前文在梯度回波序列的概述中我们谈到扰相梯度回波序列这个概念。事实上扰相梯度回波序列在临床上具有非常广泛的应用，各种利用梯度回波序列实现的T1加权对比图像基本上都是利用扰相梯度回波序列实现的，如各种腹部动态增强扫描技术、对比增强血管成像技术、腹部化学位移双回波成像、TOF MRA等都是利用扰相梯度回波序列进行成像。
19.梯度回波序列家族-扰相梯度 来自MR新力场 00:00 03:24
01
扰相梯度回波序列的基本概念
扰相梯度回波序列的基本概念：梯度回波序列一个很重要的临床应用就是实现快速成像，而为了实现这个快速成像客观上常常需要采用比较短的射频脉冲重复时间（即采用短TR）。这就带来一个问题：如果TR<T2*时那么就意味着在下一次射频脉冲激发之前在横向上仍有上次激发残存的横向磁化矢量。我们该如何对待这个残存的横向磁化矢量呢？一种方式是去除，这就是我们今天所要分享的扰相梯度回波序列；而另一种方式是保留，这是我们下一篇将要分享的稳态梯度回波序列。如何能够去除这个残存的横向磁化矢量呢？理论上有三种方式可以选择：其一，可以选择长的TR时间，这样横向磁化矢量在下一次射频脉冲激发时就已经完全衰减，但这种利用长TR时间的方式显然与梯度回波的快速成像理念是矛盾的，除非在2D多层面间插式采集模式；其二，采用梯度扰相，这种扰相方式在连续的射频激发后扰相作用渐渐消失；其三，是采用射频脉冲扰相，这是效果最理想也是最常用的去除残存横向磁化矢量的方式。具体的工作原理很复杂，在此不予讨论。扰相梯度回波序列在不同的厂商有不同的对应名称：在GE磁共振平台称之为SPGR(SPoiled Gradient Recalled Echo)，其他名称有FLASH或T1 FFE等。扰相梯度回波序列最常用于梯度回波序列中的T1对比度成像。
02
扰相梯度回波序列的纵向磁化矢量稳态问题
扰相梯度回波序列的纵向磁化矢量稳态问题：对于扰相梯度回波序列而言，需要讨论的稳态问题就是纵向磁化矢量的稳态问题。前文分享中我们提及这里的稳态（Steady state）实际上是一个动态平衡问题。这里笔者借用水桶灌水同时又漏水的例子来解释这个纵向磁化矢量的稳态或动态平衡问题：假设有一个水桶我们不停往其内注水，同时该水桶又不停漏水。如果注水的速度和漏水的速度刚好相等时，水桶内的水位就达到一种稳态或者说是动态平衡。回到我们要讨论的纵向磁化矢量稳态问题：这里，纵向磁化矢量的大小就等同于水桶内水位的高度，射频脉冲每次把纵向磁化矢量转化为横向磁化矢量的过程就相当水桶的不停漏水，而射频脉冲作用后的纵向弛豫过程就好比不停的往水桶内注水。显然，如果在每个TR时间内恢复的纵向磁化矢量与每次射频脉冲把纵向磁化矢量转化为横向磁化矢量的量相等的话，就达到了纵向弛豫的稳态问题。
03
恩斯特角法则与扰相梯度回波的信噪比问题
恩斯特角法则与扰相梯度回波的信噪比问题：在使用梯度回波序列时在参数调节方面会让我们感觉更复杂。譬如，针对一个具体的翻转角而言，我们应该采用多长的TR时间才能获得更高的信噪比呢？同样的，对于不同的TR时间而言应该配合使用一个多大的翻转角？从定性维度来看，如果我们采用了一个比较大的翻转角就意味着每次射频激发后会有更多的原有纵向磁化矢量被转化为横向磁化矢量，被转化的越多，完成T1弛豫的时间就要求更长，这就在客观上要求TR要适当延长。只有这样才能保证在每次射频激发时有更大的瞬间纵向磁化矢量，实际上MR信号的强弱反映的是射频激发时的瞬间纵向磁化矢量强度。但如果我们在射频激发过程中采用的是比较小的翻转角，此时，如果我们继续采用比较长的TR时间的话，则可能也降低了扰相梯度回波序列信噪比转化的效率。事实上，对应于某种特定的组织而言，在TR时间与翻转角之间存在着一个重要的恩斯特角法则来帮助我们理解在扰相梯度序列中TR与翻转角之间的平衡关系。