ИП "спиновое эхо" (SE-последовательность) схе­матически показана на рис. 13а. После 90°-ного РЧИ продольная намагниченность начинает вос­станавливаться, поперечная — убывает, так как протоны, как уже говорилось выше, довольно быс­тро теряют синхронность прецессии из-за малых неоднородностей локальных магнитных полей (рис. 136) (как внешнего, стационарного магнит­ного поля, так и неоднородностей, связанных с физико-химическим строением вещества).

Нарушение синхронности прецессии, или де- фазировка протонов (и уменьшение поперечной намагниченности), связанное с физико-химичес­кими свойствами ткани, происходит со скоростью 1/T2, которая существенно меньше скорости ре­лаксации из-за неоднородностей внешнего маг­нитного поля 1/T2 ягимтя. После 90°-ного РЧИ My,,

‘ магнита ху

(13)

(амплитуда ССИ) убывает по экспоненциальному закону со скоростью 1 /Т2* (рис. 13в), которая яв­ляется суммой скоростей двух релаксационных процессов:

1/T2* = 1/T2 + ^/J2ь

Для того чтобы компенсировать влияние неодно­родностей внешнего магнитного поля (магнита то­мографа), через некоторое время (его обозначают ТЕ/2) после 90°-ного РЧИ подают 180°-ный РЧИ, под действием которого протоны переориентиру­ются в диаметрально противоположном направле­нии (рис. 136). В результате протоны, "убежавшие вперед" при прецессии с более высокой частотой, станут самыми "отстающими" (рис. 136), но еще через ТЕ/2 "быстрые" протоны догонят более "медленные", и в этот момент все протоны снова окажутся в фазе, что опять создаст значительную поперечную намагниченность. В этот момент при­емная катушка зарегистрирует большой сигнал (рис. 1Зв), амплитуда которого будет зависеть только от времени поперечной релаксации (Т2) ткани, а влияние неоднородностей внешнего поля будет нейтрализовано.

Идею компенсации влияния неоднородностей внешнего поля можно проиллюстрировать следу­ющим образом. Пусть еж и заяц соревнуются в бе­ге. За время ТЕ/2 после старта заяц опередит ежа. Если в этот момент заставить соревнующихся по­вернуться и бежать в противоположном направле­нии в течение такого же времени, той же дорогой, то они оба вернутся к месту старта одновременно (предполагается, что они бегут с неизменной ско­ростью).

180°-ный РЧИ действует на прецессию прото­нов как стенка, которая отражает "бегунов" назад и создает эхо за счет компенсации расфазировки в пути следования. Этот импульс заставляет про­тоны дважды проходить одни и те же неоднород­ности магнитного поля при движении в разных на­правлениях. Именно поэтому возникающий в ре­зультате сильный сигнал называют эхо-сигналом, или спиновым эхо.

180°-ный импульс

Время

200 250

• Т2а = 75 мс

72е
= 150 мс

Рис. 13. Импульсная последовательность "спиновое эхо", а — временная схема импульсной последовательности, б — схема поведения (дефазировки) магнитных моментов протонов под действием РЧИ. в — ССИ и эхо — регистрируемый MPC. г — Т2-кривые для тканей с раз­личными T2, д — контрастность двух тканей А и В.

Такая импульсная последовательность, состоя­щая из 90°-ного РЧИ, за которым через время ТЕ/2 следует 180°-ный РЧИ, называется SE-последова- тельностью (спиновое эхо). Время ТЕ между 90°-ным РЧИ и пиком эхо-сигнала называется вре­менем эхо; время TD между пиком эхо-сигнала и следующим 90°-ным РЧИ называется временем задержки (delay time); TR, как и раньше, — время повторения (время между 90°-ными РЧИ). Величи­ны ТЕ и TR, как мы увидим далее, очень влияют на контрастность MPT.

После того, как эхо-сигнал (спиновое эхо) полу­чен, протоны опять начинают терять синхрониза­цию прецессии, более быстрые убегают вперед, более медленные отстают, и MPC опять уменьша­ется. Можно снова многократно повторить 180°- ный РЧИ. Такая SE-последовательность называет­ся "мультиэхо", и она показана на рис. 14. В этом случае приемная катушка зарегистрирует несколь­ко МРС: 1) первое эхо (90°-180°); 2) второе эхо (90°-180°-180°); 3) третье эхо и т.д. Если во время обследования в ИП "спиновое эхо" получается только одна MPT, то в режиме ИП "мультиэхо" мож­но построить две и более MPT, по первому, второ­му и прочим эхо-сигналам (рис. 14в).

