同时多层成像专题聚焦—发展历程篇

在磁共振成像技术中，如何提高成像速度一直是研究者们致力解决的问题。多种并行采集技术，例如SENSE,GRAPPA等已经成功应用于临床扫描。但随着加速因子的增加，图像信噪比会逐渐降低。为了能够得到满足临床诊断需求的图像，常规并行采集加速因子最多只能提高3倍。

同时多层成像技术（Simultaneous Multi-Slice,简称SMS）最早由David J. Larkman等于2001年提出，他使用多通道线圈接收到的组织不同部位信号的信号强度差异，在图像域对同时采集的多个层面的图像进行分离，实现了对膝关节的成像(Larkman etal., 2001)。随后在2010年，明尼苏达大学的Steen Moeller等报道了使用SMS技术在西门子7T磁共振得到的加速因子为16的全脑高时间分辨率和高空间分辨率全脑fMRI实验(Moeller et al., 2010)。同一年的PlosOne文章介绍了明尼苏达大学在西门子7T磁共振使用multiplexed  EPI得到的DTI和BOLD图像(Feinberg et al., 2010)。这种技术结合了multiband和SIR(simultaneous image refocused)技术来加速成像速度。但是，受到SIR技术中回波连比较长的影响，如果使用高的空间分辨率会产生鬼影和变形。

图1. 同时多层成像EPI技术示意图，a图为multiband EPI，b图为multiplexed EPI

(Feinberg and Setsompop, 2013)

在2012年，麻省总医院Kawin Setsompop等展示了在西门子7T磁共振上使用blipped-CAIPIRINHA(Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging)的同时多层成像SE EPI和GRE EPI序列得到的diffusion和fMRI图像。其中，同时多层成像最关键的CAIPIRINHA(Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration)技术就是在西门子磁共振中已经使用的鸡尾酒并采技术。CAIPIRINHA鸡尾酒并行采集技术是西门子独有的专利(Setsompop et al., 2012)技术，它采用特殊的k空间填充方式，有效提高了图像信噪比。因此，与传统同时多层成像技术比较，使用blipped-CAIPIRINHA技术的同时多层成像，可以从源头上显著提高图像的信噪比（图2）。这一全新的同时多层成像技术，可以将空间分辨率和并采因子进一步提高。

图2. 使用了CAIPIRIHA的同时多层成像技术（MAGNETOMFlash, 1/2012）

西门子与明尼苏达大学以及全球西门子磁共振科研合作伙伴共同发展SMS技术（https://www.cmrr.umn.edu/multiband/）。这个技术也是HCP（美国人脑连接组计划）中使用的非常关键的磁共振成像技术。其中，在华盛顿大学和明尼苏达大学组成的 WU-Minn团队使用的 HCP扫描参数中，fMRI成像推荐使用加速因子8得到的2x2x2 mm³ 空间分辨率，TR = 700 ms时间分辨率；diffusion成像推荐使用加速因子3得到的1.25x1.25x1.25 mm³空间分辨率，90个方向，3个shell时间分辨率（图3）。如此高参数的扫描，采用常规EPI序列是根本无法实现的。

图3. WU-Minn HCP推荐参数（fromDr. Essa Yacoub, UMN）

经过多年的发展，SMS技术终于逐渐成熟，并且问世，在多个临床领域都有着极大的潜力。下一期，小编将给大家带来SMS在弥散成像方面的应用进展，敬请期待。

参考文献：

Feinberg, D.A., Moeller, S., Smith, S.M., Auerbach, E.,Ramanna, S., Gunther, M., Glasser, M.F., Miller, K.L., Ugurbil, K., and Yacoub,E. (2010). Multiplexed echo planar imaging for sub-second whole brain FMRI andfast diffusion imaging. PLoS One 5,e15710.

Feinberg, D.A., and Setsompop, K. (2013). Ultra-fast MRI of the humanbrain with simultaneous multi-slice imaging. J Magn Reson 229, 90-100.

Larkman, D.J., Hajnal, J.V., Herlihy, A.H., Coutts, G.A., Young, I.R., andEhnholm, G. (2001). Use of multicoil arrays for separation of signal frommultiple slices simultaneously excited. Journal of magnetic resonance imaging :JMRI 13, 313-317.

Moeller, S., Yacoub, E., Olman, C.A., Auerbach, E., Strupp, J., Harel, N.,and Ugurbil, K. (2010). Multiband multislice GE-EPI at 7 tesla, with 16-foldacceleration using partial parallel imaging with application to high spatialand temporal whole-brain fMRI. Magnetic resonance in medicine : officialjournal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of MagneticResonance in Medicine 63, 1144-1153.

Setsompop, K., Gagoski, B.A., Polimeni, J.R., Witzel, T., Wedeen, V.J.,and Wald, L.L. (2012). Blipped-controlled aliasing in parallel imaging forsimultaneous multislice echo planar imaging with reduced g-factor penalty.Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of MagneticResonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine 67, 1210-1224.