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在心脏磁共振成像中，当注射特定剂量的对比剂并等待一段时间至平衡期后进行对比增强成像，利用反转恢复IR序列抑制正常的心肌组织显示纤维化（无活性、坏死）的心肌的检查称为心肌延迟强化成像LGE。心肌延迟强化成像的理论基础就是正常的心肌能够廓清对比剂，心肌组织的T1驰豫时间相对较长；而梗死的心肌失去活性，无法廓清对比剂，导致梗死心肌组织的T1驰豫时间相对较短；利用反转恢复IR序列在某一个时刻抑制正常心肌组织的信号，而梗死心肌由于T1驰豫时间较短而呈现高信号，实现梗死心肌的显示。 早期心肌延迟强化使用磁化准备的梯度回波序列进行成像，常用的序列类型有Turbo FLASH-IR和True FISP-IR。相关的序列原理时序图如下图所示，使用心电信号进行触发，识别到R波后，等待一定的延迟时间后施加反转脉冲，所有组织的纵向磁化矢量开始逐步恢复，当正常心肌的纵向磁化矢量为零时，进行射频激发并采集信号，使用幅值重建的方法进行图像重建即可获得相应的图像。在临床应用中，为了兼顾成像的速度、分辨率和SAR，又得考虑受检者的屏气能力，往往在一次反转后使用梯度回波序列快速读出多个回波，使用的激发成像模块为Turbo FLASH或者True FISP序列，而反转时间TI则是指反转脉冲至填充K空间中心的时间，回波间隔ESP则是梯度回波序列的重复时间。在完成回波信号采集后，需要间隔一个心动周期以尽量多地恢复纵向磁化矢量。
使用反转恢复序列幅值重建的方法进行心肌延迟强化成像存在的最主要问题是在成像过程如何准确有效地反转正常心肌的信号，即如何选择成像时刻的反转时间TI才能获得最佳的图像对比。在临床应用中，碰到的挑战主要有：（1）反转时间的设定与成像的时间、不同人体对比剂廓清的速度相关。在某一个时间点测定的最佳反转时间TI随着检查的推进和对比剂注射时间的延长，反转时间也需要随之延长，但是延长的多少取决于不同人体对造影剂廓清的速度，需要多次重复进行TI-Scout的扫描；（2）在进行3D心肌延迟强化成像时，由于3D序列的成像时间比较长，在整个成像的过程中，最佳正常心肌反转时间会逐步延长，使用单一的反转时间获得的图像对比欠佳，这些都将导致梗死心肌检出率的下降。 为此，提出使用相位敏感反转恢复序列PSIR进行心肌延迟强化成像，即在图像重建过程中不仅使用信号的振幅，同时也使用反转恢复纵向磁化矢量的极性一起参与图像的重建，该方法能够有效降低图像对比对反转时间TI的依赖。早期，相位敏感反转恢复序列PSIR主要应用于颅脑、脊柱等小范围相对静止的成像部位，基本不用于胸部腹部等存在呼吸、心跳运动的大范围成像，其原因是：（1）相位敏感反转恢复成像的图像对比既来自信号的振幅，也来自信号的相位，如何确保相位信息只来自于反转恢复纵向磁化矢量的极性；（2）进行心脏大视野成像时，背景相位来源复杂，如何去除来自主磁场不均匀、射频场（发射接收）不均匀以及组织间磁化率差异对相位信息产生的影响；（3）如何提升心内膜下梗死心肌与血池的图像对比等。而在颅脑脊柱成像中，相关部位的成像视野较小，并且都是相对静止的区域，相位变化按照低频的方式分布，能够获得较为稳定的背景相位场，利于相位敏感反转恢复序列的图像重建。为了能够将相位敏感反转恢复序列PSIR应用到心脏成像，需要对该序列进行一定的优化和改进。本节将介绍一下相位敏感反转恢复序列在心肌延迟强化中的优化方案、序列特点及临床应用。 一、心肌延迟强化相位敏感反转恢复序列设计 使用相位敏感反转恢复成像序列进行心肌延迟强化成像时，既要消除由于主磁场及射频场本身不均匀以及组织间磁化率差异导致的相位差异，又得减少受体部呼吸运动以及心脏大血管搏动导致的相位变化影响，最后还得均衡矩阵线圈近线圈效应对图像信号分布及病变检出带来的影响。为此，提出使用经过特殊优化的相位敏感反转恢复序列进行心肌的延迟强化成像。该序列的时序图如下图所示，序列的前半部分与传统的反转恢复序列一致，在心电信号R波触发后等待一定的延迟时间施加反转脉冲，在TI时刻使用较大的翻转角进行激发并采集T1W的反转恢复图像，随着纵向驰豫的恢复，在下一个RR间期相同的心动周期时相内使用较小的翻转角并采集类质子密度加权的参考图像。在该序列中，反转脉冲的作用是进行磁化准备，后续的信号激发及采集模块可以使用Turbo FLASH序列或者True FISP序列。
