第二章 射频脉冲与脉冲序列（2）3．梯度回波脉冲序列3.1 梯度回波脉冲序列的基础理论梯度回波（Gradient Echo， GRE）序列也成为场回波序列（Field Echo ，FE ），也是非常基本的成像序列GRE 序列是目前 MR 快速扫描序列中最为成熟的方法，不仅可缩短扫描时间，而且图像的空间分辨力和 SNR 均无明显下降GRE 序列与 SE 序列主要有两点区别，一是使用小于 90°（常用 α角度）的射频脉冲激发，并采用较短的TR 时间；另一个区别是使用反转梯度取代 180°复相脉冲MRI 成像中，XY 平面上的横向磁距才能被 MRI 机测量到具体数值或强度90° 脉冲对纵向磁距激发后，横向磁距按 T2*快速衰减，SE 序列采用再给予一个 180°脉冲的方法使 T2*快速衰减的横向磁距重新出现，以供测量但是，在 GRE 序列时就不用1800 脉冲来重聚焦，而是用一个紧接的反方向梯度来重新使快速衰减的横向磁距再现，同样也可获得一个回波信号，进行成像这种序列就是梯度回波序列由于梯度回波序列使用反向梯度来获得回波，这个回波的强度是按 T2*衰减的，与使用 180°脉冲的SE 序列是不同的。
所以，GRE 序列要求磁场有更高的稳定性，梯度的切换要非常快GRE 时，第一个脉冲不必用 90°脉冲，常用小角度翻转角，使用小于 90°的射频脉冲激励，在横向部分有相当大的磁化失量，而纵向磁化失量 Mz 的变动相对较小如 30°脉冲可使 50%的磁化失量倾倒到横向平面，而保留 87%的纵向磁失量信号幅度分为纵、横向两部分，仅数十秒，Mz 即可恢复到平衡状态因此，与传统的自旋回波序列相比，TR 和 TE 都可以很短，在很短的 TR 时间内反复对组织的小角度激发，一般三次激发后，纵向上的磁距复原值就趋向一个定值所以，小角度翻转角成像时组织 T1 值对图像没有影响，获得的图像是 T2*（实际横向弛豫时间）加权像如果使用较大的翻转角，这时激发后纵向磁距复原值与组织的 T1 值的关系就大了，所以将形成 T1 加权图像MR 图像信号强度的大小与 Mz 翻转到 xy 平面的 Mxy 的大小成正相关，而 Mxy 的大小是由激发脉冲发射时 Mz 的大小及其激发后翻转的角度两个因素决定的尽管GRE 序列因使用小于 90°的激发脉冲，对于同样的 Mz，其投影到 xy 平面的矢量比例要小于 90°激发脉冲序列。
但是，小角度脉冲的 Mz 变化较小，脉冲发射前的 Mz 接近于完全恢复，能形成较大的稳态 Mz，故 GRE 序列可产生较强的 MR 信号（甚至可以强于 90°脉冲序列），能够明显地缩短成像时间，同时具有较高的图像 SNRGRE 序列在 TR 非常短时（TR 可减少到 10-20ms）仍能保持很好的图像质量，这是该序列的一个重要优点GRE 序列产生的图像对比要比 SE 序列复杂得多，可产生其它序列难以获得的对临床有用的信息GRE 序列图像的对比不仅取决于组织的 T1、T 2，还与 B0 的不均匀性有关但是，主要依赖于激发脉冲的翻转角 α、TR 和 TE 三个因素，另外还与磁敏感性和流动有关小角度激发有以下优点：·脉冲的能量较小，SAR 值降低；·产生宏观横向磁化失量的效率较高，与 90°脉冲相比，30°脉冲的能量仅为 90°脉冲的 1/3 左右，但产生的宏观横向磁化失量达到 90°脉冲的 1/2 左右；·小角度激发后，组织可以残留较大的纵向磁化失量，纵向弛豫所需要的时间明显缩短，因而可选用较短的 TR，从而明显的缩短TA，这就是梯度回波序列相对 SE 序列能够加快成像速度的原因3.2 稳态梯度回波脉冲序列（FISP）GRE 中由于施加的是小角度激发脉冲和短 TR 成像，因此射频脉冲激发后，在扰相位梯度场或扰相位射频脉冲去除前产生一个回波采集后残留的横向磁化矢量，在梯度回波类序列中，在层面选择方向、相位编码方向及频率编码方向都施加了编码梯度场，这些梯度场同样会造成质子失相位。
