不同K空间轨迹在MRI的应用

不同K空间轨迹在MRI的应用2007-10-24 898次点击MRI技术是由RF脉冲及变化的梯度场的序列所决定，RF脉冲及梯度场波形变化导致多种MRI成像技术的多样性及参数的自由选择性。大多数MRI技术的变化是与由梯度场进行的信号空间定位有关，在扫描过程中，MR信号被写入称之为K空间的阵列中，然后将K空间中的信息转换为成像。一、编码技术、傅里叶变换及K空间MRI实现空间编码是建立在Larmor方程的基础上，利用不同位置体素中的质子受到不同磁场作用，每个不同位置体素中的质子具有不同的共振频率，如果受不同磁场作用的质子同时产生磁共振，则检测到的MR信号是许多不同频率正弦波的合成信号，该信号是幅度随时间变化的时域信号，通过傅里叶变换即可解出该信号的不同频率及它的幅度（即频域信号或频谱），由于不同频率信号对应着一个具体位置上被测物体的磁共振性质，因此可以从测得信号中恢复出与某些参数有关的图像，这种把空间位置与磁场、共振频率对应起来的方法称为磁共振的空间编码技术，MRI空间编码是通过梯度磁场实现。K空间是磁共振信号空间，即为傅里叶变换的频率空间，又称为傅里叶空间或原始数据空间，在K空间中，把采集所得的MR信号在K空间的投影曲线称为K空间轨迹（又称为傅里叶线）。K空间中心部分傅里叶线决定图像对比度而边缘傅里叶线提供高频率信息决定图像的空间分辨率。二、不同K空间轨迹及其在MRI中的应用价值用多种不同方式采集信号数据并将其放置于K空间中，该过程称为K空间的填充，且K空间轨迹的排列顺序由K空间轨迹来描述，K空间轨迹主要分为五类：标准长方形直线型、EPI型、圆型、螺旋型及辐射型，这些轨迹中常常与不同数据采集时序有关、某些改变如对比剂的团注或心脏运动周期有关。1标准长方形直线型目前，大多数MRI技术的数据线是一条条的直线轨迹，在激励后采集一条直线，在重复时间TR后，再次激励得到另一条线，扫描时间等于ky的线数TRNSA（NEX），其优点为在任何一次激励中相对于信号衰减对比T2*其数据采集时间短，在这一时间中可能产生化学位移、磁敏感性及其它场缺失伪影等最少。直线型轨迹可应用于SE、GE、IR及其它一些序列，直线型轨迹扫描还有一些变化。（1）连续排列：每次激励得到一条独立的ky，且从K空间的一侧排到另一侧，标准成像的应用每次激励其相对对比度保持不变（稳态成像）；（2）中心排列：每次激励得到一条独立的ky，以K空间中心线为起点依次向两侧扩展排列，应用的目的是使成像具有初始相对对比度如使用RF预预脉冲及注射对比剂（非稳态成像）；（3）反中心排列：每次激励得到一条独立的ky，由K空间两侧向内连续依次排列，该应用的目的是使成像具有最终相对对比度如使用RF预脉冲（非稳态成像）；（4）FSE：在每一次激励后，180脉冲后得到多条K空间线，在长TR扫描中，减少整个扫描时间，由于使用了从个TE时间K空间轨迹，得到混合的T2对比。2EPI型EPI轨迹是一次脉冲激励快速扫过覆盖整个K空间矩阵或者K空间的大部分的数据，其开始于K空间的一个角落终止于相反的对角，如果整个K空间在一次激励中填充，其为单次激励形式，其扫描时间仅仅是TR，由于其成像速度快及对BOLD效应非常敏感，尤其对功能性MRI研究非常有用，信号缺失及T2*损失限制了其成像高分辨率的获得；如果用多次激励代替一次激励来完成整个K空间的采集，则称这多次激励EPI且其扫描时间等于TR的倍数，可用于填充大的K空间矩阵，得到更高的空间分辨率，单次激励EPI相比信号缺失及T2*损失少。3圆型 K空间轨迹为圆周，可采用投影重建法及FT重建，每次激励横扫一条圆型K轨迹，像自行车轮辐一样从连续激励中得到多条K空间线来填充K空间，对于要求非常短的TE的成像如肺实质或在场边缘的组织非常敏感。4螺旋型螺旋扫描中整个K空间被螺线覆盖，每个RF脉冲可采集螺线的一周、几周甚至整条，因此其成像速度非常快，适用于快速动态成像如心脏成像等。在三维成像中，螺线扫描类似于CT中的螺旋扫描，用于监控动态过程。（1）旋外：用螺线型轨迹覆盖整个K空间，从中心点开始向外旋转，应用于单次激励及短TE，对称覆盖K空间并开始于K空间中心部，并减少了运动伪影及对磁场的依赖性；（2）旋内：从K空间外周某点开始向内旋进，应用于高SNR的单次激励及长TE成像中，可以结合对BOLD敏感的旋外数据减少信号下降；（3）多螺旋：用多条螺旋线覆盖覆盖整个K空间，每条螺线相互交叉并且每条数据是分别得到，再进行重建。用于要求成像速度非常快的成像中，但不如单次激励螺旋成像，可将K空间填得更密以提高成像的空间分辨率及SNR。5射线型轨迹辐射扫描的K轨迹（傅里叶线）呈放射状分布，则K空间中心区域的傅里叶线密度高，故有利于提高图像的信噪比及对比度，但降低图像的空间分辨率，该技术对运动及流动不敏感，由于相位编码梯度很小，允许采用短TE，辐射扫描实际上采用投影重建技术，因此数据处理时间较长。总之，MRI的采样模式千变万化（由梯度模式决定）决定了K空间轨迹的多样性，正确理解及合理巧妙地利用不同K空间轨迹，对于提高成像质量及减少成像时间非常有意义。（赵海涛zhaohaitao516）