经过优化的相位敏感反转恢复序列与传统反转恢复序列在心脏延迟强化成像中的区别是：（1）传统反转恢复序列在反转脉冲之后对应的心电周期内激发采集一种权重的图像，而经过优化的反转恢复序列在反转脉冲之后的两个心动周期内采集两种不同权重的图像；（2）传统反转恢复序列使用幅值重建的方式进行图像重建，信号的大小主要取决于TI时刻纵向磁化矢量大小的绝对值，重建过程较为简单，而经过优化的反转恢复序列则使用实部重建的方式进行图像重建，信号的大小主要与TI时刻纵向磁化矢量的极性相关，重建的过程较为复杂。
经过相应的序列设计，在一次反转脉冲之后两个心动周期内采集一个T1W的反转恢复图像和一个质子密度加权的参考图像。在第一个心动周期内采集的T1W的反转恢复图像的信息中包括组织纵向驰豫振幅的差别，纵向驰豫的极性信息以及背景相位信息等，而第二个心动周期内采集的质子密度加权的参考图像则是在纵向驰豫基本恢复之后使用小角度激发采集的信息，主要包括组织的质子密度信息以及背景相位信息。利用参考图像的信息，经过一系列的后处理即可去除反转恢复T1W图像的背景相位并对矩阵线圈的近线圈效应进行均衡化处理。 二、心肌延迟强化相位敏感反转恢复序列图像重建 为了优化相位敏感反转恢复序列的图像，需要使用第二个心动周期采集的参考图像进行图像重建，重建的过程主要包括：背景相位的去除以及近线圈效应的均衡化。 1、背景相位的去除 使用优化后的相位敏感反转恢复序列进行相位信息的处理时，需要面临主磁场不均匀、射频场不均匀、组织间磁化率差异、呼吸及心脏运动和多通道线圈信号接收不一致及图像信噪比相对较低等问题。另外，更大的成像范围也导致背景相位在成像视野内急剧变化。按照背景相位对图像的影响，可以分为两个部分，分别为本身主磁场、射频场以及组织磁化率差异导致的全局性相位偏移及由于不同的接收线圈在信号接收时导致的相位偏移。在进行背景相位的去除时，针对不同原因产生的背景相位需使用不同的方法。优化后的心肌延迟强化相位敏感反转恢复序列背景相位的处理如下图所示。
数据采集完成后，系统将分别重建在TI时刻T1W的幅值图和复数图以及纵向驰豫基本恢复之后参考图像的幅值图和复数图。不同的线圈单元在信号采集过程中会产生一定的相位差，需要在图像重建过程中予以消除，特别是相位图或者实部图像的重建中。如上图所示，首先计算每个线圈单元的复数权重Complex weights，用于矫正接收线圈导致的相位误差。通过每个单独线圈的图像计算获得线圈的复数敏感度权重后就可以对T1W图像及参考图像进行矫正，去除由于接收线圈差异导致的相位误差。 相控阵接收线圈导致的相位误差去除之后，就需要去除在成像过程中由于主磁场及射频场（发射）不均匀以及组织磁化率差异导致的相位变化。使用经过接收线圈相位误差校正后的参考图像的复数图进行一系列的运算处理，然后对T1W复数图进行点对点的背景相位去除，最后取复数的实部信息进行图像重建，就可以获得去除了背景相位的实部图像。 2、近线圈效应的信号校正 去除了背景相位之后，实部图像还受到近线圈效应的影响。使用相控阵线圈或者矩阵线圈进行成像时，近线圈效应会使得距离接收线圈不同空间位置的组织具有不同的信号强度。为了使采集并重建的图像信号更加均匀，同时为了增加血池与心肌的对比，提升心内膜下病变的检出率，使用对矩阵线圈采集获得的图像进行近线圈效应的矫正。
