第二节 7.0T磁共振常用序列简介
一、梯度回波序列
梯度回波序列是超高场环境最主要应用的成像序列。它成像效率高，在一定范围内不易受射频场不均匀的影响，且较少受到特定能量吸收率（specific absorption rate，SAR）的安全限制。同时，梯度回波成像更能发挥超高场环境中T2*对比的优势——缩短的T2*时间意味着在超高场中可以使用更短的回波时间获得更高T2*加权的图像质量。T2*对比及与此相近的磁敏感对比在结构成像中展现了巨大的优势，它不仅可用于静脉造影，还可显示精细的脑深部灰质核团结构，甚至显示灰质内的分层结构。在体的组织学精度成像是超高场的一大临床研究方向，在这方面，T2*对比不可或缺。
梯度回波序列可结合准备脉冲用于功能与代谢成像，如结合ASL 准备脉冲进行包括血管与灌注的成像，以及结合CEST 准备脉冲用于研究代谢物浓度。这类应用均依赖梯度回波序列较少地受到射频场不均匀的影响以及较少受到SAR 限制的优点。压脂，多以水激发脉冲替代传统的压脂脉冲与激发脉冲，这样可以大幅降低射频沉积能量。临床中以二项式脉冲实现水激发。在超高场环境，水脂的频率差异更大，即二项式脉冲内相邻的单元间隔更短，适于压缩激发时间，提高成像效率。
二、快速自旋回波序列
快速自旋回波序列是目前临床中（非7.0T）应用最为广泛的序列，它成像效率高，不受局部磁场不均匀的影响，承载了绝大部分的临床成像，包括T1 对比，T2 对比，FLAIR 成像等。在超高场中，快速自旋回波序列的应用受到了更多的限制，如高度不均匀的射频场，SAR 的限制，局部磁场不均匀导致的激发、回聚、与反转恢复层面的不匹配，脂肪的化学位移伪影等。快速自旋回波序列需经过系统的优化以在超高场环境发挥其价值。主磁场的不均匀随场强的提升而成倍增加，为克服主磁场不均匀导致的选层变形，超高场环境倾向使用更高时间带宽积的脉冲，不过这意味着序列具有更高的SAR 值。这一策略类似于为克服金属伪影而进行的脉冲优化。脂肪与水的频率间隔在超高场更大，这有利于抑脂类成像。然而对于非抑脂成像，脂肪的化学位移伪影更难去除，这在骨骼肌肉成像应用中更为受限，如不抑脂的T1 对比。激发脉冲与回聚脉冲使用不同的极性可同样实现抑脂的效果，不过这种方式将加剧选层脉冲不匹配导致的信号丢失，特别在空腔等局部磁场偏移较大的区域。
超高场环境中射频场的不均匀导致空间各处的翻转角有较大差异，相应地，空间各处可能表现出不同的对比，这在短回波时间成像中更为明显，即质子密度（proton density，PD）加权与T1 加权成像更易受此影响。值得一提的是，PD 成像更多时候会结合准备脉冲进行其他对比的成像，而T1 对比一般使用梯度回波类序列替代，如MPRAGE/MP2RAGE。
容积成像快速自旋回波序列常结合低角度可变翻转角与长回波链。临床应用包括3D T2 对比，3D FLAIR 对比与3D 管壁成像等。由于随场强提升T1 弛豫时间增加，T2 弛豫时间降低，超高场环境中回聚脉冲的调制有别于高场。
三、平面回波采集
平面回波成像（echo planar imaging，EPI）是功能成像领域使用最多的序列，它成像效率高，适于进行T2*加权（GRE-EPI）与T2 加权（SE-EPI）的成像，且可与各类磁化准备模块合用。由于EPI 采集具有较长的回波链，更易受到T2*衰减与磁场不均匀的影响，表现为图像有效分辨率的降低与几何失真。功能成像的分辨率一般低于结构成像，具体在EPI 采集中，成像更易受到体素内散相的影响，表现为厚层或低平面内分辨率时的信号降低，多在空腔附近。
