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MRI技术在临床疾病的诊断和疗效评价中日益得到广泛应用。但MR扫描速度慢、检查效率低,往往难以满足临床需求。用户一般通过减少信号平均次数(number of signals averaged,NSA)和(或)重复时间(time of repeation,TR)等修改扫描参数的方法加快扫描速度,但往往随意性大,也缺乏必要的修改扫描参数前、后所得成像结果的比较评价;而扫描序列的合理应用和参数的最优化选择又是影响图像质量进而影响诊断结果的重要因素[1]。尤其对于新购设备,应根据MRI信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)等理论进行各种扫描条件优化实验,以寻找合理的扫描参数[2]。鉴于MRI技术的复杂性,把握扫描参数的合理性和最优化并不容易,需要在所用扫描序列本身构成参数和影响图像质量的其他共用参数之间进行折中。就修改扫描参数以加快MR扫描速度而言,应当在不改变序列图像性质并确保图像质量符合诊断要求的前提下,进行扫描参数的合理修改和验证,否则将存在导致不当显像结果的可能。本研究选择临床广泛应用的自旋回波(spin-echo,SE)序列,通过模型模拟和图像质量比较,探讨修改扫描参数以加速MR扫描的方法,以期为用户提供参考。
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采用荷兰Philips Achieva 1.5T MRI系统、16通道相控阵Neuro Vascular线圈(NV线圈)、系统专用质量控制模型。系统软件版本为Release 3.2.3。
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用专用模型托将模型置于NV线圈中,激光定位视野(field of view,FOV)中心,模型纵轴平行于检查床纵轴,左右对称。实验过程中保持模型位置不变,扫描范围包括整个模型。先在横轴位(transverse,Tra)定位图上将扫描FOV调整到刚好包含模型(210 mm×210 mm),并以仪器制造商提供的颈部软组织Tra SE平扫T1加权、T2加权原始序列扫描模型,层厚5 mm,层间距0.5,共扫描18层。然后复制上述序列,在数据采集界面的“Geometry、Contrast”等选项中分别进行参数修改。每修改一项的同时观察其他参数和扫描时间的变化情况。记录修改后有扫描时间变化的对应参数,并分别扫描模型,直到出现冲突(conflicts)提示或目测观察图像视觉效果明显变差为止。T1加权、T2加权序列扫描参数修改前、后比较分别见表 1、表 2。
项目 修改前 修改后 Min.TR/ms 628 572 TE/ms 8.6 16 ACQ Matrix 232×199 264×208 Voxel size(AP/RL)/mm 0.9/1.05 0.8/1.0 Refocusing control no yes(140deg)b TE spacing/ms - 8 Profile order low_high asymmetric SENSE no yes(RL 1.3)c NSA 4 4 TSD/(min:s) 02:30.6a 01:52.1a 注:表中,Min.TR:最小重复激励时间;TE:回波时间;ACQ Matrix:采集矩阵;Voxel size(AP/RL):体素大小(前后/左右);Refocusing control:重聚控制;TE spacing:回波时间间隔;Profile order:相位编码顺序;SENSE:并行采集;NSA:信号平均次数;TSD:总扫描时间;a:02:30.6和01:52.1分别表示T1加权序列参数修改前、后的总扫描时间,单位表示为min:s,即150.6 s和112.1 s;b:deg是degree的缩写,表示重聚控制角度为140°,是参数选项中的原始表示形式;c:RL表示方向,是指右向左并行采集的加速因子为1.3,也是参数选项中的原始表示形式。 表 1 T1加权序列扫描参数修改前、后比较
Table 1. Comparison of the scanning parameters of T1-weighted sequences before and after the modification
项目 修改前 修改后 Act TR/ms 2500a 2500a Min.TR/ms 1596 1445b TE/ms 80 71 ACQ Matrix 232×187 232×188 Voxel size(RL/AP)/mm 0.9/1.1 0.9/1.05 Refocusing control no yes(120deg) TSE factor 22 29 Water-fat shift 2 pixels maximum DRIVE no yes NSA 4 4 TSD/(min:s) 03:00.0c 02:20.0c 注:表中,Act TR:实际重复激励时间;Min.TR:最小重复激励时间;TE:回波时间;ACQ Matrix:采集矩阵;Voxel size(RL/AP):体素大小(左右/前后);Refocusing control:重聚控制;TSE factor:快速自旋回波因子;Water-fat shift:水/脂肪位移;DRIVE:驱动平衡;NSA:信号平均次数;TSD:总扫描时间;a:修改前、后的实际扫描重复时间均为2500;b:修改后的Min.TR较修改前减小,可能说明其选择的范围较修改前大;c:03:00.0和02:20.0分别表示T2加权序列参数修改前、后的总扫描时间,单位表示为min:s,即:180.0 s和140.0 s。 表 2 T2加权序列扫描参数修改前、后比较
