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MRI节省扫描时间,怎样做?

admin 发表于 2021-8-28 21:22:48 | 显示全部楼层 |阅读模式 [复制链接]
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从部分K空间到并行采集,再从并行采集到CS、AI成像,我们对于MRI扫描速度的追求从未停止过。随着MRI软硬件的提升和众多新技术在MRI上的应用,MRI的扫描速度已获得了巨大的提升。对于常规基础序列而言,即使再怎么优化,无论是扫描时间还是图像质量跟目前新机型配置的最新快速成像序列比起来都是极其有限的。但不可否认的是,这些新序列都是由基础序列衍生而来,我们对于基础序列的了解和认识是至关重要的。


哪类序列扫描的快?
要想做到高效率的扫描,就必须熟悉各类序列的优缺点。常用序列成像速度大体为如下情况:
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SE序列:一个TR填充K空间一条相位编码线,每采集一次需等待TR长的时间再进行下一次激发,扫描时间最慢,但其信噪比最高,该类序列目前很少使用了。

FSE序列:引入了回波链(如N),一个TR填充K空间的N条相位编码线,极大的缩短了扫描时间,这类序列是目前应用最多的一类序列。

FRFSE序列:使用一个翻转恢复脉冲快速地将组织的磁化矢量由激发态恢复至平衡态,以达到加快扫描速度,增加对比度的效果,该序列常用于T2WI成像,但该序列不能用于T1WI成像。

SSFSE序列:一个TR时间内填充完K空间的全部相位编码线。通常采集相位编码矩阵一半多点的K空间线,再利用K空间的共轭属性重建另一半的数据,该类序列常用动态和快速成像中。

GRE序列:与FSE序列相比极大的缩短了TR,使用不同的TE和FA可得到不同权重的对比度图像。GRE序列信噪比不及FSE序列,但由于GRE序列扫描速度非常快,成为了一些快速成像和功能成像的首选序列。

EPI序列:EPI序列是在一次RF激发后,采用正反梯度连续切换来读取采集信号,该类序列扫描速度最快,但其信噪比最差,该序列常用于功能成像。
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图△,对于易运动部位的扫描,如胸部、腹部、胎盘等,使用一些快速序列扫描虽然加快了扫描速度,但肯定会牺牲一些其它的指标,如信噪比、对比度、分辨率等。
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图△,在肝脏扫描时有的医院为了提高效率,使用如SSFSE、FIESTA等快速成像序列替代横轴位的T2WI压脂序列,作为常规的扫描序列。这样做虽然节省扫描时间,但并不利于一些小病变和短T2病变的检出。
MRI序列众多,在实际扫描过程中应该充分认识到每一个序列的优缺点,合理利用每一个序列,不能盲目的追求一个“快”,“鱼和熊掌,不可兼得”。

与扫描时间密切相关的几个参数!
为了加快扫描速度常更改的几个参数如回波链(ETL),带宽(BW),激励次数(NEX),相位编码数(Phase),相位FOV(Phase FOV),最短重复时间(TR)等。
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图△:激励次数为1时,time=01:23;激励次数为2时,time=02:08。
1.激励次数越多,信噪比越好(SNR∝激励次数的平方根),扫描时间越长。
2.激励次数越多,可以有效改善一些运动伪影,如上图中的颈髓部位。但激励次数过多,时间则越长,产生运动伪影的几率会越大。
3.部分序列的激励次数可以小于1,实则是部分K空间填充。
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如在一些快成像序列或3D薄层扫描中NEX常设置为小于1以缩短扫描时间。部分K空间填充技术与其原理类似,在实际的扫描中会根据具体的部位、具体的序列而优化K空间的填充方式。
带宽:为MRI成像中在频率编码(读出梯度)方向上的信号频率范围。
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(注:GE界面给出的带宽为半带宽值,像素带宽需要计算得出)
图1,BW为31.25时,time=1:53,图2,BW为15.63时,time=2:41。

1.带宽增加,扫描时间减少,但信噪比会降低(SNR与接收带宽的平方根呈反比)。
2.带宽直接影响回波间隙和最短TE值。带宽减小,其驻点时间增加,回波间隙延长,最短TE会延长;
3.不要盲目的追求信噪比设置过低的带宽,否则将会导致图像明显的伪影(如模糊、对比度下降、化学位移伪影等)。
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如图△,该化学位移伪影的宽窄会随着带宽的改变而改变。根据磁场强度,利用扫描矩阵和带宽值可以计算出其位移的具体像素值。
4.DWI序列为了减轻化学位移伪影,常采用系统允许的最大接收带宽。
5.在调整带宽时,应注意回波链的长短,二者对回波间隙和TE起到决定性作用。

回波链:很多人有个误区,认为更改回波链可以节省扫描时间,但不会影响信噪比。其实不然,你得明确回波链-回波间隙-回波信号三者的关系,详解参考:
MRI参数优化中的回波链!
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图△,在PDWI序列中,回波链设置较长(图中为回波链16),虽然节省了扫描时间,但会导致图像的模糊伪影,锐利度降低,细节分辨不清。这一点可能就是你膝关节总是做不好的原因所在。
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图△,如果将回波链缩短(图中为回波链8),不仅能更好的显示一些细微结构,也能更好的显示骨质、关节软骨、液性信号等情况。

