平面回波EPI序列

2021-03-30 09:48:03 浏览:838

定义

平面回波成像EPI为梯度回波的一种特殊形式,它利用快速反向梯度在单个弛豫时间(Relaxation Time,TR)内产生一系列梯度回波并对其分别进行相位编码,填充到相应的K空间,实现断面成像。

序列

EPI是在梯度回波的基础上发展而来的,EPI采集到的MR信号也属于梯度回波信号。一般的梯度回波是在一次射频脉冲激发后,利用读出梯度场(即频率编码梯度场)的一次正反切换产生一个梯度回波;EPI技术不同在于,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,因而产生多个梯度回波,可以理解为“一次射频脉冲激发采集多个梯度回波”,如图1所示。

 

图 1 原始EPI序列

EPI序列利用读出梯度场连续产生回波,如先施加的是反向的离相位梯度场,而后切换正向,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,再次成为聚相位梯度场,产生与第一个回波方向相反的第二个梯度回波;如此周而复始,产生连续的正向和反向相间的梯度回波,决定了其MR原始数据在K空间中迂回填充,如图2所示。

 

图 2 原始EPI序列下K空间填充轨迹

EPI序列分类

EPI序列分类方法有两种,一种按照一副图像需要进行射频脉冲激发的次数进行分类,另一种则根据其准备脉冲进行分类。

按照一幅图像需要进行射频脉冲激发的次数,EPI序列可以分为多次激发EPI和单次激发EPI。多次激发EPI(multi-shot EPI,MS-EPI)是指一次射频脉冲激发后利用读出场梯度连续切换采集多个梯度回波,填充K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EPI采集及数据迂回填充才能完成整个K空间的填充。

如果EPI序列填充K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EPI序列(single shot EPI, SS-EPI),从数据采集角度来说,SS-EPI序列与单次激发FSE(SS-FSE)序列相似,均是在一次射频脉冲激发后完成K空间的全部数据采集。

 

图 3 单次激发EPI和多次激发EPI的K空间填充轨迹

SS-EPI与MS-EPI优缺点:

1、SS-EPI的成像速度明显快于MS-EPI,因此适用于对成像速度要求很高的功能成像;

2、由于回波链长度ETL相对较短,MS-EPI的图像质量一般由于SS-EPI,SNR更高,伪影少。

按照EPI准备脉冲分类,由于EPI本身只算是MR信号的一种采集方式,需要结合一定的准备脉冲才能成为真正的成像序列:

1、梯度回波EPI序列(GRE-EPI),是最基本的EPI序列,结构最简单,是在90°脉冲后利用EPI采集技术采集梯度回波链;

2、自旋回波EPI序列,如果EPI采集前的准备脉冲为一个90°脉冲后随一个180°脉冲,即为自旋回波SE-EPI序列;

 

图 4 SE-EPI序列结构示意图

3、反转恢复EPI序列(IR-EPI),指EPI采集前施加的是180°反转恢复预脉冲。

 

图 5 IR-EPI序列结构示意图

临床应用

1、单次激发 GRE-EPI T2WI序列

GRE-EPI T2*WI 序列多在1.0T以上扫描机上使用,一般采用SS-EPI,TR为无穷大,在1.5 T扫描机上,TE一般为30 ~ 50 ms。单层 TA 仅需要数十毫秒,1秒钟可完成数十幅图像的采集。该序列主要用于:(1)MR对比剂首次通过灌注加权成像;(2)基于血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)效应的脑功能成像fMRI。

2、多次激发 SE-EPI T2WI 序列

多次激发 SE-EPI T2WI 序列一般在临床应用较少,激发次数常为 4~16 次,一般用于腹部屏气 T2WI。

3、单次激发SE-EPI T2WI序列

单次激发 SE-T2WI 序列在临床上应用较多,TR 为无穷大,因此剔除了T1弛豫对图像对比的污染,根据需要和扫描机的软硬件条件,TE一般为50~120 ms,成像速度很快,单层图像的TA在数十到100ms。在临床上单次激发 SE-EPI 序列主要用于:(1)脑部超快速 T2WI,该序列图像质量不及 FSE T2WI,因此一般用于临床情况较差或不能配合检查的病人;(2)腹部屏气 T2WI,该序列用于腹部的优点是成像速度快,数秒钟可完成数十幅图像的采集,即便不能屏气也没有明显的呼吸运动伪影;缺点在于磁化率伪影较明显;(3)在该序列基础上施加扩散敏感梯度场即可进行水分子扩散加权成像(DWI),主要用于超急性期脑梗塞的诊断和鉴别诊断。

4、多次激发IR-EPI T1WI序列

该序列在临床上的应用也较少,ETL一般为4 ~ 8,相位编码步级一般为 128,因此需要进行16 ~ 32次激发,该序列一般用于心肌灌注加权成像。

5、单次激发反转恢复SE-EPI序列

该序列在临床上应用不多,可作为脑部超快速FLAIR扫描,在此序列基础上施加扩散敏感梯度场也可进行DWI。

参考文献

[1] Echo-Planar Imaging (EPI),https://mriquestions.com/echo-planar-imaging.html;

参阅:弛豫、K空间、MR信号、射频脉冲、回波链长度、准备脉冲、TR、TE、血氧水平依赖、水分子扩散加权成像、FLAIR

磁共振

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