为降低长回波链采集引起的图像模糊与变形，EPI 一般使用较高的相位方向加速倍数。为提升采集效率，EPI 采集常联合同时多层（simultaneous multi slice/multiband，SMS/MB）技术。值得注意的是，在进行毫米或亚毫米附近的BOLD 成像时，为维持足够的信噪比并控制回波时间在一定范围，可使用高相位方向加速与部分傅里叶采集，如使用4 倍加速结合6/8，甚至5/8 的部分傅里叶填充。在高加速的情况下，除可使用自身采集数据计算重建核，亦可使用其他独立的采集替代，以进一步降低回波时间并缩短回波链。
四、时间飞跃法磁共振血管成像
时间飞跃法磁共振血管成像（time of flight MRA，TOF-MRA）是超高场平台极具优势的成像技术，广泛应用于脑血管病与肿瘤性疾病的研究。超高场进行TOF-MRA 的优势来自两方面，其一是显著提升的信噪比，其二是增长的T1 弛豫时间。对多数技术而言，T1 弛豫时间的增加意味着序列将花费更长的时间等待磁矩恢复，以至降低采集效率。然而由于TOF-MRA 的血液对比来自未经脉冲饱和的流入血液与相对应的被脉冲频繁饱和的背景组织，故而T1 弛豫时间的增加使血管的对比更强。如豆纹动脉等在常规3.0T 平台比较难以成像的穿支血管在7.0T 中都可以清晰显示。在肿瘤的研究中，目前已有一些研究应用TOF-MRA 研究肿瘤的血管，这对于判断肿瘤的分型、分级与分期等有巨大的临床价值。借助压缩感知技术，目前7.0T TOF-MRA 的分辨率已可实现接近200μm。
由于7.0T 平台独特的环境，特别是SAR 值的限制，部分在3.0T 平台可以使用的技术在7.0T 中使用受限，如借助磁化转移技术（magnetization transfer，MT）进行进一步的背景抑制。另外，在一些临床实践中，特别在一些超高分辨率的成像序列中，序列不使用额外的静脉饱和带去饱和流入静脉血液，动脉与静脉通过后处理进行区分。虽然TOF-MRA 使用流动补偿的梯度设计，然而流动补偿并无法补偿搏动带来的影响。在Willis 环以上区域大脑中动脉M1 段，常可见明显的搏动伪影，这在高分辨或超高分辨率成像中尤为明显，目前依旧需要依据经验对这一区域的成像伪影进行区分。在7.0T 平台，虽然超高分辨率的血管造影已成为可能，然而成像时间却随之大幅增加。为降低成像时间，序列可使用压缩感知或深度学习等方式提高加速倍数，以将成像时间控制在临床可接受的范围内。
五、扩散加权成像
在临床应用与研究中，扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是不可或缺的成像技术。虽然DWI 同样受益于信噪比的提升，然而它在超高场环境下中却难以发挥足够的优势，这一状况主要源自相较3.0T 环境大幅降低的T2 弛豫时间。扩散序列一般使用脉冲梯度自旋回波（pulsed-gradient spin echo，PGSE）进行采集，扩散准备梯度置于回聚脉冲的两侧。有别于其他成像技术，扩散成像的回波时间无法自由灵活调节，主要受限于扩散梯度的时间。目前，商用7.0T 的梯度系统性能与3.0T 在同水平，故而扩散序列所能达到的回波时间亦与3.0T 相近。为缩短回波时间，扩散成像在采集时一般结合部分傅里叶技术与并行成像技术。
