《平面回波成像》PPT课件.ppt

平面回波成像平面回波成像Echo Planar Imaging李承宇西安交大生医所2011-10-30回波平面成像历史回波平面成像历史n n回波平面成像（回波平面成像（Echo Planar Imaging, EPIEcho Planar Imaging, EPI）是当今最快的成）是当今最快的成像方法n n通常可在通常可在 30ms 30ms 内采集完一幅完整图像，每秒可获取内采集完一幅完整图像，每秒可获取 20 20 幅图像幅图像n n19771977年，英国的诺丁汉（年，英国的诺丁汉（NottinghamNottingham）大学物理系）大学物理系 Petter Petter Mansfield Mansfield 博士与他的同伴博士与他的同伴 I.L Pykett I.L Pykett提出提出EPIEPI技术n n1985 1985 年在伦敦召开的医学磁共振年会上，年在伦敦召开的医学磁共振年会上，Mansfield Mansfield 以电影以电影方式连续展示了利用方式连续展示了利用 EPI EPI 序列得到的一杯搅动的水的图像序列得到的一杯搅动的水的图像n n由于由于EPIEPI技术需依赖于高性能梯度线圈，因此在临床上的技术需依赖于高性能梯度线圈，因此在临床上的应用一直到上世纪应用一直到上世纪9090年代中后期才得以实现年代中后期才得以实现 。

一、一、EPI技术技术n nEPI技术是在一次射频脉冲激发后，利用读出梯度场的连续正反向切换，每次切换产生一个梯度回波，因而将产生多个梯度回波，因而有回波链的存在因此，实际上EPI可以理解成“一次射频脉冲激发采集多个梯度回波”n n由于EPI回波是由读出梯度场的连续正反向切换产生的，因此产生的信号在K空间内填充是一种迂回轨迹这种K空间迂回填充轨迹需要相位编码梯度场与读出梯度场相互配合方能实现，相位编码梯度场在每个回波采集结束后施加，其持续时间的中点正好与读出梯度场切换过零点时重叠图图1 常规常规EPI的序列结构及的序列结构及K空间填充轨迹示意图空间填充轨迹示意图 图a为常规EPI序列结构示意图，图中省略了层面选择梯度EPI是在射频脉冲激发后利用梯度场连续的正反向切换，从而产生一连串梯度回波利用相位编码梯度场与读出梯度场相互配合，完成空间定位编码图b示EPI序列的K空间填充轨迹，由于EPI特殊的信号采集方式，其原始数据的K空间填充轨迹与一般MR成像序列不同，是一种迂回的填充轨迹 n n从图从图a a可以看出，可以看出，EPIEPI序列利用读出梯度场连续切换产生回序列利用读出梯度场连续切换产生回波，先施加的是反向的离相位梯度场，然后切换到正向，波，先施加的是反向的离相位梯度场，然后切换到正向，成为聚相位梯度场，产生第一个梯度回波，正向梯度场施成为聚相位梯度场，产生第一个梯度回波，正向梯度场施加的时间过第一回波中点后，实际上又成为正向的离相位加的时间过第一回波中点后，实际上又成为正向的离相位梯度场，施加一定时间后，切换到反向，这时反向梯度场梯度场，施加一定时间后，切换到反向，这时反向梯度场成为聚相位梯度场，从而产生与第一个回波方向相反的第成为聚相位梯度场，从而产生与第一个回波方向相反的第二个梯度回波，反向梯度场施加的时间过第二个回波中点二个梯度回波，反向梯度场施加的时间过第二个回波中点后又成为反向离相位梯度场。

如此周而复始，产生一连串后又成为反向离相位梯度场如此周而复始，产生一连串正向和反向相间的梯度回波，正由于正向和反向相间的梯度回波，正由于EPIEPI序列中这种正向序列中这种正向和反向相间的梯度回波链，决定了其和反向相间的梯度回波链，决定了其MRMR原始数据在原始数据在K K空间空间中需要进行迂回填充（图中需要进行迂回填充（图b b）二、二、EPI序列的分类序列的分类n n（一）按激发次数分类（一）按激发次数分类n n（二）按（二）按EPI准备脉冲分类准备脉冲分类n n（三）按（三）按K空间填充方式分类空间填充方式分类n n（一）按激发次数分类（一）按激发次数分类n n多次激发多次激发EPI (MS-EPI) EPI (MS-EPI) n n单次激发单次激发EPI (SS-EPI) EPI (SS-EPI) 多次激发多次激发EPI 图图2 MS-EPI的的K空间轨迹及成像序列空间轨迹及成像序列多次激发多次激发EPIn n多次激发多次激发EPIEPI（（multishot EPImultishot EPI，，MS-EPIMS-EPI）是指一次）是指一次射频脉冲激发后利用读出梯度场连续切换采集多射频脉冲激发后利用读出梯度场连续切换采集多个梯度回波，填充个梯度回波，填充K K空间的多条相位编码线，需空间的多条相位编码线，需要多次射频脉冲激发和相应次数的要多次射频脉冲激发和相应次数的EPIEPI采集及数据采集及数据迂回填充才能完成整个迂回填充才能完成整个K K空间的填充。