Table 2. Comparison of the scanning parameters of T2-weighted sequences before and after the modification
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以参数修改前的均匀区Tra图像为基础,目测比较参数修改后各组图像的视觉效果。选择修改后无明显差异,且扫描时间最短的一组扫描参数作为与修改前进行对比分析的对象。分别记录参数修改前、后T1加权、T2加权序列的总扫描时间(total scan duration,TSD)。
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采用T1加权、T2加权原始序列和1.2.2中选定的修改后对应序列,分别于Tra方向以相同层数、层厚、层间距扫描模型相同区域。每个序列扫描3次,每次间隔1周。
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(1)由3位高年资MR医师或技师以“没有差异、稍有差异”2个等级分别目测评价图像视觉效果和定量评价实验结果。当结论不一致时,采纳2人一致者。(2)将图像大小、窗宽、窗位调整到相同标准,分别目测比较1.2.3中对应序列相同层面均匀区和线性区Tra图像的均匀性、清晰度和图像畸变情况等。(3)采用仪器自带profile技术,分别对1.2.3中对应序列、层面、位置的Tra图像作均匀区和线性区X轴方向profile,比较参数修改前、后对应序列图像内部像素的信号变化情况。(4)采用仪器自带ROI技术,分别定量分析1.2.3中对应序列、层面、位置和面积的ROI在参数修改前、后均匀区Tra图像的SNR和非均匀性(non-uniformity,NU)。ROI的位置、大小分别如图 1中A、B所示。采用一幅图像测量方法测量SNR[3]:SNR=(S-Sb)/SD,式中,S为中央区域信号强度,Sb为背景区域信号强度,SD为中央区域标准偏差,即噪声。然后取SNR测量时像素计数的最大值(Smax)和最小值(Smin)用以下公式计算NU:NU=[1-(Smax-Smin)/(Smax+Smin)]×100%[4]。(5)记录并比较1.2.3中对应序列3次Tra图像的SNR、NU平均值。
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用SPSS17.0统计学软件对定量数据的均值分别进行参数修改前、后的配对t检验分析。P<0.05表示差异有统计学意义。
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3位评价者均认为相应序列模型均匀区和线性区图像的视觉效果和profile曲线的形态、宽度和振幅在扫描参数修改前、后没有差异,如图 2~图 4所示。
图 2 参数修改前、后均匀区Tra图像视觉效果比较
Figure 2. Visual effect comparison of the transverse images in the uniform regions before and after the parameters were modified
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T1加权、T2加权序列参数修改后的SNR均值分别为83.17、81.79,较修改前(77.89、79.58)小幅上升,但差异无统计学意义(t=-1.891,P=0.199;t=-1.474,P=0.278);修改后的NU均值分别为6.03、6.89,较修改前(6.99、6.99)小幅下降,但差异亦无统计学意义(t=0.802,P=0.507;t=0.168,P=0.882);而参数修改后的TSD较修改前显著减少,T1加权、T2加权序列分别减少了38.5 s(25.56%)和40.0 s(22.22%)(表 3)。
组别 T1加权 T2加权 SNR/% NU/% TSD/sa SNR/% NU/% TSD/sa 修改前 77.89 6.99 150.6 79.58 6.99 180.0 修改后 83.17 6.03 112.1 81.79 6.89 140.0 差值 -5.28 0.96 38.5 -2.21 0.10 40.0 t值 -1.891 0.802 -b -1.474 0.168 -b P值 0.199 0.507 -b 0.278 0.882 -b 注:表中,SNR:信噪比;NU:非均匀性;TSD:总扫描时间;a:为便于比较,分别将表 1、表 2中最后一行以分钟:秒(min:s)为单位的02:30.6、01:52.1和03:00.0、02:20.0换算成表 3中以秒(s)为单位的数值150.6、112.1和180.0、140.0;b:扫描序列设定后,如果不作修改,每次扫描时间不变,故未对TSD作统计学分析。 表 3 扫描参数修改前、后SNR均值、NU均值、TSD的变化情况
Table 3. Changes in mean SNR, mean NU, and TSD before and after the scanning parameters were modified
模型模拟修改部分扫描参数加速MR扫描的方法可行性探讨
