1、分子影像課程報(bào)告報(bào)告人：張志勇報(bào)告人：張志勇1High-definition, single-scan 2D MRI in inhomogeneous fields using spatial encoding methods 基于空間編碼不均勻場下高清晰單掃描二維磁共振成像Noam Ben-Eliezer, Yoav Shrot, Lucio Frydman*Chemical Physics Department, Weizmann Institute of Science, Rehovot 76100, IsraelReceived 25 December 2008; revised 8

2、March 2009; accepted 10 May 20092研究背景研究背景EPI方法：化學(xué)位移偽影：化學(xué)位移偽影：相位編碼軸較容易出現(xiàn)相位錯(cuò)誤影響，導(dǎo)致化學(xué)位移偽影磁化率磁化率偽影：偽影： 磁化率不均勻效應(yīng)可能導(dǎo)致各種各樣的頻率相位錯(cuò)誤，產(chǎn)生偽影一系列方法的提出：自旋回波序列螺旋采樣法分區(qū)k空間采樣去卷積后處理法高非均勻性區(qū)域產(chǎn)生的微弱或嚴(yán)重畸變信號(hào)3研究背景研究背景無論是激勵(lì)還是采樣階段，都能在不同的時(shí)刻對(duì)樣品的不同位置進(jìn)行處理。潛在運(yùn)用可以處理多化學(xué)位移情形，并且在已知B0分布情況下，通過調(diào)節(jié)射頻脈沖及選擇合適的時(shí)變采樣梯度來實(shí)時(shí)補(bǔ)償采樣過程非均勻性效應(yīng)。基于自旋相互作用的空間-時(shí)

3、間混合編碼序列不依賴B0場分布的先驗(yàn)知識(shí)來處理T2*效應(yīng)，而是利用一個(gè)自重聚序列直接生成一幅完全重聚的影像。自重聚序列本文提出的思路本文提出的思路42D空間空間-時(shí)間編碼混合序列時(shí)間編碼混合序列2D自旋回波EPI序列與2D空間-時(shí)間編碼混合序列Chirp脈沖激勵(lì)后相位為：采樣梯度Ga的作用下直接讀取自旋信號(hào)就可以重建出(y)，采集到的信號(hào)的模就代表某一像素的自旋密度輪廓，該像素的大小由穩(wěn)定相位區(qū)的“sharpness”決定，滿足：5分辨率對(duì)比常規(guī)傅里葉變換法,分辨率取決于采樣參數(shù)：基于空間編碼的MRI方法，其分辨率取決于激勵(lì)參數(shù)：EPI方法信號(hào)表達(dá)式：利用標(biāo)準(zhǔn)變換操作，并假設(shè)對(duì)相位編碼ky軸關(guān)

4、于t進(jìn)行單調(diào)解碼空間-時(shí)間編碼混合序列信號(hào)表達(dá)式：2D空間空間-時(shí)間編碼混合序列時(shí)間編碼混合序列6實(shí)驗(yàn)效果 在數(shù)據(jù)后處理方法； 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，將一對(duì)前向掃描和反向掃描整合在一起，采用改進(jìn)的序列直接獲得T2加權(quán)均勻的影像。2D空間空間-時(shí)間編碼混合序列時(shí)間編碼混合序列直徑為25mm的體模樣品一半視野的位置會(huì)出現(xiàn)重影均勻場條件下，兩序列的單掃描成像效果相當(dāng)不均勻場條件下，EPI序列的成像結(jié)果比混合序列的成像結(jié)果失真得更加厲害7實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法不均勻校正實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法不均勻校正算法補(bǔ)償理論對(duì)非均勻場下的空間編碼成像進(jìn)行校正的基本條件像素大小不變采樣過程中時(shí)間和空間之間的線性關(guān)系chirped激勵(lì)上疊加

5、一個(gè)與B0的分布相匹配的相位校正輪廓設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)變Ga補(bǔ)償不均勻場B0畸變，避免穩(wěn)定相位點(diǎn)由樣品的一端非線性地遷移至另一端空間編碼MRI的基礎(chǔ)是時(shí)空之間的一一對(duì)應(yīng)時(shí)變采樣梯度Ga(t)變成一系列分段常梯度。則每一段梯度的平均值可表示為：8實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法不均勻校正實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法不均勻校正算法補(bǔ)償效果 A：空間 時(shí)間混合序列均勻場成像結(jié)果（B0150Hz） B：空間 時(shí)間混合序列非均勻場成像結(jié)果（B0沿y軸，約為2.2kHz） C：條件同B，但采用由非均勻性補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)的脈沖及梯度信號(hào)強(qiáng)度與理想結(jié)果還是存在較大的差異，這是由于水平方向上各個(gè)讀出層的回波時(shí)間不同，而且某些部位落在了這一算法的補(bǔ)償區(qū)域之外。