Для SE-последовательности справедливо: ТЕ+ TD = TR, для последовательности "мультиэхо": TEn + TD = TR, где TE0 — время последнего эхо-сиг- нала. В последовательности с двумя эхо задают две величины: TE1 и TEr ТЕ, — это время между 90°-ным и первым 180°-ным РЧИ, a TE2 — время между 90°-ным и вторым 180°-ным РЧИ. Амплиту­ды последовательных спиновых эхо в ИП "мульти­эхо" будут различаться только из-за локальных не­однородностей магнитного поля, создаваемого атомами решетки; влияние локальных неоднород­ностей поля магнита будет исключено. Линия, свя­зывающая пики интенсивности спиновых эхо, — это кривая поперечной релаксации (уравнение (11)), а огибающая ССИ характеризуется суммарной скоростью релаксации 1/Т2*.

До сих пор мы всегда подразумевали, что час­тоты прецессии отдельных протонов стационарны, т.е. они не меняются во времени. Физически это означает, что протоны не движутся вместе с пото­ком жидкости и не участвуют в диффузионном мо­лекулярном движении. В реальности протоны мо­гут переноситься вместе с кровотоком или ликво- ротоком, участвовать в диффузионных и перфузи- онных процессах, не считая их теплового движения, — все это приводит к увеличению скоро­сти релаксации (амплитуды последовательных эхо спадают быстрее). Для учета дополнительных дви­жений протонов со скоростью V в формулу (14) для расчета амплитуды принимаемого сигнала вводят множитель F(v).

Поскольку релаксационные процессы происхо­дят независимо друг от друга, то результирующее изменение амплитуды принимаемого сигнала в ИП "спиновое эхо" имеет следующий вид:

S = /CpF(v)exp(-7"E/T2)[1 - ехр(-77?/Т1)], (14)

т.е. изменения амплитуды сигнала за время TR (уравнение (10)), накладываются на изменения амплитуды сигнала за время ТЕ (уравнение (11)), и, кроме того, амплитуда зависит от протонной плотности ткани р и ряда других параметров, кото­рые учитываются коэффициентами К и F(v).

180°-ный импульс 180°-ный импульс 180°-ный импульс

90°-ный импульс

Время

Рис. 14. Импульсная последовательность "мультиэхо". а — временная диаграмма ИП. б-изменения Mxy во времени, в — форма регистри­руемых эхо-сигналов: 1- Т2-кривая, 2- Т2*-кривая.

Таким образом, величина регистрируемого приемной катушкой эхо-сигнала зависит не только от физических свойств ткани (протонной плотнос­ти р, времен Т1 и Т2, скорости течения F{v)), но и от параметров импульсной последовательности (времен ТЕ и TR).

На рис. 15 показано, как выбор различных ТЕ и TR влияет на разницу в MPC (контрастность) раз­личных тканей на МРТ.

Если выбрано достаточно большое TR = TRv и продольная намагниченность всех тканей успела восстановиться, то амплитуда сигнала будет зави­сеть от отношения ТЕ/Т2 и протонной плотности. При коротких TE= TE^ (рис. 15) различия в интен­сивности сигналов будут определяться протонной плотностью тканей, поскольку различия в Т2 за ко­роткое время ГЕне успеют проявиться. При боль­шем значении ТЕ различия в интенсивности сигна­лов будут зависеть от хода кривых поперечной ре­лаксации для разных тканей (рис. 15), т.е. получит­ся Т2-взвешенное изображение. При больших TR и очень больших ТЕ амплитуды эхо будут невелики и разница между ними тоже будет маленькая, сле­довательно, ткани будут плохо различимы, осо­бенно с учетом помех.

Если выбрано короткое время TR = TR2 (рис. 156), a TE= TE^ — небольшое (чтобы различия в скорости поперечной релаксации еще не прояви­лись), амплитуда сигнала будет зависеть в основ­ном от соотношения Т1 этих тканей, т.е. получится Т1-взвешенное изображение. При TE= TE2 полу­чится Т2-взвешенное изображение.

