保持一致，得到的信号强度最大。

在经典的自旋回波中，一次激发只采集一个回波，对应唯一的一个TE。延长TE，等于信号的采集时间往后推迟，信号会随着时间衰减，所以信噪比会下降。TE越长，组织的横向弛豫越充分，其T2值对图像的影响越大。TE越短，得到的信号强度越大，图像的信噪比越高。假设TE无限短（接近于0），则信号刚产生还没有进行横向弛豫就被采集了，则组织的T2值对图像基本上没有影响，T2权重被消除了。

二.SE及GRE（FFE）序列中的TE

在经典的自旋回波序列（SE）和梯度回波序列（GRE or FFE）序列中，TE的定义是非常明确的。因为在每一个TR内，每一次射频脉冲（激发脉冲）只产生一个磁共振信号（回波），获得一个固定TE的回波，填充K空间相位编码线。所以，这些序列的对比度是比较容易确定的，TE的定义也是简单明晰的。



图2：梯度回波序列中的TE

此时参数TE主要决定图像的对比度。TE越长，图像的T2（或T2*）权重越大；TE越短，图像的T2（或T2*）权重越弱。

当然，TE越长，得到的磁共振信号就越弱（因为采集时间延后，信号衰减更大了）。



图3：TE越长，图像信噪比越低

TE在磁共振序列中，主要决定图像的T2对比度，这一点应该很好理解。如果TE远远大于某种组织的T2时间，则在采集信号的时候，该组织的信号已经完全衰减了，采集不到。



图4：不同组织的T2值不同

正是由于不同的组织的T2值不同，才能够使得图像产生对比。



图5：通过TE来控制不同组织在图像中的对比度

如上图和上表所示，T2值越短的组织，横向驰豫越快，同样时间残留的磁化矢量越少，得到的信号强度越小。通过控制TE则能够使得不同T2值的组织得到显示。

大家都觉得TE的定义非常简单明了，但是实际上不是这样的。以上的TE对于经典SE序列和梯度回波序列是非常固定的，就是一个TE值，而对于其他序列则不同。

三.有效TE

对于经典的自旋回波序列和梯度回波序列，一次激发，只采集一个信号，也就是一个TR内，一个回波只对应一个TE，非常方便体现序列的权重及对比度。

而对于快速自旋回波序列，一次激发采集多个信号，在一个TR内，有多个回波对应了多个TE，所以需要清楚到底是哪一个TE决定图像对比。由于K空间中心的数据主要决定图像的对比，所以把填充K空间中心相位编码线的回波对应的TE叫做快速自旋回波序列的有效TE（Effective TE, TEeff）。在用户进行参数设置的时候，调整的TE即为有效TE。



图6：TSE序列中的TE特指有效TE

上图中不同颜色表示不同TE的回波，第三个回波也就是红色的回波信号刚好填充K空间中心，所以该序列的有效TE就是红色回波对应的TE。

一般对于TSE序列，一次射频脉冲激发会采集多个回波信号，每个回波信号其本身的TE都不同，系统不可能把所有的TE时间列出来。那么磁共振系统怎么显示TSE序列的相关TE呢？当然就把决定对比度的TE，也就是有效TE（TEeff）列出来就可以了。

所以，比如一个TSE序列，回波链（TSE factor）是20，一次射频脉冲激发就会采集20个回波，那么系统显示的TE=100ms，大家可以认为这个100ms就是有效TE，主要决定这个序列对比度的TE。

那么在TSE序列中，有效TE是怎么决定的呢？

主要是根据TR时间，回波链以及K空间的填充顺序。

如果一开始就把第一个回波或者前几个回波填充到K空间的中心，那么有效TE时间就比较短，这种图像一般由于短TE，比较偏向T1权重。

如果是回波链比较多，顺序填充，把采集的中间回波填充到K空间的中心。则有效TE时间一般比较长，这种图像一般由于长TE，比较偏向T2权重。



图7：在TSE序列中，有效TE还取决于K空间的填充顺序
四.等效TE

除了传统的TE，有效TE，在有些序列中还存在等效TE这个概念。

比较特殊的是3D的自旋回波序列，该序列主要采用小角度的射频脉冲进行重聚，其中重聚角度对于序列的对比度影响是比较大的。此时，决定图像对比度的不是有效TE，而是等效TE（equivalent TE, TEequiv）。该等效TE值是系统根据有效TE大小及重聚角度进行计算的，等效TE才是真正的反映3D自旋回波序列对比度的参数。一般的磁共振界面除了显示有效TE值，还会显示等效TE值，方便用户通过该值判断图像的对比度。



图8：有效TE和等效TE的显示

如图所示，表示一个3D自旋回波T2WI序列的参数信息栏。TEeff代表有效TE，显示为232ms，这个值是非常大的，理论上如果是该值决定对比度则得到的图像是类似水成像的重T2。TEequiv才是代表该序列对比度的TE值，该值为105ms，说明这个序列还是T2权重。

小角度的重聚角对不同对比度的序列影响也是不同的，主要是对T2WI影响较大，而对于T1WI则影响有限。所以，对于3D自旋回波的T1WI，可以近似的认为TEeff≈TEequiv。

为什么很多3D序列中，有效TE和等效TE差距这么大呢？这还是由于重建脉冲的角度并非180°，而是小角度。重建脉冲的角度越小，那么等效TE（TEequiv）就越提前，相对于有效TE（TEeff）差距就越大。