空间的填充MS-EPIMS-EPI所所需要进行的激发次数，取决于需要进行的激发次数，取决于K K空间相位编码步空间相位编码步级和级和ETLETL如K K空间相位编码步级为空间相位编码步级为128128，，ETLETL＝＝1616，则需要进行，则需要进行8 8次激发次激发(128 = 16 x 8)(128 = 16 x 8) n nETLETL指回波链长度指回波链长度(echo train length), (echo train length), 即每个回波即每个回波链中包含的回波个数链中包含的回波个数多次激发多次激发EPIn nMS-EPIMS-EPI与与FSEFSE颇为相似，两种序列均是在一次射颇为相似，两种序列均是在一次射频脉冲激发后采集多个回波，填充频脉冲激发后采集多个回波，填充K K空间的多条空间的多条相位编码线，需要重复多次激发方能完成整个相位编码线，需要重复多次激发方能完成整个K K空间的填充空间的填充 n n两种序列的不同之处在于：两种序列的不同之处在于：n n（（1 1））FSEFSE序列是利用序列是利用180180 复相脉冲采集自旋回波链，复相脉冲采集自旋回波链，而而MS-EPIMS-EPI是利用读出梯度场的连续切换采集梯度回波是利用读出梯度场的连续切换采集梯度回波链；链；n n（（2 2））FSEFSE的的K K空间是单向填充，而空间是单向填充，而MS-EPIMS-EPI的的K K空间需要空间需要进行迂回填充；进行迂回填充；n n（（3 3）由于梯度场连续切换比连续的）由于梯度场连续切换比连续的180180 脉冲所需的时脉冲所需的时间要短的多，因此间要短的多，因此MS-EPIMS-EPI回波链采集要比回波链采集要比ETLETL相同的相同的FSEFSE序列快数倍。

序列快数倍单次激发单次激发EPIn n如果如果EPIEPI序列填充序列填充K K空间的所有数据在一次射频脉空间的所有数据在一次射频脉冲后全部采集，这种序列被称为单次激发冲后全部采集，这种序列被称为单次激发EPIEPI（（single shot EPIsingle shot EPI，，SS-EPISS-EPI）序列，如图）序列，如图1 1所示n nSS-EPISS-EPI序列与单次激发序列与单次激发FSEFSE（（SS-FSESS-FSE）序列相似，）序列相似，均是在一次射频脉冲激发后完成均是在一次射频脉冲激发后完成K K空间全部数据空间全部数据的采集两种序列的不同之处则相当于的采集两种序列的不同之处则相当于MS-EPIMS-EPI序序列与列与FSEFSE序列的差别序列的差别 n nSS-EPISS-EPI序列是目前采集速度最快的序列是目前采集速度最快的MRMR成像序列，成像序列，单层图像的单层图像的TATA可短于可短于100ms100ms n nSS-EPI与MS-EPI各有优缺点 ：n n（（1 1））SS-EPISS-EPI的成像速度明显快于的成像速度明显快于MS-EPIMS-EPI，因此，因此更适用于对速度要求很高的功能成像；更适用于对速度要求很高的功能成像；n n（（2 2）由于）由于ETLETL相对较短，相对较短，MS-EPIMS-EPI的图像质量一的图像质量一般优于般优于SS-EPISS-EPI，，SNRSNR更高，更高，EPIEPI常见的伪影更少。

常见的伪影更少 n n（二）按（二）按EPI准备脉冲分类准备脉冲分类n n1. 1. 梯度回波梯度回波EPIEPI序列序列 (GRE-EPI) (GRE-EPI)n n2. 2. 自旋回波自旋回波EPIEPI序列序列 (SE-EPI) (SE-EPI)n n3. 3. 反转恢复反转恢复EPIEPI序列序列 (IR-EPI) (IR-EPI)梯度回波梯度回波EPI序列序列 (GRE-EPI)n n梯度回波EPI（GRE-EPI）序列是最基本的EPI序列，结构也最简单，是在90脉冲后利用EPI采集技术采集梯度回波链图1a所示即为GRE-EPI序列，90脉冲后，回波链采集的信号符合T2*衰减曲线，因此有的文献也把该序列称为FID-EPI序列GRE-EPI序列一般采用SS-EPI方法来采集信号GRE-EPI序列一般用作T2*WI序列 自旋回波自旋回波EPI序列序列 (SE-EPI)n n如果如果EPIEPI采集前的准备脉冲为一个采集前的准备脉冲为一个9090 脉冲后随一脉冲后随一个个180180 脉冲，即自旋回波序列方式，则该序列被脉冲，即自旋回波序列方式，则该序列被称为称为SE-EPISE-EPI序列。

