3T下基于PSIF的快速T2加权腹部成像方法

邹 超 郭文莎 钟耀祖 刘 新

（中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像中心，深圳市磁共振成像重点实验室 深圳 518055）

1 引 言

T2 加权(T2 Weighted，T2W)磁共振图像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)对于检测腹部局部病变具有重要的意义[1]。临床上常规 T2 加权图像通常由快速自旋回波序列(Turbo Spin Echo，TSE)完成。然而，T2-TSE 序列扫描时间较长，且需要呼吸导航技术来抑制运动伪影，进一步增加了扫描时间。在病人不能配合呼吸导航进行长时间扫描的情况下，半傅里叶单次激发快速自旋回波(Half Fourier Single Shot Turbo Spin Echo，HASTE)技术是一种很好的替代技术，病人只需要进行 1～2 次屏气即可完成扫描。但在高场(≥3T)系统中使用该序列存在以下几个问题：(1)由于射频场波长变短，发射场 B1不均匀性会在腹部成像过程中造成图像不均匀，这种驻波伪影在肥胖病人中尤为突出[2]；(2)HASTE 使用大量的回聚脉冲，高场下人体射频能量选择性吸收值(SAR)限制了回聚脉冲的翻转角，使得 HASTE 的对比度下降，采集时间变长；(3)HASTE 回波链长，易受T2 衰减影响，造成图像模糊；(4)腹部血管复杂，而HASTE 图像中血管呈高信号，对诊断局部小病变不利。

时间反转稳态进动快速成像(Time Reversed Fast Imaging with Steady-state Precession，PSIF，或者 CE-FAST)也能提供较好的 T2 加权[3]。这种序列使用很小的翻转角，兼具 SAR 值低、对 B1场均匀性要求低、扫描时间快、不需要多次屏气或者呼吸导航等优点。但其信噪比较低，所以该序列的应用并不多见。而从文献报道来看，在 1.5T 使用 3D扫描弥补了该序列信噪比不足的缺陷[4]。由于其扫描速度较快的特点，该序列也被用于在低场开放系统中介入治疗引导与图像评估[5]。本文旨在讨论 3T 下利用 PSIF 序列进行腹部成像的可能性。

2 材料和方法

本文对原始的 2D-PSIF 序列做如下修改：(1)由于 PSIF 对运动比较敏感，在读出方向使用了一个补偿梯度；(2)由于使用较短的 TR，在选层方向上加入一个额外的损毁梯度，以去除自由衰减信号；(3)使用水激发脉冲进行脂肪抑制，在不增加扫描时间的前提下进一步降低 SAR。序列时序图如图 1 所示。PSIF 信号公式[6]如下：

其中：

图1 PSIF 序列时序图

本文首先通过仿真实验导出产生最优肝脾对比度所需要的翻转角，仿真使用参数如下：TR/TE＝5.0/3.2 ms，肝脏 T1/T2＝1000/40 ms，脾脏 T1/T2＝1500/65 ms。仿真结果将在志愿者实验中进行验证。志愿者实验中征集了 6 名志愿者，在其知情且同意的前提下，利用西门子 TIM Trio 3T 系统(TIM Trio， Siemens，Erlangen，Germany)分别对志愿者进行二维呼吸导航 T2-TSE、屏气 HASTE 和屏气 PSIF 序列扫描，基本扫描参数为：成像范围 384 cm，分辨率 2.0×1.5×5.0 mm3，矩阵大小192×256，各序列参数设置如表 1 所示。

其中，对于 PSIF 序列，为了研究翻转角对肝脾对比度的影响，在 10°～70°范围内每隔 10°均进行扫描，TR/TE 选择为当前带宽下的最小值。

3 结 果

志愿者实验中，PSIF 序列产生的图像肝脏信噪比在 17 左右，肝脾对比度噪声比在 18 左右。仿真实验中肝脾归一化信号及对比度随翻转角变化曲线如图 2 中实线所示，从仿真数据中可以看出，当翻转角小于 15°时，信号对于翻转角大小十分敏感；肝脾对比在 35°左右达到最优。以上结论均在志愿者实验中得到证实，其结果如图 2 所示，其中，点图中误差条表示志愿者之间的差异。