这里如果我们把翻转角记为θ，那么能够确保扰相梯度回波序列获得最大信号强度的θ角与TR、T1之间的关系即恩斯特角法则是：θE=arccos(e-TR/T1)，其中θE就是相应的恩斯特角。为了更深入的理解这个恩斯特角法则并用之帮助我们理解实际工作中的参数设定原则，我们需要重温一下中学时学习的相关数学知识点。1）三角函数与反三角函数：这是一个基本概念问题，但了解这些概念对于我们理解恩斯特角法则的实际意义也至关重要。如果：cosθ=x，那么对应的反三角函数就是θ=arccos(x)，这里考虑到在扰相梯度回波序列时θ角的实际取值范围在0°到90°之间这个具体范围时，我们就不考虑周期性问题。利用这个对应关系我们就可以很容易对恩斯特角法则公式进行一个变换，那就是：cosθE=e-TR/T1也等同于说：e-TR/T1= cosθE，恩斯角法则严格意义上说是根据我们选择的TR来界定应该选择的翻转角问题，因为特定组织的T1时间是组织的自身特性，可以作为一个定量对待。而在讨论过程中我们也可以假定恩斯特角已经确定，这样我们讨论对应的TR时间，最后的实际意义是一样的。2）中学时的三角函数知识告诉我们：如果θ角的取值范围在0°到90°之间，随着θ角的增大，对应的cosθ值在降低。
这里我们借助图1和图2来帮助我们理解和记忆。图1是正弦函数值周期变化，我们可以发现在0到1/2π（即0°到90°时）是递增函数关系，在这个范围内随着角度增大，对应的正弦函数值增大；与之相对应的图2是余弦函数值周期变化，我们发现在0到1/2π（即0°到90°）范围内呈递减函数关系，在这个范围内随着角度的增大对应的函数值减小。回到我们要讨论的恩斯特角法则公式：e-TR/T1= cosθE，我们可以发现：如果对应的恩斯特角在0°到90°范围之内越大，那么就意味着cosθE值越小，也就是e-TR/T1值越小。e-TR/T1=1/eTR/T1,e是我们说的欧拉常数为2.718，T1是组织的弛豫特性，可以理解是个不变的值。这样，我们就不难得出这样的结论：要想使得1/eTR/T1这个值变小，就意味着eTR/T1这个值变大，因为e>1，所以随着这个指数函数值增大就意味着TR/T1增大，T1不变，就等同于TR增大。反过来，如果对应的恩斯特角越小，则TR就得减小。这个结论对于我们理解实际扫描中的参数设置非常重要，到此我们得到的一个结论就是：对应于扰相梯度回波序列而言：如果选择的TR越长，那么要获得最大的信噪比就需要配合使用更大的翻转角；反过来，如果使用更大的翻转角时，所使用的TR也应该更长。而如果使用较短的TR的话，那么所使用的翻转角也应该随之减小；反过来，如果选用了较小的翻转角，此时使用的TR也应该较短。不知道大家注意到没有，在那些使用系统极限参数的序列如LAVA，VIBRANT等进行扫描时，当我们调整翻转角时系统也会自动调整TR时间，这些调整其实利用的就是恩斯特角法则。这里笔者花这么多笔墨来诠释恩斯特角法则就是为了能够帮助大家在实际工作中能够更好的理解扰相梯度回波序列的参数设置。注意，这里我们讨论的恩斯特角法则是适用于扰相梯度回波序列的，这一点必须牢记。另外，深入理解恩斯特角法则也可以留给我们很多想象的空间：前面的讨论我们假定组织的T1不变，而临床工作中如果我们在进行对比剂增强扫描后，强化组织的T1值缩短，在这种情况下就意味着TR/T1增加，1/eTR/T1减小。这可能就是为什么我们在进行对比剂增强血管成像时选择相对比较大的翻转角时有利于显示增强的血管而相应的背景组织显得更黑的原因。另外，相对于更高场强而言如从1.5T到3.0T，组织的T1时间有所延长，如果TR时间相同，则(TR/T1)1.5T>(TR/T1)3.0T，对应的(eTR/T1)1.5T>(eTR/T1)3.0T，根据前述的恩斯特角法则我们可以推出对于相同的TR而言理论上在1.5T可以选择相对更大的翻转角。可见，尽管有些公式显得比较复杂，但准确的理解其实际意义对于我们理解参数选择却是必不可少的。正所谓：感觉到的东西不一定能够理解它，只有理解了的东西才能够更深刻的感觉它。