在3.0T 中，扩散序列可使用双回波PGSE 序列以降低涡流引起的图像变形。在7.0T 中，为控制回波时间，扩散序列以单回波PGSE 为主。涡流引起的变形，一般在图像域通过额外后处理进行矫正。在7.0T 中，扩散序列成像的分辨率一般高于3.0T，这可以降低自体素内的散相。空腔区域与人体组织间有接近9ppm 的磁敏感差异，这一磁敏感引起的频率偏移随场强线性增加，即更易导致体素内各处磁矩散相加剧导致的信号损失。超高场中因磁敏感增加导致的主磁场偏移将导致扩散成像的变形更为严重。目前商用超高场系统均使配备高阶匀场以提升主磁场的均匀性，不过现有匀场系统在空腔区域附近的匀场效果并不理想。应对类似问题，超高场环境已有包括局部均场线圈在内的商用方案。
单激发采集是最常用的扩散采集方式，特别对于需要采样大量b 值大小与方向的应用，如扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI），神经突起方向离散度与密度成像（neurite orientation dispersion and density imaging，NODDI），扩散频谱成像（diffusion spectrum imaging，DSI）等。另一类采集方式为多激发采集，多激发采集可有效缩短EPI 回波链的时间。目前在商用超高场平台中有两类方式，其一为在读出方向分段采集，并结合导航回波组合各分段采集的数据，称为RESOLVE。另一类方法为相位方向分段，并通过MUSE 技术矫正与组合分段数据。这两类技术均可有效提升平面内分辨率。对于同时需要大幅提升层面分辨率的扩散应用，为提升成像信噪比并控制成像时间，目前在研究中可使用分层组或层块采集的方案。对于一个层组或层块，可使用gSlider 或3D 采集等方式进行采样。
六、功能成像
神经功能成像，特别是BOLD，可以说是推动超高场发展的最大动力。超高场环境的BOLD 成像同时受益于随场强提升的信噪比提升与T2*权重的增加，这使得超高场下BOLD 检测神经活动的灵敏度远高于高场3.0T。
BOLD 成像可分为梯度回波与自旋回波两类，前者的灵敏度更高，更适合反映血液的磁敏感变化，且不受血管尺寸的影响；自旋回波BOLD 因天然具有自旋回波回聚散相的能力，其灵敏度亦受到血管孔径的影响。在临床成像参数的情境中，自旋回波BOLD 表现为对毛细血管的灵敏度更高。在生理与认知研究中，部分研究会使用自旋回波BOLD 替代传统的梯度回波BOLD 以获取更高的空间定位能力。但是自旋回波BOLD 的灵敏度依旧远低于梯度回波BOLD。
BOLD 可用于观察神经系统的生理活动。但是除神经活动引起的信号变化外，其他生理活动亦混在BOLD 信号中，其中最大的两个源头为呼吸运动与心跳的干扰。以呼吸为例，呼吸将引起局部磁场的偏移，在功能成像中即表现为信号的波动，甚至会因磁场均匀性降低导致伪影。功能成像中可通过同时记录呼吸与心跳信息，并通过后处理方法降低非神经系统外的影响。
七、动脉自旋标记灌注成像
ASL 是一种借助内源性示踪剂实现灌注测量的技术，已经在1.5T，3.0T 场强下有广泛的临床应用。该技术通过标记一段血液，随后观察血液流经组织引起的信号变化，进而根据模型实现灌注的测量。标记与等待是这个技术的两个重要组成部分——标记部分通过改变血液中氢质子的纵向磁化矢量实现，通常为反转，等待部分的作用为等待被标记的血液流入实质组织的小动脉与毛细血管，以达到充分灌注的状态。从原理上讲，增加等待时间可以确保更充分的灌注，进而提升灌注测量的准确性，特别对于那些需要血液在血管网中花费更长时间到达的区域，然而由于标记是靠改变血液中氢质子的纵向磁化矢量实现，增加等待时间意味着磁化矢量经历更充分的弛豫，即降低了该技术的信噪比——更充分的灌注与更充分的弛豫，它们同时发生，而后者导致灌注更难以被该技术检测到。