前文链接：

磁共振哈恩回波、受激回波的形成机理

磁共振参数的故事（十二）——重聚角Refocusing Control





图9~10：同样的T2WI-TSE序列，Refocusing control不同，产生非常大的变化

上面一组图，是我在序列上进行调整，给大家展示的。大家注意看，图9和图10的参数。来找茬，这两个参数哪些是不一样的呢？其实，前后，我就修改了一个参数，就是Refocusing control的角度。我经常讲，磁共振参数，牵一发而动全身，在飞利浦系统上更是这样。很多用户说，我就修改了一个参数，为什么变化这么大。我们看看图9，其他不变，Refocusing control角度使用的是180°，扫描时间变成了3:36min和下面的1:48min几乎是一倍关系。为什么呢？因为package多了。为什么package多了，非常奇怪，对吧，TR，TE都不变？因为采用180°射频脉冲，产生的SAR值高，机器强制让序列分包，所以从2个包分为4个包，扫描时间翻倍。然后大家注意右侧栏一个参数，叫做TEeff/TEequivalent。TEeff这个参数是快速自旋回波里的，代表填充K空间中心的TE的值，也就是决定图像权重（对比度）的TE的值。而TEequivalent代表实际上产生的等效权重效能。如果采用180°重聚脉冲进行重聚的话，我们设置的TEeff是80ms，产生的等效TE，TEequiv也是80ms。而如果采用120°重聚脉冲进行重聚的话，我们设置的TEeff是80ms，产生的等效TE，TEequiv是72ms。不到80ms。用户设置的重聚角度越小，产生的等效TE，TEequiv越小。但是，一般情况下，这种不会太影响我们的对比度，而且在实际应用中，基本上不会把重聚角设置为180°，这个前面也讲过是为什么。对于3D TSE序列，一般由于回波链非常大，所以重聚脉冲角度非常小。此时的TEeff和TEequiv的差距就非常大。所以大家在看3D TSE序列的时候，有时候看到有效TE特别大，但是实际上图像的对比度是取决于等效TE的，这点尤其重要。
在2D的快速自旋回波序列中，决定图像对比度的TE是填充到K空间中心的TE，被称为有效TE，TEeff。而在3D的序列中，决定图像对比度的TE不再是序列的有效TE，而是一个计算的等效TE。这是因为3D序列一般采用非180°的小角度重聚脉冲产生信号，而非180°重聚脉冲会使得部分磁化矢量被保存在纵轴方向，这一部分磁化矢量没有经历完整的T2衰减，因此得到的采集信号经历的实际T2衰减要小于回波时间TE。另外非180°脉冲使得纵向产生磁化矢量，也引入了T1对比。



图11：不同序列的TE不同，对比度不同

如上图所示，（a）、（b）、（c）三个序列均是3D的自旋回波序列，TR都为2500ms，其中（a）重聚脉冲采用可变的小角度组合，TE=585ms；（b）重聚脉冲均采用180°，TE=585ms；（c）同样重聚脉冲均使用180°，TE=140ms。可以发现在（a）图中，TE=585是非常大的，然而图像显示的是一个普通T2权重，究其原因是由于采用小角度重聚脉冲，产生了受激回波信号，该信号包含了T1对比度，所以影响了图像的对比，而实际上决定对比度的TE时刻此时不再是填充K空间中心的有效TE，而是等效TE（equivalent TE），简称TEequiv，这个TEequiv并不是显示的585ms，而是通过计算得到的140ms。（b）中都采用180°重聚脉冲，信号完全重聚，则TEequiv=TE=585ms，所以第二幅图中TE值非常长，大部分信号都衰减了，表现为一个重T2权重的水成像；（c）中都采用180°重聚脉冲，而TE=140ms，则TEequiv也是140ms，显示的对比度和（a）是相同的。

在3D自旋回波序列中，重聚脉冲角度对TWI和T2WI影响是不同的。对于T2WI，也就是TEeff比较大的时候，有以下关系：重聚脉冲角度均为180°的时候，TEequiv=TEeff；而如果重聚脉冲角度小于180°，则TEequiv＜TEeff；重聚脉冲角度越小，则TEequiv和TEeff差距越大。而对于T1WI，由于TEeff比较小，所以重聚脉冲角对于其对比度影响很小，基本上可以认为TEequiv=TEeff。

前文链接：磁共振2D和3D扫描序列的区别

五.TE的设置

在飞利浦的系统中，TE在参数对比栏Contrast里，用户可以通过下拉菜单选择相应的设置。

可以选择以下五种模式。



图12：系统中TE的设置

使用的比较多的设置是：shortest、user defined。

shortest，采用这种模式，系统会计算一个最短的TE，此时由于要使TE最短，所以会采用半回波或者叫部分回波技术。

当然user defined是用得最多的，设置这个之后，用户可以自己输入自己需要的值。

另外，在有些梯度回波序列中，我们系统得到同相位的图像，则可以选择in phase这个设置，系统会给你算一个同相位时间对于的TE值。

前文链接：同反序列原理及临床应用

六.总结

TE这个参数是大家最熟悉的，然后大家思考了没有，到底对TE把握了多少。在不同序列中，TE的定义也不同。

决定图像对比度的TE也不同。

①对于SE序列和梯度回波序列，一次激发只采集一个回波，TE就决定图像对比度；

②对于2D的TSE序列或者多回波序列，一次激发采集多个回波，决定图像对比度的是有效TE；

③对于3D TSE序列或者回波链非常长的TSE序列，一次激发采集非常多的回波，并且重建脉冲角度比较小，决定图像对比度的则是等效TE。

这几个不同的TE值的意义大家应该掌握。

参考文献：

• Mugler JP 3rd. Optimized three-dimensional fast-spin-echoMRI [J]. J Magn Reson Imaging, 2014; 39 (4): 745-767.
  

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