04
扰相梯度回波序列的对比度及其临床应用
扰相梯度回波序列的对比度及其临床应用：与保留横向磁化矢量的稳态梯度回波序列相比，扰相梯度回波序列具有更好的组织之间的对比度，尽管其信号衰减遵循T2*衰减规律，但在临床上扰相梯度回波序列主要用于快速的T1对比加权成像。与保留横向磁化的梯度回波序列相比，扰相梯度回波序列的一个特点是游离液体如脑脊液等表现为低信号。同时，通过对回波信号的计算分析也能发现相比于保留横向磁化矢量的梯度回波序列相比，在相同的参数时扰相梯度回波序列的信噪比不如保留横向磁化矢量的梯度回波序列。所以我们也可以这样理解：扰相梯度回波序列更优异的组织之间对比度是通过牺牲自由水等长T2信号来换取的，这也可以解释为什么其信噪比要低于稳态梯度回波序列。在临床上扰相梯度回波序列可用于各种显示T1对比的增强扫描如腹部、乳腺等动态增强扫描，对比剂增强血管成像，而在TOF MRA成像也更多利用扰相梯度回波序列，因为在扰相梯度回波序列上脑脊液等自由水表现为低信号，这样可以避免因为自由水等的高信号对血管内血流高信号的干扰。
与SE或FSE序列相比，梯度回波序列回波信号的形成完全靠读出梯度场的极性翻转形成，在整个回波形成过程中没有使用射频聚焦脉冲。在理想的情形下SE或FSE序列中的聚焦脉冲能够刚好抵消在回波前1/2TE时间内由于磁场不均匀或化学位移等所导致的相位累积，这样就使得同一体素内水和脂肪在回波信号形成时处于相同相位。在梯度回波序列，因为没有使用聚焦脉冲，因此在回波形成过程中不能消除水脂化学位移所导致的相位改变，这就使得位于同一体素内的水和脂肪因为化学位移导致的进动频率不同所累积的相位差距无法抵消，因此在梯度回波序列就可能通过在特定的回波时间点采集信号而显示第二类化学位移效应即相位抵消（Phase cancellation ）。这就是我们通常所说的同反相位双回波化学位移成像。实际工作中这种双回波成像通常基于扰相梯度回波序列，在不同的场强下我们可以通过拉莫尔方程计算出水、脂化学位移的Hz数，从而计算出对应的同反相位回波时间。如在1.5T上反相位时间是2.2ms而同相位时间是4.4ms，在3T上对应的反相位时间则为1.1ms而同相位时间为2.2ms。
图片说明：同反相位双回波是基于SPGR的扰相梯度回波序列，其图像对比度成T1加权对比。通常在含有脂肪变性时同相位信号会高于反相位。但因为反相位回波时间短而同相位回波时间长，如在3T上反相位和同相位的回波时间分别是1.1ms、2.2ms，所以从反相位到同相位存在着T2*信号衰减，所以在有铁沉积时就可能导致同相位的信号明显低于反相位。
图片说明：扰相梯度回波序列在实际成像过程中常用于获取T1加权对比图像，如3D Bravo, 肝脏动态增强扫描序列如LAVA, 头部TOF MRA及各种对比剂增强血管成像等。
小结：本文我们重点介绍了扰相梯度回波序列的基本概念，通过阅读本文希望能了解：
1） 扰相梯度回波序列的基本概念、了解扰相梯度回波序列中的纵向磁化矢量稳态概念
2） 在扰相梯度回波序列中恩斯特角法则是我们平衡TR与翻转角关系的重要参考依据
3） 扰相梯度回波序列具有更好的组织对比度，其良好的T1对比度是通过牺牲长T2组织的横向磁化相干而获得
4） 扰相梯度回波序列在使用比较长的TR或比较小的翻转角时（或者说翻转角远远小于恩斯特角时）所获得的对比度更接近质子密度对比
联系客服