近线圈效应信号校正的前提是获得每个线圈单元在不同空间位置上的敏感度信息，然后利用线圈的敏感度信息对采集获得的图像进行校正。线圈敏感度信息的获得有很多的方法，具体可以参考之前的文章，磁共振快速成像技术（四）线圈敏感度信息。目前常用的获取线圈敏感度信息的方法是在成像过程中使用相同的序列分别使用矩阵线圈和体线圈进行信号采集，然后将两者信息相除即可获得对应线圈单元的敏感度信息。但是在心肌延迟强化相位敏感反转恢复成像序列中，并不使用传统的方法进行近线圈效应的校正，其原因是：（1）心脏成像受呼吸运动的影响，不同的呼吸状态可能导致线圈敏感度信息计算的不准确；（2）不同的心动周期，血池或者心肌的形态会发生较大的变化，线圈敏感度信息的计算或多或少会受到组织背景信号的影响。为了克服上述可能导致线圈敏感度信息不准确的影响，心肌延迟强化相位敏感反转恢复成像序列使用在第二个心动周期中采集的质子密度加权的参考图像来进行近线圈效应的信号校正，即用于获得线圈敏感度信息的参考图像与反转恢复T1W图像都是在相同的屏气及相同的心动时相内完成信号采集，能够较好地匹配空间位置。使用参考图像进行线圈敏感度信息重建的过程，需要经过空间平滑、种子生长、噪声去除和表面线圈强度归一化等步骤，最后将获得的线圈敏感度信息与背景相位去除之后的图像进行相除，即可实现近线圈效应的信号校正，相关的流程如下图所示。
三、心肌延迟强化相位敏感反转恢复序列参数特点 优化的相位敏感反转恢复序列在成像过程中与传统的反转恢复序列基本没有差别，但是在某些序列参数的设定中存在一定的差别。 1、Magn. Preparation磁化准备 在进行心肌延迟强化成像时，施加的是非层面选择反转恢复脉冲（一般2D序列使用的反转恢复脉冲为层面选择反转恢复脉冲），如下图所示，其原因是心脏会受到呼吸及心跳运动的影响而出现更大范围的位移，当使用层面选择反转恢复脉冲时，反转的区域会受到血流及心肌运动的影响而导致与激发成像的区域出现偏差，最终导致图像的伪影。为此，往往使用非层面选择反转恢复脉冲对整个视野进行反转，然后再使用层面选择梯度与选择性射频脉冲对相应层面进行激发成像，即可保证激发成像的区域都经历了反转脉冲的作用。
使用相位敏感反转恢复序列进行心肌延迟强化时，反转时间TI的选择无需像反转恢复序列一般严格。在反转恢复序列中，反转时间的设定须使得正常心肌的纵向磁化矢量刚好接近于零点（模值图的信号取决于纵向磁化矢量的绝对值），方能使得正常心肌的信号显示为低信号，突出病变对比及检出，但是正常心肌反转恢复后的零点时间受注射对比剂后的时间、组织廓清速率的影响，需要不断变化。而相位敏感反转恢复序列使用实部重建，信号的高低与纵向磁化矢量的极性和幅值相关，由于梗死心肌的纵向驰豫恢复的更快（信号更高），正常心肌的纵向磁化矢量恢复的更慢（信号更低），对反转时间TI的要求较低，如下图所示，上排为反转恢复幅值重建的图像，图像的对比与反转时间TI密切相关，下排为相位敏感反转恢复序列实部重建的图像，图像的对比与纵向磁化矢量的极性和幅值相关。
2、Reconstruction重建 相位敏感反转恢复序列进行图像重建时，使用的重建方法是实部重建及幅值重建。在实部重建的过程中，系统将自动进行背景相位的去除、线圈敏感度信息的校正等处理，以获得准确的反映组织纵向磁化矢量极性的图像对比，而反转恢复序列使用的重建方式是幅值重建。 四、心肌延迟强化相位敏感反转恢复序列的临床应用 心肌延迟强化相位敏感反转恢复序列PSIR因其优异的组织对比，被广泛应用于某些心肌疾病的诊断，例如透壁型心肌梗死、斑块状心肌梗死、心肌淀粉样变等，简单的病变表现示意图如下图所示。随着心脏磁共振检查的深入开展，相位敏感反转恢复序列PSIR在成像技术及应用方面也有了相应的提升。
