颅脑梯度回波成像：呼吸伪影和导航回波矫正-论文.pdf

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1、波谱学杂志第31卷第3期V0I．31No．32014年9月ChineseJournalofMagneticResonanceSep．2014文章编号：1000．4556(2014)03．321—10颅脑梯度回波成像：呼吸伪影和导航回波矫正董芳，裴孟超，王前锋，姜宏伟，李建奇(上海市磁共振重点实验室，华东师范大学物理系，上海200062)摘要：梯度回波序列是磁共振成像中常用的脉冲序列，然而梯度回波对主磁场波动非常敏感，呼吸等生理运动引起的信号波动会导致图像伪影．该文报道了采用导航回波技术获取呼吸运动导致的局部磁场波动，用以矫正图像回波中随时间变

2、化的相位波动，并将该技术应用于三维多回波梯度回波成像和定量图研究．研究结果显示：矫正前，相位波动幅度随回波时间增长而增大，模图和定量图在相位编码方向有明显伪影，并且男女呼吸伪影水平有显著性差异；矫正后，相位波动幅度大幅下降，图像伪影水平有显著性下降．关键词：磁共振成像(MRI)；呼吸伪影；导航回波；三维多回波梯度回波；定量图中图分类号：0482．53文献标识码：A引言梯度回波(gradientecho，GRE)序列是磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)中常用的脉冲序列，己广泛应用于临床医学诊断和科学研究，如三

3、维高分辨结构成像、动态对比增强MRI、磁共振血管成像、组织灌注及功能MRI等¨．此外，利用梯度回波序列的多回波信号衰减，可计算得到T2定量图；采用T2加权梯度回波扫描的相位信息可显示常规模图上无法显示或显示不清的脑部结构，如深部脑核团和白质纤维束、收稿日期：2013．08．12；收修改稿日期：2014—07．18基金项目：国家自然科学基金资助项目(81271533)．作者简介：董~(1988．)，女，浙江人，硕士研究生，研究方向为核磁共振成像方法和应用．通讯联系人：李建奇电话：021-62223871，E-mail：jqli@phy．ecnu

4、．edu．cn．322波谱学杂志第31卷活体灰质皮层的分层结构pI4J；利用相位的定量信息还可进一步得到磁敏感加权成像和定量磁化率成像，可用于诊断颅内出血和研究帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化、Hallevorden—Spatz综合症等疾病脑铁含量的变化p⋯．梯度回波序列尤其是长回波时间梯度回波，对主磁场波动非常敏感，因此对主磁场的稳定性有较高要求⋯J．影响主磁场稳定性的因素有很多，其中一个重要因素是人体生理运动，包括呼吸、心跳、血液及脑脊液的流动等．尤其在呼吸运动过程中，人体的一些组织结构(如胸腔、横隔膜、内脏、肩膀和手臂等)的位置和氧含

5、量随时间周期性变化，导致主磁场在空间和时间上相应作周期性改变．在3T场强下，呼吸运动导致的脑组织局部磁场有0．01ppm(约为1．25Hz)的波动【lz_”]．在脑功能磁共振成像中，采用单次激发回波平面成像(EPI)序列，每隔2～3S左右采集一帧图像，呼吸运动会引起图像信号周期性波动，最终导致错误的功能区激活【1．在三维多回波梯度回波中，这种波动会影响整个扫描过程，导致图像产生伪影．为了降低呼吸运动对脑功能成像的影响，可采用下述补偿技术：在颅脑内主磁场的变化近似均匀，因此可利用导航回波整体矫正呼吸伪影fl9J；在单次激发EPI序列中，采集一幅

6、图像的时间为几十毫秒，远小于呼吸周期，可假设每幅图像是在同一个时间点上采集，对图像域中的像素进行回顾性矫正_l5_；也可通过优化采集并进行空间平滑、不断调整匀场线圈的电流等前瞻性的方法来降低呼吸运动伪影[16,17]．本文在三维多回波梯度回波的基础上，采用导航回波获取呼吸运动导致的局部磁场波动，用以矫正图像回波中随时间变化的相位波动，并将该技术应用于定量图研究．1材料和方法10例健康志愿者参与该项研究，其中男性和女性各5例，年龄在2l～26岁之间．所有扫描均在3TMRI(西门子MAGNETOMTrioaTim3T)设备上完成，系统软件版本为s

7、yngoMRVB17，采用大体线圈作为信号发射线圈，采用12通道头线圈作为信号接收线圈．1．1模型建立为了模拟人体呼吸运动导致的颅脑局部磁场变化，可建立如下模型]：用圆筒状的水代表人体躯干，用球形的顺磁性气囊(大小和位置可变)代表肺．令z轴平行于主磁场方向0，即人体的头脚方向．平面为横断面，其中y轴沿人体的前后方向．根据该模型，可推导出由呼吸引起的颅脑部位局部磁场变化(AB)为：△B(x，Y，z)=AXBoR。p(z—Z0)一(—Xo)一(一Yo)]3[(—Xo)+(-y0)+z—Z0)](1)式中R是球体的半径，(Xo，Yo，Zo)是球体的

8、中心坐标，AZ是氧气和水之间的磁化率第3期董芳等：颅脑梯度回波成像：呼吸伪影和导航回波矫正323差．由此可知，和△的改变会引起局部磁场的变化．∞㈣一考虑到颅脑的大小