如果在这些空间编码梯度施加后，在这三个方向上各施加工工一个与相应的空间编码梯度场大小相同方向相反的梯度场，那么空间编码梯度场造成的失相位将被剔除，也即发生相位重聚这样残留的横向磁化矢量将得到最大程度的保留，并对下一个回波信号作出反应在 GRE 小翻转角成像时，纵向磁距在数次脉冲后出现稳定值，导致组织 T1 值对图像的影响很小如果 TE 也很短，远短于 T2*值，那么此时横向磁距也会在数个脉冲后趋向一个稳定值，此时组织 T2*值对图像的影响也很小了，而真正对图像产生影响的是组织的质子密度，这种特殊的稳定状态下的梯度回波成像就被称为稳态梯度回波序列（ Gradient Recalled Acquisition in the Steady State， GRASS 或 Fast Imaging with Steady-state Precession， FISP）GRASS 获得的图像为质子密度加权图像，血液呈很高信号，由于 TR 较短，TE 也很短，速度很快，很适合心脏电影动态磁共振成像或MRA 等3.3 扰相位梯度回波脉冲序列（FLASH）当 GRE 序列的 TR 明显大于组织的 T2 值时，下一次 α脉冲激发前，组织的横向弛豫已经完成，即横向磁化失量几乎衰减到零，这样前一次 α脉冲激发产生的横向磁化失量将不会影响后一次 α脉冲激发所产生的信号。
如果成像序列使用的 TR 短于组织的 T2，当施加下一个 RF 激发脉冲时，前一次 α 脉冲激发产生的横向磁化失量没有完全衰减，由于这种残留的横向磁化失量将对下一次脉冲产生横向磁化失量产生影响，这种影响主要以带状伪影的方式出现，且组织的 T2 值越大、TR 越短、激发角度越大，带状伪影越明显为了消除这种伪影，我们必需在下一次 α脉冲前去除这种残留的横向磁化矢量采用的方法是，在前一次 α脉冲激发的 MR 信号产集后，在下一次 α脉冲来临前对质子的相位进行干扰，使其失相位加快，从而消除这种残留的横向磁化矢量干扰的方法主要是施加扰相位梯度场，可以只施加层面选择方向或三个方向都施加扰相（spoiled ）射频脉冲或 RF 扰相梯度，施加扰相（ spoiled）射频脉冲或 RF 扰相梯度后，将造成人为的磁场不均匀，加快了质子失相位，从而消除这种的横向磁化失量这一脉冲序列称之为扰相位梯度回波脉冲序列（fast low angled shot，FLASH）GRE T1WI 序列一般选用较大的激发角度，如 50°到 80°，这时常需要采用相对较长的 TR（如 100~200ms）而当 TR 缩短到数十毫秒甚至数毫秒时，激发角度则可调整到 10°~45°。
常规 GRE 和扰相 GRE T1WI 在临床上应用非常广泛，但需要指出的是并非 T1 权重越重组织的对比越好实际应用中，应该根据需要通过 TR 和激发角度的调整选择适当的 T1 权重GRE T2﹡WI 序列一般激发角度为 10°~30°，TR 常为 200~500ms，相对短的 TE由于 GRE 序列反映的是组织的 T2﹡弛豫信息，组织的 T2﹡弛豫明显快于 T2 弛豫，因此为了得到适当的 T2﹡权重，TE 相对较短，一般为 15~40ms3.4 快速梯度回波脉冲序列（Turbo-FLASH）Turbo-FLASH 序列是在 FLASH 序列的基础上发展和改进而产生的上述 FLASH序列中，TR 和 TE 值都很小，为提高梯度回波信号又要选用小角度的翻转角，这时形成的图像是质子密度加权像为了实现 T1 或 T2 加权，除了以上 FLASH 序列外，还可在短 TR 短 TE 的快速 GRE 序列前加用一个脉冲，可称为快速梯度序列的磁距预准备成像（Magnetization Prepared Rapid Acquisition）在这个预准备脉冲之后，通过控制后续的梯度脉冲出现的间隔时间（TI），既可选择性抑制某一种组织信号，从而实现心脏快速成像时的亮血或黑血成像技术，又可选择性形成 T1 或 T2 加权成像。
