review-磁共振降维成像原理及其影像技术实现

1. 磁共振相位成像

1】 成像序列:一般由回波时间较长的梯度回波序列(gradient recalled echo,GRE) 得到。

2】 影响因素:磁化率、回波时间、相位缠绕

        ① 磁化率:磁敏感性反应了物质在外加磁场作用下的磁化程度,通常用磁化率(X)来衡量。顺磁性(X>0)、逆磁性(X<0)、铁磁性。氧合血红蛋白:逆磁性;脱氧血红蛋白:顺磁性。

        ② 回波时间与磁场:反磁性物质或顺磁性物质会使局部磁场发生改变,导致不同位置的质子自旋频率不一致,加上合适的回波时间后,自旋频率不同的质子间将形成相位差。质子自旋的相位值可以表示为:\phi  = \gamma \cdot \Delta B \cdot TE。该值反映了质子在弛豫过程中经过的角度。其中,γ 为磁旋比,TE 为回波时间,B 为主磁场的大小。

        ③ 相位缠绕:相位只能定义在(-π,+π) 范围内,磁场的不均匀会导致图像模糊,即相位缠绕。使相位回到原来范围的过程,即相位解缠。在采用任何步骤处理相位图前,必须进行相位解缠。目前已有多种去除相位缠绕的算法,主要有路径跟踪法和最小范数法,其中,路径跟踪法的代表算法“枝切法”效率最高。

2. 磁敏感加权成像

磁敏感加权成像序列成像过程中会产生相位图、幅值图和相位掩模图。相位图像包含背景磁场和组织化学位移的直接信息,使用相位图像时,得去除背景噪声及由于部分容积效应产生的不同的化学位移。SWI 图的后期处理一般分为4 个步骤

1) 使用高通滤波器去除背景磁场中低空间频率干扰部分,校正图像;

2) 消除相位图中由磁场不均匀产生的伪影,创建相位掩模;

3) 相位掩模与原始幅值图多次相乘,产生新的幅值图对比,其中所乘数字应尽量小并得到合适的CNR;

4) 通过最小密度投影,使各个层面的静脉连续化,得到最终的磁敏感加权图。

3. 定量磁敏感成像

在核磁共振成像中,某点磁场B 的值为组织的磁化率与偶极内核的卷积。即:\chi \delta B=d\otimes 。经过傅立叶反变换可求得磁化率\chi ,该方程即为成像的基础。

QSM 图像形成的基本过程为:

1) 组合线圈获取信号,进行相位解缠;

2) 消除背景噪声:与SWI 高通滤波器去除背景噪声不同的是,QSM 的做法是得到背景磁场图,再用初始图减去背景磁场图得到组织的图像。偶极场投影法(projection onto dipole fields,PDF) 相位数据的谐波伪影减少法(sophisticated harmonic artifact reduction on phase data,SHARP) 这两种基于物理原则的方法,可以提高图像对比度并精确地估计局域场,都可以根据磁场产生的未知磁敏感性分布建立背景场的模型,通过正交相似性和谐波特性区分局域场。

3) QSM 图的重建:解决重建过程中的ill-conditioning(偶极子锥形表面值为零)的方法:多方向采样( calculation of susceptibility through multiple orientation sampling,COSMOS)和形态学偶极子反演方法(morphology enabled dipole inversion,MEDI)[MEDI借助幅值图结构信息的prior]。

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