Feasibility of accelerating MR scan by modifying part of scanning parameters:a phantom simulation study
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摘要:
目的 探讨修改部分扫描参数加速MR扫描的方法。 方法 先以仪器制造商提供的颈部软组织横轴位(Tra)自旋回波(SE)平扫T1加权、T2加权序列扫描Philips Achieva 1.5T MRI系统的质量控制模型;然后在数据采集界面的“Geometry、Contrast”等选项中修改视野(FOV)/矩阵(Matrix)/体素(Voxel)、并行采集(SENSE)、最小重复时间(Min.TR)、回波时间(TE)、快速自旋回波因子(TSE factor)等参数,并分别对模型相同区域进行扫描;比较参数修改前、后相应序列的总扫描时间(TSD)、图像视觉效果,并以Tra图像ROI内信噪比(SNR)、非均匀性(NU)和X轴方向profile曲线评价图像质量;采用SPSS17.0软件对相应序列定量数据进行配对t检验分析。 结果 参数修改后T1加权、T2加权序列的TSD比修改前分别减少了38.5 s(25.56%)和40.0 s(22.22%)。目测相应序列均匀区、线性区Tra图像和profile曲线在扫描参数修改前、后没有差异。参数修改前T1加权、T2加权的SNR均值分别为77.89、79.58,修改后为83.17、81.79,较修改前均有上升,但差异无统计学意义(t=-1.891,P=0.199;t=-1.474,P=0.278);参数修改前T1加权、T2加权的NU均值分别为6.99、6.99,修改后为6.03、6.89,较修改前均有下降,但差异无统计学意义(t=0.802,P=0.507;t=0.168,P=0.882)。 结论 模型模拟研究显示,合理修改扫描参数可以在确保图像质量的同时加速MR扫描。 Abstract:Objective To investigate the feasibility of accelerating MR scan by modifying the scanning parameters. Methods First, the spine cho(SE) T1-weighted and T2-weighted sequences of neck soft tissue were used to scan the transverse(Tra) slices of the special quality control phantom of the Philips Achieva 1.5T system. The FOV/Matrix/Voxel, SENSE, Min.TR, TE, and TSE factor were modified in the "Geometry, Contrast" mode of the data acquisition interface to accelerate the scanning speed. The phantom was scanned at the same time the scanning parameters were modified. Finally, the total scan duration(TSD) of the corresponding sequences was compared. The signal-to-noise ratio(SNR), non-uniformity(NU) in the ROI, and profile curve in the X-direction of the Tra images were used to evaluate image quality before and after the scanning parameters were modified. Paired t-test was used to analyze the quantitative data. Results Approximately 38.5 s(25.56%) and 40.0 s(22.22%)were saved corresponded to the T1-weighted and T2-weighted sequences, respectively, after the scanning parameters were modified. Visual differences in the images and profile curves of the corresponding sequences were not found between before and after the modification of scanning parameters. The mean SNRs of the T1-weighted and T2-weighted sequences increased slightly after the modification, but the differences were not significant(t=-1.891, P=0.199;t=-1.474, P=0.278). The mean NUs slightly decreased after the modification, but the differences were also not significant(t=0.802, P=0.507;t=0.168, P=0.882). Conclusion The phantom test showed that the MR scan speed was accelerated and image quality was ensured by modifying the scanning parameters. -
