相位敏感反转恢复-PSIR(phase-sensitive inversion recovery ​...

    180°脉冲将纵向磁化矢量反转到负Z轴,经过一段时间(反转时间TI)后再施加90°脉冲采集信号。假设一纵向磁化矢量经过180°射频脉冲后,其变化有下图A,从图中可以发现其变化区间在-1→1,零轴线上为正值(0→1),零轴线上为负值(-1→0)。

    在纵向磁化矢量变化的过程中沿着X轴施加90°射频脉冲,此时有三种情况:①在刚好过零的时候施加,此时过零的组织纵向磁化矢量为0,采集不到信号,这个大家比较熟悉;②在(0→1)区间施加,见下图B黑色箭头,此时在90°脉冲作用下,纵向磁化矢量被翻转到Y轴;③在(-1→0)区间施加90°脉冲,此时在-Z轴方向的纵向磁化矢量被翻转到-Y轴,见图B中红色箭头部分。

    从图B中可以知道:不同区间的纵向磁化矢量被翻转后其方向不同。假设有两种组织1/2,其纵向磁化矢量变化见图C,选择在合适的时候施加一个90°射频脉冲,此时组织1纵向磁化矢量在(0→1)区间被翻转后,纵向变为横磁,方向沿着正Y轴;组织2纵向磁化矢量在(-1→0)区间被翻转后,纵向变为横向磁,方向沿着负Y轴。

    90°射频脉冲停止后,横向磁化矢量在XY平面内进动,因两个方向的横向磁化矢量进动方向一致,因此其相位始终相差180°,见图D,在前文已经知道磁共振采集的是复数数据,也就是说此时在XY平面内的横向磁化矢量可以用复数表示,从而可以将其分量在XY轴,Y轴表示实部,X轴表示虚部,从图D中可以直观的看出,此时横向磁化矢量的分量相反(相位相差180°)。

    从上可知,磁共振数据采集的是复数图像,因此可以分别重建出四种类型的图像:分量在Y轴的实部可以重建出实像,分量在X轴的虚部可以重建出虚像,根据实像和虚像再可以重建出模像和相位像。

    在实际成像中基本上利用的是模像重建,从上图可知,模像重建的图像是绝对值,所有信号正的,此时针对反转恢复序列,其纵向可以用图E表示,可以发现此时的纵向磁化矢量在(0→1)区间变化,如果此时在某时刻施加90°脉冲,且刚好组织1/2的纵向磁化矢量相等,那么就会出现黑边伪影(勾边伪影)

    DOI:10.3760/cma.j.issn.1005-1201.2016.08.005

    DOI: 10.1002/mrm.10051

    利用模像重建,其值在(0→1)区间变化,利用实相和虚像重建,其值在(-1→1)区间变化,组织间的对比度明显高于模像的对比度(特别是实像,目前用的最多的就是实像重建,提高组织间的对比度,比如海马扫描和内耳扫描和心肌增强延迟扫描),利用实像重建的实像也被称为相位敏感反转恢复-PSIR(phase-sensitive inversion recovery )。(见下图,利用模像重建的图像,梗死心机与正常心机之间的对比度降低,利用实图重建的图像,梗死心机与正常心机的对比度明显提高)

    DOI:10.1002/mrm.1910030104

    DOI:10.1002/mrm.1910140107

    DOI:10.1109/TMI.1984.4307681

    DOI:10.1002/jmri.1880060511

    Handbook of MRI Pulse Sequences

    利用实图重建的图像对比度大大增加,而且在实图重建的图像上背景信号强度为0,很明显的可以提高信噪比。但是实图重建却是在实际应用中用得很少,其中很大一部分原因是在实图重建的图像上出现“相移”伪影,见下图A,看出一些相同组织表现出不同的信号强度,这就是相移伪影,引起的原因可能是磁场的不均匀和数据采样错误导致的。想要去除相移伪影,需要对实像进行相位矫正,矫正的方法比较多,图B就是一种,通过矫正后的实像,相移伪影明显减轻,甚至消失。

    DOI: 10.1002/mrm.10051

    尽管实像重建的图像质量得到很大的改善,但是在心脏方面却不是很理想,因为心脏是比较复杂的部分,运动比较明显,更容易出现相移伪影,这样对心脏延迟增强扫描是很不利的。目前常用在心脏的相位矫正方法见下图,图1:屏一口气,分别在两个心动周期中采集两幅图,两次采样的翻转角大小不同,第一次采集的图定义为IR图(正常的反转恢复图),第二幅图定义为校准图;图2:第一次采集的图像可以重建出模图,同时联合相控线圈的归一化处理得到第一次实像。第二次采集的图像也可以重建出模图,同时联合相控线圈的归一化处理得到第二次虚像。最后利用第一次的实像乘以第二次的虚像得到另外的实像。图3:最后用图2得到实像除以第二次经过平滑处理的模像,得到最终的实像。

    为什么要利用实图重建?就是因为实图重建可以提高组织间的对比度,在心脏延迟增强中利用实图重建可以降低模图重建对TI值的敏感性。见下图,上排是模图重建,采用6个不同的TI值,正常和梗死心机的对比度受到TI值的影响比较大,这在实际成像中会额外增加工作时间;下排是实图重建,正常和梗死心机的对比度受到TI值的影响比较小,大大的节约了工作时间。

    十一

    10.3174/ajnr.A5941

    实图重建除了在心脏方面应用得比较多外,在脊髓硬化方面也有突出作用,见下图,病灶在实像上比在模像上更加明显。

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