并行采集技術(shù)在1.5T 8通道相控陣線圈頭顱3D TOF MRA中的優(yōu)化：體模研究

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(成都市第七人民醫(yī)院CT/MRI室，四川 成都 610041)

并行采集技術(shù)是近年來(lái)應(yīng)用于臨床的MR快速采集新技術(shù)[1]，大大加快了采集速度，已廣泛應(yīng)用于MRA[2]、動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI[3]、心臟MRI、全身MRI及胎兒成像[4]，且可用于鑒別診斷良惡性病變[5]。盡管各公司并行采集技術(shù)原理基本相同，但所用名稱(chēng)卻有所差別，GE公司將其命名為ASSET(array spatial sensitivity encoding technique)，適用于相控陣線圈，可提高采集速度。本研究針對(duì)ASSET技術(shù)在8通道相控陣線圈頭顱3D TOF MRA中的優(yōu)化使用，探討最優(yōu)FOV和ASSET加速因子(ASSET reduce factor，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為R值)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 GE公司標(biāo)準(zhǔn)MR頭顱水模，直徑17.0 cm；體部水模，16.5 cm×22.5 cm×33.5 cm。

1.2 儀器與方法 采用GE Signal HDe 1.5T MR掃描儀，8通道相控陣線圈。將頭顱水模置于線圈正中，兩側(cè)放置海綿墊固定，在靠近線圈處放置體部水模。先行定位像掃描，再行校準(zhǔn)掃描，而后定位3D TOF MRA序列，保證校準(zhǔn)掃描中心、MRA序列掃描中心與水模中心一致。因水模呈球形，故僅進(jìn)行軸位掃描，并確保所有掃描的位置相同。3D TOF MRA掃描參數(shù)：TR最小值，TE 3.0 ms，翻轉(zhuǎn)角20°，帶寬25 MHz，層厚1.4 mm，矩陣288(頻率編碼方向)×192(相位編碼方向)，頻率編碼方向?yàn)榍昂?，自?dòng)勻場(chǎng)，層間內(nèi)插重建為2，共獲得25幅圖像。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟 依據(jù)校準(zhǔn)FOV(calibration FOV， FOVc)不同分為A、B、C組，F(xiàn)OVc分別為30 cm×30 cm、35 cm×35 cm和40 cm×40 cm。

1.3.1 第1階段 固定掃描FOV(scanning FOV， FOVs)為24 cm×24 cm，固定R值為2.00，相位FOV(phase FOV， FOVp)分別設(shè)置為0.75、0.88和1.00，對(duì)3組進(jìn)行掃描，共獲得9組圖像。

1.3.2 第2階段 先對(duì)A組掃描，固定FOVs為24 cm×24 cm、26 cm×26 cm，R值設(shè)置為2.00、1.75、1.50和1.25，分別掃描FOVp為0.75、0.88、1.00的3D TOF MRA序列，共獲得24組圖像。再對(duì)B組進(jìn)行掃描，B組FOVs分別設(shè)置為24 cm×24 cm、26 cm×26 cm、28 cm×28 cm、30 cm×30 cm、32 cm×32 cm，R值和FOVp設(shè)置與A組相同，共獲得60組圖像。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 采用AW 4.4工作站，測(cè)量圖像卷褶偽影及SNR(每組共25幅圖像，選擇中心層面第13幅圖像進(jìn)行測(cè)量)。測(cè)量?jī)蓚?cè)卷褶偽影間的最短距離(D，圖1)，因水模直徑為17 cm，圖像中無(wú)卷褶偽影時(shí)記為D>17 cm。以卷褶偽影間距D>14.36 cm為卷褶偽影及ASSET偽影消失。將ROI置于水模中心，測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度，測(cè)量水模外5 mm處左上、左下、右上、右下4個(gè)角的信號(hào)強(qiáng)度并取其平均值作為噪聲，計(jì)算SNR=信號(hào)強(qiáng)度/噪聲。記錄各組圖像的采集時(shí)間(acquisition time， TA)和相位方向分辨率(resolution on phase direction， Rp)。

2 結(jié)果

2.1 第1階段 隨FOVc增大，ASSET偽影逐漸加重，C組偽影明顯(圖2)。FOVs和R值固定的情況下，F(xiàn)OVp相同時(shí)，A、B、C組間偽影間距D值總體差異不明顯；A、B、C組間TA相同，SNR逐漸降低(表1)。

圖1 卷褶偽影間距D測(cè)量示意圖 圖2 FOVs為24 cm×24 cm、R值為2.0、FOVp為0.75時(shí)，隨FOVc增大偽影逐漸加重 A～C.為同層面A組、B組、C組MRA圖像

FOVpA組D(cm)SNRB組D(cm)SNRC組D(cm)SNRTA(s)1.007.0122.936.9922.906.8422.89380.883.9122.763.8918.513.9115.86340.750.9613.420.9812.991.0512.0529

表2 A、B組在不同F(xiàn)OVs、FOVp和R值下卷褶偽影的間距D(cm)

圖3 固定FOVc=35 cm×35 cm、FOVs=24 cm×24 cm，A為R=2.0、FOVp=0.75，B為R=2.0、FOVp=1.0，C為R=1.25、FOVp=0.75，可見(jiàn)隨R值降低和FOVp的增大偽影減輕