1.更改回波链链时,一定要保证TE、TR在合理的范围内。
2.更改回波链时必然会导致其他参数的变化,第一个TE和最后一个TE的变化显得至关重要。
3.宁可减小采集(激励)次数,也不要过长的增加回波链长度。
4.只有在TR有冗余的情况下,回波链的延长,才会缩短扫描时间。
5.需要说明的是回波链也不是越短越好,在很多序列中需要使用较长的回波链链来突出T2对比,如需要突出长T2的组织信号时。
扫描矩阵:扫描矩阵是决定图像分辨率的一个重要参数,也是决定扫描时间的一个重要指标。
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相位编码 图1,Phase为224时,扫描时间为1:52,图2,Phase为192时,扫描时间为1:36。虽然相对信噪比由图1的100% 变了图2的108%。
1.不只是相位编码数会影响扫描时间,频率编码数同样会影响扫描时间(ESP),只是相位编码直接影响到扫描时间,而频率编码是间接影响扫描时间。
2.FOV不变的情况下,矩阵越小,扫描时间会越短,信噪比越高,但分辨率会越低,容积效应和截断伪影越明显。 11.jpg
图△:FOV 24cm;扫描矩阵为320*192;time=0:52;空间分辨率不足导致的截断伪影(常出现相位编码方向)。
FOV 24cm;扫描矩阵为384*320;time=1:31;增加扫描矩阵伪影明显减少;
3.在保证足够的信噪比和对比度的情况下,矩阵越大扫描时间会越长,分辨率相对也会越高;但如果矩阵设置的过大(频率编码),由于回波间隙的延长,会增加图像的模糊伪影,反而会使分辨率降低。
4.并不是FOV小或矩阵大就是高分辨率扫描,对于图像分辨率的评价要基于体素的概念去评价。

与相位相关的另一个参数就是Phase FOV,在一些快速成像中常更改的一个参数。
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图1,Phase FOV为1时,扫描时间为2:41,图2,Phase FOV为0.7时,扫描时间为2:02。选择为1.0时,在相位编码方向上采集全部的信号;选择0.9时 ,为采集90%信号,周边作填零处理;选择0.8时,为采集80% 信号……这样做的好处就是节省了扫描时间,几乎不牺牲信噪比及分辨率。矩形像素与其类似。
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从图中可以看出为了节省扫描时间,采用的部分Phase FOV(16.8/24)扫描。但需要注意的是使用并行采集技术时,Phase FOV不宜过小,否则将会导致明显的并行采集伪影,尤其是采用较大的加速因子时。
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采用较大的加速因子和部分phase FOV同时使用时,会出现图△中并采伪影,最常见于腹部的扫描中。

TE或TR:MRI序列的采集时间跟TR的长短密不可分,FRFSE使用一个了恢复脉冲使TR时间明显缩短,使得成像速度比FSE序列更快;GRE序列的成像时间比SE序列快得多就是因为GRE的TR比SE的TR短得太多。在GRE序列中TE与TR是相互影响的,如缩短TE或TR值则可加快扫描速度。当然TE或TR能缩短的程度取决于MRI系统本身的性能。
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为了缩短扫描时间,MRI中很多序列使用的是系统的极限参数,也就是系统允许的最短TE与TR值,如快速成像的3D序列、自由稳定进动序列等。改变最短TE或TR值,则可以缩短扫描时间。同时,当改变某一些参数导致TE延长时,由于TE的延长则会导致TR的延长,最终导致扫描时间的增加。

修改成像选项:在进行MRI成像时通常会添加一些成像选项来改善图像质量,如添加饱和带抑制某些伪影,使用MTC抑制背景等。但在使用了这些技术后基本上都会增加扫描时间。
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如最常见预饱和技术中的饱和带的使用,特别是在短TR成像序列中尤为明显。T1WI:图1,加了S和I饱和带后,TR延长了,扫描时间为3:40。图2,去除饱和带后,TR缩短了,扫描时间为2:10。

在实际的扫描中我们为了节省扫描时间,常常在T1WI中尽量少的使用饱和带来换取更快的扫描速度,但这样做往往会带来一些明显的伪影。

从上述的参数介绍可以看出,MRI的参数间是相互制约,相互影响,有的更是相互矛盾的。更改某一参数,必会引起其他的参数的变化,最终也会导致图像质量(信噪比、分辨率、对比度、均匀度、伪影)的改变。所以在临床的扫描中一定要有“度”、要“合理”,不要一味的去追求扫描速度而牺牲了分辨率、信噪比、对比度等一些重要的东西。更改参数并不是节省扫描时间的唯一途径,也不是做好的途径,如果你确实需要快,可以:
1.使用更高的主磁场,如获得同等SNR的图像,3.0T肯定比1.5T快。
2.提升软硬件的性能, 如提升梯度的切换率可缩短成像序列的最短TE及TR,从而获得更快的扫描速度;
3.使用更新的成像技术,如采用压缩感知技术可以成倍的缩短扫描时间。
4.使用多通道线圈,优良的线圈是获得高质量图像的关键。通常线圈单元密度越大,获得的图像SNR更高;扫描线圈加速因子越大,扫描时间越短。

扫描技师希望扫描时间越快越好,诊断医师希望图像越清晰越好,但对于MRI目前的软硬件而言,扫描时间和图像质量永远都是相互制约的矛盾体。可以预见的是,随着CS技术、AI成像和MRF在MRI中应用,MRI成像即将步入一个全面革新的时代,扫描速度不再是我们担心的问题。

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