基于以上的介绍，超高场可以在两个方向提升动脉自选标记技术的成像质量与准确性：其一，是超高场提供的更高的成像信噪比：其二，则是在超高场环境下增加了氢质子纵向弛豫时间。纵向弛豫时间更长，即可以在更长的等待时间下进行灌注的研究。在3.0T 场强中，血液的T1 时间在1.65s 附近。被标记的血液每经过1.14s，其有效标记效率将降为之前的一半。而在7.0T 场强中，血液的T1 时间长达2.1s，每隔1.46s 有效标记效率减半。这有助于提升该技术在部分疾病中灌注测量的准确性。
这一技术在超高场中同样面临诸多问题的困扰，其中最为突出的是磁场均匀性的影响，包括射频场与主磁场。以目前在临床使用最为广泛的伪连续式标记（pseudo-continuous ASL，pCASL）为例，该标记方式会选取一个在感兴趣灌注区域供血源端的平面，平面与供血动脉垂直。所有流经这一平面的动脉血将被翻转，即被标记。如果供血动脉流经标记层面处的射频场能量不足，血液将仅被部分翻转，导致标记效率降低；如果标记处的主磁场存在严重的偏移，标记效率将同样受到影响。
对于主磁场，目前一般通过高阶匀场等方法降低标记层面主磁场的频率偏移，或根据血管所在的位置，进行更有针对性的匀场。已有诸多研究工作表明优化主磁场的均匀性可显著提升该技术在超高场中的成像质量。提升射频场的磁场均匀性可同样提升标记效率，然而这面临更大的技术挑战，主要来自如下几方面：商用线圈的射频场空间覆盖能力有限，能量在幕下区域快速降低，导致磁矩仅被部分翻转。提升射频的强度能够一定限度补偿翻转角不足，然而常常射频能量的水平已接近SAR 的限制，实际应用中射频强度往往难以进一步提升。序列端的优化，如射频的优化与相伴的梯度的优化，以在SAR 的限制内提升标记的效率与标记的鲁棒性。这同样需要设备端提供更为灵活易用的射频场匀场支持，例如可针对标记层面与具体供血动脉进行针对性优化的方案。
八、血液容积成像
血管空间占有率（vascular space occupancy，VASO）是用于研究血液容积成像的技术，这一成像技术是目前超高场功能研究中除BOLD 外的另一主要方法。BOLD 技术由于依靠磁敏感效应，更易受到静脉的污染，以致BOLD 显示的激活区域更贴近皮层的表层，而难以反应皮层内的神经活动。血液容积成像技术能够克服BOLD 的缺陷，提供更准确的空间定位能力，这对研究皮层内的功能活动更具价值。这一技术依靠血液与血液周围组织的纵向弛豫时间的差异，主要由反转恢复脉冲与其后的采集构成。它的原理可类比为临床中使用的FLAIR，不过不同在于FLAIR 压制的是自由水，VASO 中反转脉冲压制的是血液的信号。当一个体素中的血液容积增大，即有更大的区域被压制掉——通过测量信号的降低即可实现对血液容积的测量。
这一技术同样受益于超高场环境中大幅提升的信噪比。在近年VASO 技术的一些变体中，非选层反转恢复已被选层反转替代，结合其他序列层面的优化，目前该技术已有相对完善的处理非理想因素的方案。但是作为一种功能序列，虽然VASO 可以提供血液容积信息，然而它仅能反映血液容积的变化而无法提供静态的血液容积信息，这导致它并不适于临床应用。另外，在超高场中常见的VASO 变体，如slice saturation slab inversion VASO（SS-SI VASO），成像区域依旧受限。在超高场功能成像中，许多研究均使用VASO 研究初级视觉皮层与运动皮层的皮层内功能活动，即研究皮层内不同分层间的激活情况。VASO为磁共振神经功能成像提供了可以精确到皮层内的空间解析能力，这一技术暂时主要应用于认知等领域的研究，未来将其应用于临床中尚需深入的研究。