序列180180 脉冲将产生一个标准的自脉冲将产生一个标准的自旋回波，而旋回波，而EPIEPI方法将采集一个梯度回波链，一般方法将采集一个梯度回波链，一般把自旋回波填充在把自旋回波填充在K K空间中心，而把空间中心，而把EPIEPI回波链填回波链填充在充在K K空间其他区域由于与图像对比关系最密空间其他区域由于与图像对比关系最密切的切的K K空间中心填充的是自旋回波信号，因此认空间中心填充的是自旋回波信号，因此认为该序列得到的图像能够反映组织的为该序列得到的图像能够反映组织的T2T2弛豫特性，弛豫特性，因此该序列一般被用作因此该序列一般被用作T2WIT2WI或水分子扩散加权成或水分子扩散加权成像（像（diffusion-weighted imagingdiffusion-weighted imaging，，DWIDWI）序列SE-SE-EPIEPI序列可以是序列可以是MS-EPIMS-EPI，也可以是，也可以是SS-EPISS-EPI 自旋回波自旋回波EPI序列序列 (SE-EPI)图图3 SE-EPI序列结构示意图序列结构示意图 SE-EPI序列­的预脉冲是SE序列，后随EPI采集。

180复相脉冲产生的自旋回波填充在K空间中心决定图像的对比，EPI采集的梯度回波链主要决定图像的结构细节把90脉冲中点与自旋回波中点的时间间隔定义为TE，把两次相邻的90脉冲中点的时间间隔定义为TR，如果是单次激发SE-EPI，则TR为无穷大 反转恢复反转恢复EPI序列序列 (IR-EPI)n n所谓反转恢复所谓反转恢复EPIEPI（（inversion recovery EPIinversion recovery EPI，，IR-IR-EPIEPI）序列是指）序列是指EPIEPI采集前施加的是采集前施加的是180180 反转恢复反转恢复预脉冲实际上预脉冲实际上IR-EPIIR-EPI有两种：（有两种：（1 1）在）在GRE-EPIGRE-EPI序列前施加序列前施加180180 反转预脉冲（图反转预脉冲（图4 4），这种序列），这种序列一般为一般为ETLETL较短（较短（ETL=4~8ETL=4~8）的）的MS-EPIMS-EPI序列，常序列，常用作超快速用作超快速T1WIT1WI序列，利用序列，利用180180 反转预脉冲增加反转预脉冲增加T1T1对比，利用短对比，利用短ETLETL的的EPIEPI采集技术不但加快了采采集技术不但加快了采集速度，也可选用很短的集速度，也可选用很短的TETE以尽量剔除以尽量剔除T2*T2*弛豫弛豫对图像对比的污染。

对图像对比的污染2 2）在）在SE-EPISE-EPI前施加前施加180180 反转预脉冲，这种序列可以采用反转预脉冲，这种序列可以采用SS-EPISS-EPI或或MS-EPIMS-EPI，可作为，可作为FLAIRFLAIR或或DWIDWI序列图图4 IR-EPI序列结构示意图序列结构示意图 IR-EPI序列最早施加的是180反转预脉冲，180脉冲后，组织将发生纵向弛豫，经过一定时间后，由于纵向弛豫速度不同各组织的宏观纵向磁化矢量将出现差别，这时利用90脉冲把这种宏观纵向磁化矢量差别偏转90，变成宏观横向磁化矢量差别，立刻使用EPI技术采集回波来记录这种宏观横向磁化矢量差别我们把180反转预脉冲中点与90脉冲中点的时间间隔定义为TI；把90脉冲中点与填充K空间中心的回波中点的时间间隔定义为有效TE；把两次相邻的180反转脉冲中点的时间间隔定义为TR，如果是单次激发IR-EPI序列则TR为无穷大n n(三)按K空间填充方式分类n n1. K1. K空间迂回填充空间迂回填充n n2. K2. K空间螺旋填充空间螺旋填充K空间迂回填充空间迂回填充n n上述多激发和单激发都是按K空间迂回填充方式进行图像采集的EPI, 如图1和图2所示K空间螺旋填充空间螺旋填充图图5 EPI的的K空间螺旋填充，均匀螺旋空间螺旋填充，均匀螺旋K空间螺旋填充空间螺旋填充图图6 EPI的的K空间螺旋填充，采用插入技术空间螺旋填充，采用插入技术K空间螺旋填充空间螺旋填充图图7 K空间螺旋填充空间螺旋填充EPI成像序列成像序列K空间螺旋填充空间螺旋填充图图8 K空间螺旋填充空间螺旋填充EPI成像，左图为均匀螺旋填充成像，右图为采用插入成像，左图为均匀螺旋填充成像，右图为采用插入技术的螺旋填充成像技术的螺旋填充成像EPI 序列一览表序列一览表三、三、EPI成像成像高分辨率高分辨率EPIGRE EPISE EPI显示运动皮层的高分辨率显示运动皮层的高分辨率EPI fMRIEPI伪影伪影n n磁敏感性伪影磁敏感性伪影n n原因：原因：不同磁化率物质的交界面，磁化率不同会导致局部磁场环境的变形，造成自旋失相位，产生信号损失或错误描述。

