自旋回波与梯度回波有何本质不同

常规的自旋回波（conventional spin echo，CSE）由成对的RF脉冲（一个90°激发脉冲和一个180°复相脉冲）产生。他是磁共振领域的经典脉冲序列，提供基本的MR检查技术和诊断图像，其优点是图像质量好，适用范围广，能形成对病变敏感的高保真T2WI。180°复相脉冲是自旋回波的灵魂（图35）。CSE的缺点是扫描时间较长，目前临床应用不多。快速自旋回波（fast spin echo，FSE）由一个激发脉冲和多个180°复相脉冲产生，后者使K空间填充成倍加快，扫描时间成倍缩短。FSE形成的图像中含有不同TE时间采集到的多个回波（他们的加权程度不同），但是，以有效TE时间采集的MR信号幅度最大，并在相位编码时被置于K空间的中心区域，故对于图像的对比度有较大影响，即有效TE控制FSE图像的加权特性。回波链（echo train）是FSE的灵魂。FSE图像不同于CSE之处包括：①在T2WI脂肪信号更明亮，这与多个连续且密集的RF脉冲减弱了脂肪质子的自旋-自旋相互作用效应（J-coupling，J-耦合，歼耦合）有关；②多个重复的180°RF脉冲导致磁化传递效应增加，后者使肌肉等组织的信号变暗；③多个180°RF脉冲减弱了磁敏感性效应，不利于检出小的出血；④在具有不同T2衰减值的多种组织交界面，常出现边缘模糊效应。这源于长回波链成像时，较晚接收的回波（信号）幅度也较低，并在相位编码时被置于K空间的周边部分，使图像空间分辨力降低，导致模糊效应；⑤多个180°RF脉冲能补偿外磁场的不均匀性，显著减轻金属伪影。

图35　常规自旋回波形成示意图

梯度回波（gradient echo，gradient-recalled echo，field echo，GRE）由1个RF激发脉冲和1个梯度反转形成。梯度反转的过程如下：在1个激发脉冲（α＜90°）作用后，MRI系统首先在频率编码方向施加1个离相位梯度场，使进动的质子快速失相位。而后，在频率编码方向施加1个频率相同，方向相反的聚相位梯度场，这使X-Y平面已失相位的质子磁矩发生重聚，形成回波（图36）。但是，这个梯度回波的质量不如SE序列中由180°复相脉冲形成的自旋回波，所以GRE序列扫描出的图像的SNR较低。但GRE技术是现代MRI的基础，在临床诊断和科学研究中已获得广泛应用。

图36　梯度回波形成示意图

α代表激发脉冲角度。在α脉冲后，受离相位梯度场作用，质子快速失相位。向后在聚相位梯度场作用下，质子相位重聚，形成梯度回波

无论SE序列还是GRE序列，只要对人体施加一个RF脉冲，就可形成一个自由感应衰减（FID）信号，后者可被接收线圈感应和记录。这是由于RF脉冲可引起Mz（完全或部分地）翻转到X-Y平面，但在T2*衰减（T2* decay）效应影响下，在X-Y平面的净磁化矢量因质子快速失相位（dephasing）而快速衰减。FID的消失是如此之快，以致弛豫中的大多数组织尚未达到他们的T1和T2时间。为了获得1幅对比度良好的MR图像，使其能够适当地反映组织的T1和T2时间，我们需要以某种方式补偿这种T2*衰减。通常有2种方式，即施加一个180°脉冲（形成SE），或应用梯度反转（形成GRE）。可见，FID是单一RF脉冲的伴随物，他本身不具备成像条件，外磁场的不均匀性是其急速衰减的主要原因。另一方面，FID是SE和GRE的信号源泉。

GRE与SE存在诸多不同。①GRE序列仅应用一个RF脉冲，回波产生更快，故TE时间通常小于SE序列。GRE序列应用小翻转角的RF脉冲进行激发，Mz有所保留，为应用短TR创造了条件。短TR结合短TE实现了快速采集，组成了多种类型的快速成像序列。②GRE序列中的聚相位梯度场仅仅重聚那些因离相位梯度场作用而失去相位的质子磁矩。③特别需要指出，由外磁场不均匀引起的相位位移、静止组织的磁敏感性梯度和化学位移在GRE序列不会消失，在SE序列则会消失。这是因为GRE序列缺乏对外磁场不均匀性的补偿，而SE序列中的180°复相脉冲消除了因外磁场不均匀导致的失相位，能够形成真正的T2衰减。后者代表组织固有特性的自旋-自旋相互作用。

GRE序列对外磁场不均匀非常敏感。这表现为GRE更易受磁敏感性伪影和化学位移伪影干扰，MRI系统的磁场均匀性（通常不大于6～7 ppm）较差时GRE成像效果不佳，以及GRE 的T2WI对比度并不能反映真正的T2弛豫或衰减，而是受T2*弛豫（主要与外磁场的不均匀性有关，形成FID信号）影响。临床应用中，T2*WI成像速度很快，对显示微小的出血性病变较敏感（因磁敏感性效应形成小灶低信号）。但是，在显示其他病变组织的信号特征，或显示轻微病变（如小灶水肿、MS斑块）方面，T2*WI不如T2WI敏感。到目前为止，我们已经知道了三种类型的MR信号，即FID（由1个RF脉冲形成）、SE（由2个RF脉冲形成）和GRE（由1个RF脉冲+梯度反转形成）。此外，还有1种是激励回波（stimulated echo, STE），他由3个或3个以上的RF脉冲形成，所产生的图像对比度与常规T2WI类似，但因组织的T1和T2效应叠加，且图像中最大信号幅度仅为常规SE信号强度的50%，故噪声较为明显。STE主要用于磁共振波谱成像，或参与构成稳态自由进动序列中的MR信号。