表1 志愿者实验中各序列参数设置

图3 显示了某志愿者腹部图像中不同翻转角PSIF 图像与 T2-TSE、 HASTE 图像的对比。从图中可以看出：(1)PSIF 具备类似于 T2-TSE 与 HASTE的 T2 加权效果，且在 3T 下具有较好的信噪比；(2)PSIF 图像中肝脏血管呈现低信号，而 T2-TSE 及HASTE 则呈高信号，这表明 PSIF 在发现局部小病变上具有优势；(3)与 PSIF 及 T2-TSE 图像相比，HASTE 图像较模糊，且边界轮廓不清晰。

图2 仿真实验与志愿者实验归一化肝、脾及肝脾信号对比度与翻转角(Flip Angle)的关系

图3 不同翻转角下 PSIF 与传统 T2-TSE 和 HASTE 图像对比

图4 传统 T2-TSE、HASTE 与水激发 PSIF 序列在血管瘤病例扫描图像对比

图5 HASTE 与 PSIF 图像对比

从图 4 可以看出，在显示血管瘤病灶时，水激发 PSIF 序列扫描图像具有与 T2-TSE 相似的效果，而 HASTE 序列图像则比较模糊。对比该组图像也可以发现，在 T2-TSE 和 HASTE 中肝脏血液呈现高信号，不利于病灶的识别，而 PSIF 仅病灶部分呈现较高的信号。

4 结论与讨论

本文通过仿真与志愿者实验探讨了二维 PSIF序列在 3T 下进行 T2 加权腹部成像的可能性，结果显示 3T 下 PSIF 序列具备足够的信噪比和肝脾对比度，并在翻转角 35°时取得最好的肝脾信噪比和对比度性能。

与传统 T2-TSE 和 HASTE 相比，PSIF 因其运动敏感特性，使肝脏内血管呈现低信号，更有利于疾病诊断。另外，由于该 T2 加权技术不需要使用大翻转角，这一点在高磁场强度系统上十分重要，主要体现在：(1)序列 SAR 值低，可进一步提高图像采集速度；(2)对发射场不均匀性不敏感：发射场不均匀性在高场系统上尤为突出，通常的解决方法是使用并行发射技术，但该技术在临床上尚未普及，而 PSIF 序列使用低翻转角，本质上对发射场不均匀性不敏感；(3)不受 T2 衰减影响引起图像模糊，因此图像清晰度远远好于 HASTE。基于以上分析，可以看出在高场系统腹部成像中 PSIF 是一种能取代 HASTE 的技术。在对采集时间要求较高或者运动伪影较大的腹部成像中，PSIF 也是对 T2-TSE序列很好的替代或补充。

[1]Klessen C, Asbach P, Kroencke T J, et al. Magnetic resonance imaging of the upper abdomen using a free-breathing T2-weighted turbo spin echo sequence with navigator triggered prospective acquisition correction [J]. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2005, 21(5): 576-582.

[2]Merkle E M, Dale B M. Abdominal MRI at 3.0T: the basics revisited [J]. American Journal of Radiology, 2006, 186: 1524-1532.

[3]Gyngell M L. The application of steady-state free precession in rapid 2DFT NMR imaging: FAST and CE-FAST sequences [J].Magnetic Resonance Imaging, 1987, 4: 9-23.

[4]Taupitz M, Speidel A, Hamm B, et al. T2-weighted breath-hold MR imaging of the liver at 1.5T: results with a three-dimensional steady-state free precession sequence in 87 patients [J]. Radiology,1995, 194(2): 439-446.

[5]Chung Y C, Merkle E M, Lewin J S, et al. Fast T2-weighted imaging by PSIF at 0.2T for interventional MRI [J]. Magnetic Resonance in Medicine, 1999, 42(2): 335-344.

[6]Hänicke W, Vogel H U. An analytical solution for the SSFP signal in MRI [J]. Magnetic Resonance in Medicine, 2003,49(4): 771-775.