使用EPI序列改进磁化率加权成像的理论研究

摘要

目的：
　　 磁化率加权成像(susceptibility weighted imaging,SWI)是一种近年来发展起来的新的磁共振成像技术。它根据人体不同组织在外磁场的作用下具有不同的磁化率这一特点,使用T2*加权的3D梯度回波序列(GRE),同时得到位于同一部位的相位图像和幅值图像,将相位图像进行高通滤波后制成相位蒙版,再将相位蒙版与幅值图像进行相乘,得到的SWI图像具有高分辨率和高对比度的特点。为脑部与静脉血管及铁质沉积相关的病灶提供了一种极佳的成像手段,在临床诊断方面具有良好前景。但SWI成像速度慢,因此只能用于脑部成像,这极大的限制了SWI的发展。本课题从序列改进的角度入手,将目前临床上成像速度最快的回波平面成像(echo planer imaging,EPI)与SWI相结合,从理论上证明其可行性,为缩短SWI的成像时间寻求一种切实可行的方法。
　　 材料与方法
　　 本研究从分析SWI的成像特点入手,将其成像特点总结为五个方面,分别是:3D成像,GRE序列,T2*加权,相位图与幅值图的结合使用,以及对组织的磁化率敏感。根据这五个特点,可以从以下三个方面论证EPI序列可以被用于改进SWI:一、EPI序列对磁化率敏感；二、EPI序列是T2*加权；三、EPI序列是一种频率编码方式。在确定EPI序列可用于改进SWI成像之后,需要对现有的EPI序列进行分类和筛选。现有的EPI序列按照准备脉冲的形式可分为SE-EPI、GRE-EPI和IR-EPI三种；按照K空间的填充模式可以分为原始EPI、BEST序列、渐开螺旋序列三种。其中,SE-EPI序列和IR-EPI序列因为对磁化率不敏感而不适合用于改进SWI成像,不予采用。因此,保留GRE序列原有的脉冲形式,并与不同K空间填充模式的EPI相结合形成几种不同的GRE-EPI序列。对这几种不同GRE-EPI序列的时序图和K空间填充模式进行分析之后,选定与BEST序列相结合的GRE-EPI序列来改进SWI。将原有的3D GRE序列和该GRE-EPI序列所成图像的图像质量从成像时间、信噪比、空间分辨率、对比度噪声比这四个方面进行对比。在对比的过程中,先对现有的公式进行推导,并假设使用同一种仪器,在排除外部环境因素和仪器设备因素的条件下对公式进行近似,近似后的公式只保留与成像序列相关的一些因素。将临床上常用的SWI成像参数和个别与仪器性能相关的物理量代入到近似后的公式当中,得出3D GRE序列和各种GRE-EPI序列在不同条件下的图像质量之间的对比关系。
　　 结果
　　 在成像时间上,GRE-EPI序列大多在30s左右,而3D GRE序列则多数达到了500s左右；在信噪比方面,由于不同的组织具有不同的信噪比,本研究选取了两个脑部的主要组织:灰质(GM)和白质(WM),对它们在不同场强下的信噪比分别进行了比较,3D GRE序列的相对信噪比在0.78到1.05之间,而GRE-EPI序列的信噪比则波动范围较大,从0.71到4.24；因每组参数所设置或选取的成像范围和成像矩阵是确定的,因此对于同一组参数而言两种序列的空间分辨率是一致的；而在GM/WM的对比度噪声比方面,3D GRE序列和GRE-EPI序列分别为0.01～0.15和0.66～1.44。
　　 讨论
　　 经过比较可知,在空间分辨率相同的条件下,与3D GRE序列相比较,GRE-EPI序列能够大大缩短成像时间；GRE-EPI序列的信噪比普遍比3D GRE序列要高；而在对比度信噪比方面,GRE-EPI序列要大于3D GRE序列。由此可知,使用EPI序列改进SWI成像在理论上是完全可行的。

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