Turbo-FLASH 结合 K 空间分段采集技术是心脏快速 MRI 和冠状动脉成像的主要方法4．快速自旋回波脉冲序列（FSE）4.1 快速自旋回波脉冲序列快速自旋回波简称为 FSE（Fast Spin Echo）或 Turbo SE在普通 SE 序列中，两个 90°脉冲之间的时间为 TR，第一个 90°脉冲后，要等待 TE 时间才收集信号，如果一个 SE 序列的 TR 为 2500ms、TE 为 120ms 的话，对某一层面体素收集信号后尚留2380ms 时间，仅作为纵向磁距的复原时间而已，虽然有多层面成像技术可利用此时间做下一个层面的激发和信号采集工作但是，对第一层面来说，留下了许多的时间可以被利用FSE 序列中，在第一个 90°脉冲激发后，经第一个 TE 时间收集信号完成后，继续给予具有不同相位的 180°脉冲，可达 8 或 16 个连续脉冲，出现 8 或 16 个连续回波，称为回波链（ETL ）回波链可一次获得 8 或 16 种相位 K 空间的回波信号值，使一次TR 时间内完成 8 或 16 个相位编码上的激发和信号采集等于将相位编码数减少了 8或 16 倍虽然一次激发后采集 8 或 16 个相位 K 空间，时间是缩短了。
但是，一次激发中后面数次回波的时间距 90°脉冲较远些，信号必然要低，与前面数次回波的 T2 加权权重是不一样的因此，必然在 MRI 图像上导致与常规 SE 序列 T2 加权的不同在计算机软件和 MRI 硬件的性能改善，特别是 180°脉冲性能改进和梯度动量缓冲技（Gradient Moment Nulling Technique）的应用，使 FSE 的 T2 加权图像已经能完全满足临床诊断需FSE 序列与多回波序列一样，也是在一个 TR 周期内首先发射一个 90°RF 脉冲，然后相继发射多个 180°RF 脉冲，形成多个自旋回波但是，二者有着本质的区别在多回波 SE 序列中，每个 TR 周期获得一个特定的相位编码数据，即每个 TR 中相位梯度以同一强度扫描，采集的数据只填充 K-空间的一行，每个回波参与产生一幅图像，最终可获得多幅不同加权的图像而 FSE 序列中，每个 TR 时间内获得多个彼此独立的不同的相位编码数据，即形成每个回波所要求的相位梯度大小不同，采集的数据可填充 K-空间的几行，最终一组回波结合形成一幅图像由于一个 TR 周期获得多个相位编码数据，可以使用较少的 TR 周期形成一幅图像，从而缩短了扫描时间。
FSE 序列的扫描时间，由下式决定： （2）式中 TR 为回波时间；Ny 为相位编码数；ETL 为回波链（在一次 TR 周期内的回波次数称为回波链）式中的分子与 SE 序列的扫描时间相同，分母 ETL 为每个 90°RF 脉冲之后具有独立相位编码的回波数，称回波链长（echo train length，ETL ）这样，与普通 SE 序列相比， FSE 序列的扫描时间降低了 ETL 倍增加回波链能够显著地减少扫描时间，不过回波链过长，会使模糊伪影（bluring artifact）变得明显，典型的 ETL 为 4 ~32 个FSE 序列不仅采集速度快，而且与 SE 序列相比，减少了运动伪影和磁敏感性伪影另外，FSE 序列能提供比较典型的 PDWI 和重 T2WI， FSE 与普通 SE 序列在图像对比和病变检测能力方面很大程度上是相当的，在很多部位的 MR 成像中，FSE 序列可取代普通 SE 序列这些在同样是快速成像的梯度回波序列中是难以做到的FSE 序列影像的主要缺点是，T 2WI 的脂肪信号高于普通 SE 序列的 T2WI，同时，提高了因使用多个 180°脉冲而引起的对人体射频能量的累积。
4.2 半傅里叶采集单次激发快速自旋回波序列半傅里叶采集单次激发快速自旋回波（half-fouri。