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上一节介绍了磁共振检查中序列扫描时间的影响参数，可以通过减少序列的采集次数，减小序列的重复时间TR以及减少相位编码的步级数实现扫描时间的缩短。这些参数的修改都将或多或少对图像的分辨率、信噪比以及扫描时间这一“三角关系”产生影响。这一节中将重点介绍使用快速成像技术之后对图像信噪比、扫描时间和分辨率的影响。 在开始介绍三者的相互关系之前，先简要介绍一下使用常规傅里叶重建算法进行2D序列成像的扫描时间、成像体素和图像信噪比的表述： 扫描时间： 成像体素： 信噪比： 在信噪比的描述中成像参数TR、TE、翻转角以及激发带宽等复杂影响暂不进行综合考虑。 针对缩短扫描序列时间的三个手段：减小采集次数、缩短重复时间TR以及减少相位编码步级数，其中缩短重复时间TR对信噪比的影响非常复杂，暂不进行考虑，本文将以影响磁共振图像信噪比的三要素与扫描时间的关系进行介绍。 1、采样带宽Bandwidth对图像信噪比的影响 在磁共振成像中采样带宽的调节有很多不同的应用场景，例如增大采样带宽，图像具有更小的化学位移伪影、磁化率伪影（包括金属伪影）和运动伪影，但是图像的信噪比降低。那么在优化序列扫描时间时，带宽能有什么样的作用呢？通过增大采样带宽即采样每个信号点的时间间隔缩短，导致采样的回波间隔缩短，使得序列具有更短的TR和TE，更短的TR可以缩短扫描时间，对运动的敏感性降低，但是其负面影响是利用短回波间隔缩短TR将导致SAR值增大，图像的信噪比降低，信噪比降低的程度与采样带宽的平方根成反比。 2、采样的K空间线对图像信噪比的影响 图像信噪比与采样的K空间线数成开平方根正比关系，在成像过程中影响K空间线数的参数有：采样的平均次数、相位过采样的大小以及相位编码方向采样的步级数。 在进行序列扫描时间的参数优化时，平均次数的降低能够行之有效地缩短扫描时间，因为扫描时间与平均次数的降低成正比，但是信噪比则与平均次数的降低的开平方根成反比。例如将平均次数从2减小到1时，扫描时间降为原始序列的0.5倍，而信噪比则下降为1/√2即0.71倍。但是在临床工作中，降低平均次数虽然能够降低扫描时间，但是由此也可能导致采集的平均效应减弱而出现更多的运动伪影。 在临床应用中，相位过采样的使用往往是用于消除卷褶伪影和提升图像的信噪比。过采样和平均次数对图像信噪比的影响是一致的，都是与采样的K空间线数的开平方根成正比，但是两者存在一定的区别：（1）在绝大部分序列中，平均次数的使用是整数倍的变化，但是过采样的修改可以更灵活，对扫描时间和图像信噪比的调节更加灵活；（2）过采样的临床应用往往是用于消除卷褶伪影，而多次平均采集的意义则更多是用于减轻或者消除运动伪影。所以在临床中，如果过采样从0增加到50%时，扫描时间增加0.5倍，图像的信噪比增加√1.5。 相位编码步级数是进行序列扫描时间优化的重要参数。扫描时间与相位编码步级数的大小成正比关系，图像信噪比则与相位编码步级数的开平方成正比关系。目前调整相位编码步级数的方法有很多，包括矩形视野、矩形像素、相位部分傅里叶技术、并行采集技术、压缩感知技术、共享K空间技术和回波链技术，其中共享K空间技术和回波链技术在图像重建过程中，K空间的信息没有减少，所以对图像的信噪比基本没有影响，但是能够缩短扫描的时间。其他几种技术对图像信噪比的影响则取决于采样K空间线数的多少。 （1）矩形视野 使用矩形视野的目的是为了减少相位编码步级数以缩短扫描的时间，图像的体素大小没有变化，最终图像的信噪比的降低取决于相位编码步级数减少的多少。例如将原始相位编码方向的扫描视野从100%减小为75%时，则在保持图像分辨率不变的情况下，相位编码的步级数减少25%，序列的扫描时间减少25%，图像的信噪比则变为原始序列的√3/2。 （2）矩形像素 在使用矩形像素减少相位编码步级数的同时也将改变图像的体素，所以需要综合考虑图像体素和相位编码步级数变化对图像信噪比的影响。例如将相位编码分辨率从100%调整为75%时，相位编码的步级数减少为原始的75%，但是图像的体素变变为原来的4/3，那么整体信噪比的变化为2/√3，信噪比略有提升。这种方法的使用可以缩短扫描的时间也提升了一定的图像信噪比，在临床上使用较多，但是也存在也图像分辨率降低和Gibbs伪影产生的可能。 （3）部分傅里叶技术 部分傅里叶技术是根据K空间是共轭对称的原理来减少相位编码采样的步级数以缩短扫描时间。缺失的K空间可以通过填零或者共轭对称映射的方式填满以进行图像重建，目前以填零作为常用的手段填满K空间获得图像，重建获得的图像体素保持不变，但是图像的模糊效应增加，但是图像信噪比将降低。例如使用6/8的相位部分傅里叶技术，则扫描时间降低为原始序列的6/8，图像的信噪比则降低为√3/2，同时图像的模糊效应增加。 （4）并行采集和压缩感知 并行采集和压缩感知技术都是通过K空间欠采的方式实现减小相位编码步级数的减少。压缩感知技术通过不规律（不相干）的欠采，然后使用迭代重建的算法进行图像重建，最后显示的图像信噪比与K空间线欠采的多少无关，但扫描时间的减少与欠采K空间线的多少成正比。并行采集技术则通过规律的K空间欠采再结合线圈敏感度信息进行图像重建，实现无卷褶伪影的图像，扫描时间的多少与K空间欠采的多少正相关，图像信噪比则与K空间欠采的多少的平方根成反比。例如使用的并行采集因子为2时，扫描时间减少为原来的1/2，图像的信噪比降低为原来的1/√2。并行采集和压缩感知技术都是在不降低图像空间分辨率的前提下实现了扫描速度的提升。随着线圈技术的发展，使用并行采集技术能够以较少的图像信噪比损失为代价加快扫描的速度。 3、图像体素对图像信噪比的影响 根据图像信噪比的计算原理，图像的信噪比与成像的体素成正比，当体素增大时，图像的分辨率降低，图像的信噪比升高，而当体素缩小时，图像的分辨率升高，图像的信噪比降低。在临床应用中，往往通过调节频率编码方向的矩阵、相位编码方向的矩阵以及层厚影响体素的大小。单纯调节频率编码方向的矩阵和层厚时只通过体素影响图像的信噪比，但是改变相位编码方向的矩阵时，图像信噪比的改变不仅会受到体素的影响，而且还会受到相位编码步级数的影响。扫描的时间也与相位编码步级数的变化相关。 本节以序列扫描时间的影响因素与图像信噪比的关系阐述了在进行快速成像时，参数设定与扫描时间、信噪比和图像分辨率的关系。在临床应用中，并行采集技术能够保持图像空间分辨率不变的情况下，以较少的图像信噪比损失来缩短扫描时间。下一节将介绍并行采集技术的相关内容。 |
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