1、常规PSIR的临床应用 按照心肌延迟强化成像的时序，一般在对比剂注射后的8-10分钟开始进行2D心肌延迟强化成像。一般情况下，可以不进行TI Scout的成像提前测定反转时间TI，使用序列默认的反转时间即可获得良好的图像对比（特殊病变除外，如淀粉样变）。在成像流程方面，先使用二维单次激发IR-True FISP序列先进行全心较低分辨率的快速成像，然后根据全心成像的结果再使用IR-Turbo FLASH序列逐层进行高分辨的心肌延迟强化成像。如下图所示，在心肌灌注结束后等待一定的时间，然后再进行心肌延迟强化成像，显示梗死的心肌表现为低灌注。随着成像序列和临床需求的发展，更好突出心内膜下病变的黑血心肌延迟强化成像序列被开发出来，有望能够逐步应用于临床。
2、3D PSIR序列的临床应用 传统2D相位敏感反转恢复心肌延迟强化成像的优点是成像速度相对较快，但是也存在着层厚较厚，层间距较大，部分容积效应较为明显，不能全心覆盖等缺点，容易出现病变的遗漏，为此出现了3D相位敏感反转恢复成像序列，使用3D成像覆盖全心，利用心电及呼吸触发控制伪影。传统的反转恢复序列也可以实现3D成像，但是由于3D序列成像时间较长，在成像过程中无法设定一个最佳的正常心肌抑制的反转时间TI而导致整体的图像对比欠佳，缺乏临床意义。而相位敏感反转恢复序列对反转时间TI的选择具有较大的宽容性，能够在较长的成像时间内使用一个特定的反转时间TI获得较好的图像对比，如下图所示，使用3D相位敏感反转恢复序列能够在2-6分钟内获得一个覆盖整个心脏的心肌延迟强化图像，对于细小病变以及心房病变具有重要的意义。
感谢钱李老师提供的图像 3、PSIR MoCo的原理及应用 进行心脏成像的受检者往往存在一定的心肺功能障碍，传统的心脏磁共振检查需要受检者不断地进行屏气以消除呼吸运动导致的伪影，连续长时间的屏气使得受检者的耐受性下降，导致检查的成功率下降，特别是在整个心脏磁共振检查末期的心肌延迟强化成像。为此，西门子医疗率先开发了基于自由呼吸的运动校正心肌延迟强化成像PSIR MoCo。 自由呼吸运动校正心肌延迟强化成像PSIR MoCo的原理是使用单次激发相位敏感反转恢复序列在自由呼吸状态下进行以4为倍数的数据采集，例如进行4次或者8次单次激发的成像，然后根据人工智能算法进行呼吸运动导致图像位移的运动校正，最后按照例如选出75%的空间位置匹配度最好的图像进行叠加融合，获得没有运动伪影的图像。实现自由呼吸运动校正心肌延迟强化成像PSIR MoCo的技术要点是：单次激发减轻图像对运动的敏感性；人工智能算法进行运动校正；多次平均提高图像信噪比和降低运动的敏感性。
自由呼吸加上不明显依赖反转时间TI的PSIR MoCo序列能够使受检者在自由呼吸的状态下扫描获得非常高信噪比，高图像对比的心肌延迟强化图像，降低了心脏磁共振检查对受检者和技师的要求。如下图所示，上排为心脏磁共振成像的受检者不能很好配合屏气获得的图像，具有明显的呼吸运动伪影，同时图像的信噪比较低，病变与正常心肌的对比欠佳，下排图像为使用PSIR MoCo之后获得的图像，图像基本没有呼吸运动的伪影，信噪比非常高，病变与正常心肌的对比良好。
五、总结 用于心脏成像的相位敏感反转恢复成像序列需要克服大范围成像导致的主磁场不均匀、射频场不均匀、本身组织磁化率差异以及多通道接收线圈导致的相位影响以及线圈敏感度信息差异对图像对比的影响。利用优化后的相位敏感反转恢复序列PSIR，在一次反转脉冲后，分别在两个心动周期采集一组T1W的图像以及一组纵向驰豫恢复后的质子密度加权的参考图像，然后利用参考图像进行T1W图像的背景相位的去除以及线圈敏感度信息的校正，最后获得一个稳定的，反转时间TI依赖性较小的相位敏感反转恢复序列PSIR。随着磁共振技术的发展，全心成像的3D PSIR以及自由呼吸成像的PSIR MoCo序列也逐步在临床中使用起来，随之而来的黑血相位敏感反转恢复序列也可能在即将的未来被推广使用。 |
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