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如何加快MRI成像速度--参数汇总笔记

MRI的成像优势在于其多参数成像,同时能够提供优异的组织对比度和功能、代谢等方面的特异性信息,但缺点是MRI扫描时间较长。因此,怎样加快成像速度一直是磁共振技术创新的致力方向。

要加快MRI信号采集速度并保证图像信噪比及空间分辨率,硬件的发展显得至关重要,如主磁场的强度,梯度系统的性能等。硬件性能是提升MRI扫描速度的基础,同时也是获得优异图像质量的重要保证。

  • 主磁场对扫描速度带来的影响:

1.5 T和3.0 T比较,如果其它成像参数一致的话,所使用的采集时间3.0 T是1.5 T的一半,场强越高,信噪比则越高。

  • 梯度系统对扫描速度带来的影响:

梯度系统主要用于MRI的空间定位编码。梯度系统的性能是提高MRI成像速度的关键,没有梯度系统性能的提升就没有快速/超快速成像技术。

 
影响MRI信号采集时间的主要因素

扫描时间=TR・Ny・NEX式中的Ny,指(y方向上的)的相位编码次数

对于快速自旋回波(TSE)成像公式可转换成:TSE扫描时间=TR・Ny・ NEX/ETL,式中的ETL=回波链的数量。

3D成像扫描时间(3D)=TR・Ny・Nz・NEX式中的N是z方向上的相位编码次数(为正整数),也可以变换成扫描时间(3D)=Nz・扫描时间(2D)

那么我们的快速采集就是通过缩短公式里的一个或者多个因素实现的,接下来我们介绍一下快速采集信号的方法

  • 减少相位编码步级

直接减少相位编码步级,该方法牺牲了相位编码方向的空间分辨率,如果在相位编码方向空间分辨要求不高时,该方法不仅节约时间,而且能提高图像的SNR。

采用矩形FOV:相位编码和频率编码的FOV大小不等就可以了,把解剖短轴放在相位编码方向。

  • 半扫描技术half scan

K空间的另一特性就是共轭对称, 如下图中互相对称的A点与B点有着完全相同的信息。如果我们知道A点,就可以通过数学算法得出B点的信息。半扫描 (Half Scan)就是利用K空间的这一特性可以用来缩短成像时间。缺点降低图像信噪比 linear profile ,数据采集从k-min 端开始,所以echo space 变长,相应的 TR延长。因此尽管实际相位编码步数减少,成像时间反而更长。

 

参数contrast对比栏中,把Half scan这个参数从No切换到Yes,在设置半扫描因子,即采集多少(最低值0.6,也就是说,即使是半扫描,也要保证采集够K空间的60%相位编码线,因为中心部分是决定图像对比度的,要把中心采集完。

  • 匙孔技术

主要用于加快动态増强扫描的速度増强前先进行平扫,采集填充K空间的全部相位编码线注射造影剂后采集的仅仅是填充K空间中央区的部分相位编码线(约20-30%),决定増强后的图像对比。K空间的周边部分利用平扫时采集的相位编码线来填充以显示解剖细节大大节约信号的采集时间(仅需要原来的20-30%)。

  • 减少激励次数NSA(Number of Signals Averaged)

NEX又称信号平均次数,指数据采集的重复次数,或者说每一条K空间线数据填充的重复次数。

激励次数与信噪比的公式:SNR µ NEX1/2

所以为了节约时间可以简单粗暴减少激励次数,但会牺牲信噪比,可以通过其它参数协同调节争取达到既减少时间的同时又保证图像的质量。

  • 缩短TR时间

TR是影响成像时间的一个重要参数,减少TR可以缩短扫描时间,但缩短TR时间缺点是:当我们把TR设为“shortest”时,时间有时反而增加,这是因为一个TR不能够同时利用多片技术激发很多层,这样就得增加Package数目。对于T1 FFE序列降低TR时会增加T1权重,图像对比下降。

  • 改变读出信号模式

最快的采集模式是EPI(平面回波成像),它可以和自旋回波结合,SE-EPI或GRASE;也可以和梯度回波结合,FE-EPI。采用EPI模式读出信号,速度会非常快,当然缺点是图像信噪比会降低。

  • Sense技术

SENSE通过稀疏采样(使相位编码步级变稀疏)缩短扫描时间。SENSE利用多通道 相控阵线圈以及每个线圈单元的敏感度信息通过算法展开卷摺重建图像,使生成不带卷摺的图像。缺点是图像信噪比会降低  SE序列不可用  sense因子设置不合理可能会导致卷褶 部分部位检查时需要增加过采样进行去卷褶,可能会使采集时间增加。

  • 压缩感知技术(Compressed SENSE)

采用数字化随机稀疏采样保证图像的信噪比,K空间采集到的信号经由傅里叶变换和小波变换后转换到希尔伯特空间(H空间)。传统的傅里叶变换难以有效消除随机采样带来的条纹状卷褶伪影。CS SENSE技术在提升全身扫描速度的同时保证图像的锐利度、信噪比,能广泛应用于全身2D, 3D和4D序列。缺点:图像信噪比会降低。 

  • 多层同时成像MultiBand SENSE

磁共振成像的激发模式传统上分为两种,一种是2D,一层一层激发;一种是3D,容积激发,然后在通过梯度对容积内进行编码。现在第三种激发模式,叫做多层同时激发。飞利浦公司中,这种多层同时成像技术,叫做MultiBand SENSE,简称MB-SENSE,是同时激发多层,然后利用算法重建。

  • 回波链TSE Factor

回波链增加扫描时间缩短,扫描层数减少,但是盲目增加回波链,图像的模糊效应会加重,需要权衡。回波链增加的缺点一张图小结

 

  • 接受带宽 Bandwidth

增大带宽可以缩短采集时间。缺点:带宽增加导致信噪比降低 ,图像变模糊。

  • K-T blast

心脏扫描中用K-T blast,是一种减少数据采集方法,可以在电影和动态成像中加速。k-t BLAST 是在不同时间点采集的对象图像, 方法的潜在缺点是时间模糊,特别是对于高k-t 加速因子,K-t BLAST加速因子需要能被heart phase 整除。

  • heart phase percentage

降低heart phase percentage此参数决定每个心脏相位所获得的K空间的采集分数。对于100%的相位百分比,每个k值在每个心脏相位上完全采集。当相位百分比小于100%时,重建心脏相位之间会共享K空间线,从而缩短扫描时间。缺点是heart phase 太少会导致电影时间分辨率不够,shot duration 太长会引入运动伪影。

扫描时间=(shot+1)×shot duration×heartphase

  • Multivan percentage

用于控制Multivane旋转片的数量,降低可缩短扫描时间。缺点是低于100 % 值可能导致放射状采样过疏伪影。

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