2.2 第2階段 隨著FOVs和FOVp增大以及R值減小，卷褶偽影間距D值逐漸增大直至消失(表2、圖3)。A組中，當(dāng)FOVs為26 cm×26 cm，R=1.25、FOVp=1.00、0.88及R=1.50、FOVp=1.00時(shí)，D>17.00 cm。B組中，當(dāng)R=1.25、FOVs≥28 cm×28 cm時(shí)，D均>17.00 cm；R=1.50、FOVp=1.00、FOVs≥26 cm×26 cm時(shí)及FOVp=0.88、FOVs≥30 cm×30 cm時(shí)，D均>17.00 cm；R=1.75時(shí)，僅FOVp=1.00、FOVs≥30 cm×30 cm時(shí)，D>17.00 cm。

A、B組間FOVs=24 cm×24 cm和26 cm×26 cm的數(shù)據(jù)比較(表2)，B組在FOVs=24 cm×24 cm，R=1.25，F(xiàn)OVp=1.00、0.88時(shí)，其卷褶偽影間距D大于相同條件下A組的D值，且D均>17.00 cm。

R值及FOVp不變，TA不變；R值固定時(shí)，SNR隨FOVs及FOVp增大而增高；FOVs及FOVp固定時(shí)，SNR隨R值增大而降低；Rp隨FOVs及FOVp的增加而降低；見(jiàn)表3。

2.3 最優(yōu)參數(shù) 以D>14.36 cm為標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)OVc=35 cm×35 cm時(shí)，綜合分析SNR、TA和Rp，當(dāng)FOVs為28 cm×28 cm，F(xiàn)OVp為0.75，R=1.25時(shí)，TA為45 s，低于平均掃描時(shí)間(48.33±6.51)s，SNR為37.52，略低于平均水平(41.49±6.83)，Rp為1.09 mm，高于平均水平(1.39±0.17)mm，故此參數(shù)組合為最優(yōu)參數(shù)配置。

3 討論

并行采集技術(shù)[6-7]是通過(guò)多線圈并行采集以增加K空間內(nèi)采集位置的距離，達(dá)到減少K空間采樣密度的目的，從而縮短掃描時(shí)間[8]。常用方法有SENSE技術(shù)[9]、SMASH技術(shù)和GRAPPAGE技術(shù)[10]。采用ASSET技術(shù)后，可提高采集速度，可在采集時(shí)間不變的前提下增加空間分辨力或增加3D采集成像的范圍，提高圖像質(zhì)量并減少偽影[11]。另外，ASSET技術(shù)能大幅縮短掃描時(shí)間，有利于耐受性較差的患者以及掃描時(shí)間較長(zhǎng)的序列，同時(shí)也減少了產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影的可能性。理論上最大R值可達(dá)到相控陣線圈的子線圈數(shù)目及相應(yīng)的采集通道數(shù)，但由于ASSET技術(shù)采集的相位編碼線減少，圖像SNR降低，且SNR隨R值升高而降低，當(dāng)R值較大或線圈分布不合理時(shí)，可能出現(xiàn)未能完全去除的圖像卷褶偽影，因此合適的R值選擇尤其重要。并行采集技術(shù)也有其局限性，除SNR低外，還可能出現(xiàn)重建偽影，造成圖像質(zhì)量下降，有時(shí)需要同時(shí)采用其他技術(shù)減小ASSET偽影。田俊等[12]認(rèn)為ASSET偽影的消除方法包括FOV及校準(zhǔn)掃描范圍需足夠大，校準(zhǔn)掃描定位要準(zhǔn)確，線圈擺放位置要正確，確定線圈通道未損壞，校準(zhǔn)使用線圈最大視野，F(xiàn)OVp選擇1.00等，然而FOVc、FOVs、FOVp和R值的選擇也特別重要。

既往研究[13]表明，我國(guó)華北地區(qū)男性顱骨最長(zhǎng)徑為14.36 cm，女性顱骨最長(zhǎng)徑為14.0 cm，且我國(guó)華北地區(qū)男青年體型比西南西北地區(qū)高壯[14]，因此本研究以卷褶偽影間距D>14.36 cm為卷褶偽影及ASSET偽影消失。球形水模的卷褶偽影相對(duì)于球體直徑完全對(duì)稱(chēng)，故本研究?jī)H測(cè)量?jī)蓚?cè)卷褶偽影間的最短距離D。

本研究通過(guò)比較不同F(xiàn)OVc的偽影，認(rèn)為FOVc不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小，以35 cm×35 cm為最佳。對(duì)于FOVs，本研究結(jié)果顯示，隨FOVs增加，卷褶偽影及ASSET偽影逐漸減輕至消失，SNR則逐漸升高，同時(shí)，由于矩陣不變，分辨力也逐漸降低。對(duì)于FOVp，卷褶偽影常發(fā)生于相位編碼方向，且ASSET技術(shù)也是基于K空間相位編碼線的獲取和填充，故增加FOVp有助于減輕卷褶偽影及ASSET偽影、提高SNR。本研究結(jié)果也顯示隨FOVp增加，卷褶偽影及ASSET偽影逐漸降低并向兩側(cè)移動(dòng)直至消失，但隨著FOVp增大，而相位編碼步數(shù)不變，Rp降低，同時(shí)TA延長(zhǎng)增加。ASSET技術(shù)最重要的一個(gè)因素加速因子R，R值增大使采集速度加快、TA減短，但同時(shí)卷褶偽影和ASSET偽影也隨之加重。

綜上所述，本研究通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水模進(jìn)行研究，結(jié)果顯示選擇FOVc=35 cm×35 cm，F(xiàn)OVs=28 cm×28 cm，F(xiàn)OVp=0.75，R=1.25時(shí)，可獲得偽影較小、分辨力較高的MRA圖像，且掃描時(shí)間較短，為上述條件下的最優(yōu)參數(shù)配置。