Таким образом, задавая разные значения ТЕ и TR в ИП типа SE (9СГ-18СГ), можно получить изоб­ражение, взвешенное по Т1, или по Т2, или по про­тонной плотности р. В дальнейшем наряду с терми­нами "изображение, взвешенное по Т1" ("Т1 -взве­шенное изображение"), и "изображение, взвешен­ное по Т2" ("Т2-взвешенное изображение"), для краткости будут использоваться менее точные тер- мины-синонимы: "изображение по Т1" и "изобра­жение по Т2"; "МРТ в режиме Т1" и "МРТ в режиме Т2". Хотя для многих режимов MP томографии ха­рактер получаемого изображения (Т1-взвешенное или Т2-взвешенное) определяется не только режи­мом сканирования, но и параметрами ИП, для крат­кости иногда говорят "Т1 -режим" или "Т2-режим", имея в виду конечный результат — характер ткане­вой контрастности получаемых изображений.

В SE-последовательности "двойное эхо" (DSE) часто TE1 выбирается достаточно малым для получе­ния изображения, взвешенного по протонной плот­ности, a TE2 — достаточно большим для получения Т2-взвешенного изображения; TR при этом берут длинное. Таким образом, варьируя параметры ИП "спиновое эхо", можно выбрать тип получаемой MPT

В табл. 2 показаны типы получаемых изображе­ний в зависимости от выбора параметров SE-по­следовательности [6, 7, 11].

TR,

ТЕ,

TE2 Время

Ткань 1

S = M (TR)exp(-TE/T2)

Ткань 2

Время

Рис. 15. Влияние параметров TR и TE в SE-последовательности на MPC от разных тканей на изображении, а, б — T1- и Т2-кривые, TR — большое, в, г -T1- и Т2-кривые, TR — маленькое.

На рис. 16 (монтаж из 24 МРТ) показаны раз­ные типы МРТ, полученных с помощью SE-после­довательности. "Взвешенность" MPT меняется

Таблица 2

р-взвешенное (промежуточно- взвешенное)

Т1 -взвешенное

Т2-взвешенное

длинное TR >2000 мс

короткое ТЕ 15-30 мс

короткое TR 200-500 мс

короткое ТЕ 15-30 мс

длинное TR 2000-3000 мс

длинное ТЕ 100-200 мс

< S^1

4

V *

Ч у

/ >

\ , \ 1
I

V ~ )

К- /

{

V.’

ш

wi VlV

и

Л ^1ѕ

, Y :

кS

\Ж> it / \ .

Г/

» I i I

- * ‘ V

Л

V

. — • > — ••

г ‘ % \

тж

/

- — и

» ^ \ f k Y

N’

ъ *. \

г*

Y * 9

-Y

• .

у,

Рис. 16. Влияние выбора параметров TR и ТЕ в SE-последовательности на контрастность тканей на MPT. В серии MPT TR возрастает по строчкам (150, 300, 600, 900, 1500, 2200 мс), ТЕ — по столбцам (13, 60, 80, 120 мс).

при последовательном возрастании параметров: TR- по строкам, ТЕ — по столбцам.

Нужно обратить внимание на тот факт, что Т1-контрастность тканей на изображениях, полу­ченных с помощью SE-последовательности, может маскироваться контрастностью, связанной с про­тонной плотностью. Практически во всех MP ска­нерах существуют ограничения для выбора ТЕ, и ткани с очень короткими Т2 успевают релаксиро- вать за время эхо при получении Т1-взвешенного изображения, а ткани с Т1 > 0,257D на Т2-взвешен- ном изображении не успевают полностью восста­новить Mz в промежутке между импульсами. В обо­их случаях получаются изображения, взвешенные и по Т1, и по 12, и по р (так называемые промежу­точно взвешенные изображения). Контрастность тканей на изображении при этом снижается, так как в слабых и средних магнитных полях (<1,5 Тл) у тканей с большим Т1 больше и 12 тоже (см. табл. 1), а возрастания времен релаксации Т1 и 12 действуют на контрастность в противополож­ные стороны: чем больше Т1 ткани, тем на изобра­жении она темнее, а чем больше 12, тем она стано­вится светлее (рис. 16.8-16.9). Для клинических приложений очень важна возможность менять кон­трастность МРТ, выделяя ткани с различными ре­лаксационными параметрами. Это помогает при обнаружении патологических тканей, так как мно­гие патологические процессы (неопластические, воспалительные, ишемические и дегенеративные) характеризуются большими по сравнению с нор­мальной тканью Т1 и 12 — из-за повышенного со­держания воды.

Существует еще один тип последователь­ностей, который позволяет сложить вклад про­дольной и поперечной релаксаций в общую конт­растность ткани на МРТ; кроме того, изображения, получаемые с помощью таких последователь­ностей, имеют максимальную Т1-контрастность тканей.