n n伪影特点：伪影特点：在组织/空气和组织/脂肪界面（包括副鼻窦、颅底、蝶鞍等部位）出现异常信号n n解决办法：解决办法： n n扫描时尽量避开这些部位扫描时尽量避开这些部位n n增加层厚、层间隔增加层厚、层间隔n n减小人为的磁化界面减小人为的磁化界面n n伪影校正方法：如伪影校正方法：如GE FiestaGE Fiesta序列的序列的bindingbinding伪影，伪影，可加局部匀场可加局部匀场n n采用并行成像采用并行成像n n缩短回波链的持续时间缩短回波链的持续时间EPI成像优缺点成像优缺点n n优点：n n成像快速，时间分辨率高，可用于动态成像和成像快速，时间分辨率高，可用于动态成像和功能成像功能成像n nEPIEPI序列能有效减少各种运动对图像质量的影序列能有效减少各种运动对图像质量的影响，在消除运动伪影方面具有独特的优越性响，在消除运动伪影方面具有独特的优越性n n可以实现扩散加权成像，扩散成像在低速成像可以实现扩散加权成像，扩散成像在低速成像序列中无法实现序列中无法实现EPI成像优缺点成像优缺点n n缺点：缺点：n n单激发单激发EPIEPI需要高效能（读出能力强）的硬件，包括特需要高效能（读出能力强）的硬件，包括特殊的梯度系统，高速的数据采集系统和图像处理系统。

殊的梯度系统，高速的数据采集系统和图像处理系统n n能在能在200200微秒中获得微秒中获得25-40mT/m25-40mT/m的梯度，每微秒采集的梯度，每微秒采集1 1个点的采个点的采样速率，能进行大量数据运算和处理的存储器和处理器样速率，能进行大量数据运算和处理的存储器和处理器n n多激发多激发EPIEPI对梯度系统要求不高，但扫描时间比单激发对梯度系统要求不高，但扫描时间比单激发EPIEPI要长n nEPIEPI序列成像具有高度的磁化率伪影，对磁场不均匀性序列成像具有高度的磁化率伪影，对磁场不均匀性十分敏感，对系统主磁场均匀程度要求非常高十分敏感，对系统主磁场均匀程度要求非常高n n但是，利用但是，利用EPIEPI对磁化率的敏感性可以用来进行磁敏感性成像对磁化率的敏感性可以用来进行磁敏感性成像n n对化学位移位移敏感，需进行水或脂肪信号的压制对化学位移位移敏感，需进行水或脂肪信号的压制n n易产生易产生N/2N/2鬼影n n图像信噪比比常规图像差图像信噪比比常规图像差EPI序列的临床应用序列的临床应用灌注加权成像（灌注加权成像（PWI））－－通过显示组织毛细血管水平的血流灌注情况， 评价局部组织的活动及功能状况。

对于脑梗后的再灌注和侧枝循环的建立和开放很敏感，并用于鉴别肿瘤复发和放疗后组织坏死的早期改变，推断肿瘤的分化程度血氧水平依赖对比增强技术（血氧水平依赖对比增强技术（BOLD）），被广泛用于视觉、运动、感觉、听觉以及语言中枢的研究为术中保护脑功能区及偏瘫患者的功能恢复提供参考证据弥散加权弥散加权EPI（（DW-EPI, DWI)对于急性脑梗，DWI比T2W更为灵敏上图示左侧颞叶的梗塞灶（病变2小时）DTI显示双侧放射冠及胼胝体的纤维走行扩散张量扩散张量EPI（（Diffusion Tensor Imaging, DTI））孤立病灶DTI显示局部纤维中断。