6、該非均勻性補(bǔ)償算法卻只能處理B0的一維非均勻性。9實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法不均勻校正實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法不均勻校正算法補(bǔ)償局限性該非均勻性補(bǔ)償算法卻只能處理B0的一維非均勻性。A：均勻場下的混合序列仿真結(jié)果 B：非均勻場下的混合序列仿真結(jié) 果（B0沿y軸，約為1.2kHz） C：條件同B，運(yùn)用實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法 D：條件同B，沿x軸附加上10%的 標(biāo)準(zhǔn)偏差 E：條件同D，運(yùn)用實(shí)時(shí)補(bǔ)償算法 （與圖C相比，由于受到沿x軸方 向的場非均勻性的影響，校正 的質(zhì)量下降了）10自重聚空間編碼序列自重聚空間編碼序列序列序列中激勵(lì)時(shí)間和采樣時(shí)間相等，然后用一個(gè)180重聚脈沖將兩者對(duì)稱分開。這樣在k空間中，每一個(gè)PE行都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的回

7、波時(shí)間，每一個(gè)RO/PE周期中由B0產(chǎn)生的偏移都進(jìn)行自旋回波處理，從而使相應(yīng)的PE體素內(nèi)由于場不均勻性及化學(xué)位移引起的畸變得到有效的重聚。該序列利用的是T2*效應(yīng)的重聚與具體的B0樣式無關(guān)。11自重聚空間編碼序列自重聚空間編碼序列序列效果成像體模：體模內(nèi)充滿CuSO4溶液，內(nèi)嵌一個(gè)聚四氟乙烯盤，中間插入一根玻璃管 a：自旋回波EPI成像結(jié)果 b：自重聚空間編碼序列成像結(jié)果 c：用作參照的理想條件下多掃描梯度回波成像結(jié)果y軸方向呈現(xiàn)出強(qiáng)度衰減，這是沿空間編碼方向像素的T2加權(quán)遞增的結(jié)果12自重聚空間編碼序列改進(jìn)自重聚空間編碼序列改進(jìn)改進(jìn)序列兩者的唯一差別在于線性項(xiàng)的符號(hào)，這一改變實(shí)際上意味著穩(wěn)定

8、相位位置從空間編碼軸的一端（FOVy/2）移至另外一端（+FOVy/2）。這樣激勵(lì)階段和采樣階段就會(huì)沿空間編碼軸的同一方向進(jìn)行，使各PE行的橫向演化相等，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)不變的T2加權(quán)。脈沖不僅具有類似的相位重聚效果，還得到T2加權(quán)均勻的影像y軸方向呈現(xiàn)出強(qiáng)度衰減，這是沿空間編碼方向像素的2加權(quán)遞增的結(jié)果1213自重聚空間編碼序列改進(jìn)自重聚空間編碼序列改進(jìn)改進(jìn)序列效果成像體模：大口徑蒸餾水管，內(nèi)嵌一根裝入CuSO4溶液的玻璃管 A：自旋回波EPI成像結(jié)果 B：實(shí)現(xiàn)T2*補(bǔ)償?shù)淖灾鼐劭臻g編碼序列 C：實(shí)現(xiàn)T2*補(bǔ)償及均勻T2加權(quán)的改進(jìn)自重聚空間編碼序列 D：用作參照的理想條件下多掃描梯度回波成像結(jié)果B

9、0畸變B、C去除了大部分殘留的B0畸變C：消除了空間漸變而形成的斜紋，體現(xiàn)真實(shí)T2對(duì)比度14不均勻校正算法不均勻校正算法2該算法基于對(duì)B0分布的先驗(yàn)知識(shí)，我們開發(fā)出一種方案，能使每一個(gè)像素呈現(xiàn)出無畸變的強(qiáng)度，并且將其重新標(biāo)示到原來的位置。重建一幅無畸變的影像需包含兩個(gè)步驟：假設(shè)激勵(lì)路徑和采樣路徑相同的情況下：第一步：與x軸的時(shí)間編碼有關(guān)，需進(jìn)行傳統(tǒng)的一維傅里葉變換；第二步：與y軸的空間編碼有關(guān)，需進(jìn)行穩(wěn)定相位近似。考慮到一般信號(hào)的讀出時(shí)間較短(100-300s)，且沿x軸方向的梯度一般較強(qiáng)，所以沿x軸的畸變可忽略不計(jì)。坐標(biāo)變換15不均勻校正算法不均勻校正算法2坐標(biāo)變換16不均勻校正算法不均勻校

10、正算法2算法2效果 A：空間-時(shí)間編碼混合序列成像結(jié)果（非均勻性約為4.5kHz） B：自重聚空間編碼改進(jìn)序列成像結(jié)果 c：序列同B，并運(yùn)用算符2對(duì)影像的像素進(jìn)行重標(biāo)示后處理 d：用作參照的多掃描梯度回波成像結(jié)果B相比A，質(zhì)量明顯改善的成像結(jié)果，因?yàn)檠a(bǔ)償了大部分自旋相位彌散效果，故可獲得一幅相位基本一致的影像（B），然而它的y方向輪廓還是在一個(gè)畸變的坐標(biāo)系下重建出來的17總結(jié)總結(jié)文章主要研究了非均勻環(huán)境成像問題，提出的了使用空間編碼通道取代低帶寬相位編碼通道的混合編碼序列。根據(jù)非均勻性分布的先驗(yàn)知識(shí)B0(x,y)，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)的射頻編碼和梯度解碼波形，一定程度上消除不均勻環(huán)境影響。利用自重聚序列在未知B0(x,y)分布的先驗(yàn)知識(shí)條件下實(shí)現(xiàn)非均勻性補(bǔ)償，對(duì)編解碼過程嚴(yán)格定