Key words:
- Magnetic resonance imaging /
- Quality control /
- Signal-to-noise ratio /
- Non-uniformity /
- Scan parameter
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表 1 T1加权序列扫描参数修改前、后比较
Table 1. Comparison of the scanning parameters of T1-weighted sequences before and after the modification
项目 修改前 修改后 Min.TR/ms 628 572 TE/ms 8.6 16 ACQ Matrix 232×199 264×208 Voxel size(AP/RL)/mm 0.9/1.05 0.8/1.0 Refocusing control no yes(140deg)b TE spacing/ms - 8 Profile order low_high asymmetric SENSE no yes(RL 1.3)c NSA 4 4 TSD/(min:s) 02:30.6a 01:52.1a 注:表中,Min.TR:最小重复激励时间;TE:回波时间;ACQ Matrix:采集矩阵;Voxel size(AP/RL):体素大小(前后/左右);Refocusing control:重聚控制;TE spacing:回波时间间隔;Profile order:相位编码顺序;SENSE:并行采集;NSA:信号平均次数;TSD:总扫描时间;a:02:30.6和01:52.1分别表示T1加权序列参数修改前、后的总扫描时间,单位表示为min:s,即150.6 s和112.1 s;b:deg是degree的缩写,表示重聚控制角度为140°,是参数选项中的原始表示形式;c:RL表示方向,是指右向左并行采集的加速因子为1.3,也是参数选项中的原始表示形式。 表 2 T2加权序列扫描参数修改前、后比较
Table 2. Comparison of the scanning parameters of T2-weighted sequences before and after the modification
项目 修改前 修改后 Act TR/ms 2500a 2500a Min.TR/ms 1596 1445b TE/ms 80 71 ACQ Matrix 232×187 232×188 Voxel size(RL/AP)/mm 0.9/1.1 0.9/1.05 Refocusing control no yes(120deg) TSE factor 22 29 Water-fat shift 2 pixels maximum DRIVE no yes NSA 4 4 TSD/(min:s) 03:00.0c 02:20.0c 注:表中,Act TR:实际重复激励时间;Min.TR:最小重复激励时间;TE:回波时间;ACQ Matrix:采集矩阵;Voxel size(RL/AP):体素大小(左右/前后);Refocusing control:重聚控制;TSE factor:快速自旋回波因子;Water-fat shift:水/脂肪位移;DRIVE:驱动平衡;NSA:信号平均次数;TSD:总扫描时间;a:修改前、后的实际扫描重复时间均为2500;b:修改后的Min.TR较修改前减小,可能说明其选择的范围较修改前大;c:03:00.0和02:20.0分别表示T2加权序列参数修改前、后的总扫描时间,单位表示为min:s,即:180.0 s和140.0 s。 表 3 扫描参数修改前、后SNR均值、NU均值、TSD的变化情况
Table 3. Changes in mean SNR, mean NU, and TSD before and after the scanning parameters were modified
组别 T1加权 T2加权 SNR/% NU/% TSD/sa SNR/% NU/% TSD/sa 修改前 77.89 6.99 150.6 79.58 6.99 180.0 修改后 83.17 6.03 112.1 81.79 6.89 140.0 差值 -5.28 0.96 38.5 -2.21 0.10 40.0 t值 -1.891 0.802 -b -1.474 0.168 -b P值 0.199 0.507 -b 0.278 0.882 -b 注:表中,SNR:信噪比;NU:非均匀性;TSD:总扫描时间;a:为便于比较,分别将表 1、表 2中最后一行以分钟:秒(min:s)为单位的02:30.6、01:52.1和03:00.0、02:20.0换算成表 3中以秒(s)为单位的数值150.6、112.1和180.0、140.0;b:扫描序列设定后,如果不作修改,每次扫描时间不变,故未对TSD作统计学分析。 -
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