基于同時(shí)多層激發(fā)與并行成像技術(shù)的心臟磁共振電影成像優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義心臟疾病嚴(yán)重威脅人類健康，如冠心病、心肌病等，是導(dǎo)致全球范圍內(nèi)死亡和殘疾的主要原因之一。準(zhǔn)確的診斷對(duì)于心臟疾病的有效治療和預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。心臟磁共振電影成像（CardiacMagneticResonanceCineImaging）作為一種無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射且具有高軟組織對(duì)比度的成像技術(shù)，在心臟疾病的診斷中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，已成為臨床評(píng)估心臟功能的影像學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)心臟磁共振電影成像，醫(yī)生能夠直觀地觀察心臟的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況，精確測(cè)量心臟功能的各項(xiàng)指標(biāo)，如射血分?jǐn)?shù)、每搏輸出量等，為心臟疾病的診斷、治療方案的制定以及治療效果的評(píng)估提供了重要依據(jù)。然而，心臟磁共振電影成像在臨床應(yīng)用中面臨著掃描時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。心臟的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，不僅有自身的跳動(dòng)，其位置還會(huì)受到呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。因此，在不使用導(dǎo)航的情況下，通常需要患者屏氣掃描才能得到清晰的圖像，這就要求患者高度配合。但正常人的屏氣時(shí)間一般在12-20s之間，老年人、兒童以及特殊患者的屏氣時(shí)間更短。目前臨床常規(guī)掃描中，正常人一次屏氣時(shí)間內(nèi)只能采集1-2層的電影圖像，若要采集心臟的全圖像則需要多次屏氣，且需包括被試者的休息時(shí)間，這導(dǎo)致臨床常規(guī)心臟電影成像掃描時(shí)間非常長(zhǎng)，容易在成像過(guò)程中引入各種運(yùn)動(dòng)偽影，降低圖像質(zhì)量，影響診斷的準(zhǔn)確性。此外，長(zhǎng)時(shí)間的掃描還可能使患者感到不適，增加患者的心理負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致患者配合度下降，進(jìn)一步影響檢查的順利進(jìn)行。為了解決心臟磁共振電影成像掃描時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，同時(shí)多層激發(fā)（SimultaneousMulti-SliceExcitation）和并行成像（ParallelImaging）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)利用合成的射頻（RF）脈沖同時(shí)激發(fā)多個(gè)片層，使得一次采集可同時(shí)得到多個(gè)片層的圖像，大大提高了采集效率；并行成像技術(shù)則通過(guò)減少相位編碼數(shù)來(lái)節(jié)省采集時(shí)間，其原理是利用接收陣列固有的空間靈敏度信息來(lái)分離欠采樣導(dǎo)致的混疊圖像信號(hào)。將這兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于心臟磁共振電影成像，能夠在相位編碼方向和選層方向同時(shí)實(shí)現(xiàn)加速，在保障圖像質(zhì)量以及準(zhǔn)確測(cè)量心臟功能的前提下成倍節(jié)省掃描時(shí)間，具有重要的臨床意義。一方面，縮短掃描時(shí)間可以減少運(yùn)動(dòng)偽影的產(chǎn)生，提高圖像的質(zhì)量和診斷的準(zhǔn)確性；另一方面，能夠提高患者的舒適度和配合度，使更多患者能夠順利完成檢查，尤其對(duì)于那些無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間屏氣的患者，如老年人、兒童和心肺功能較差的患者，具有更大的優(yōu)勢(shì)。此外，該技術(shù)的應(yīng)用還可以提高醫(yī)院的檢查效率，減少患者的等待時(shí)間，優(yōu)化醫(yī)療資源的利用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀心臟磁共振電影成像技術(shù)在過(guò)去幾十年中取得了顯著的發(fā)展，尤其是在同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，取得了一系列成果，但也存在一些有待解決的問(wèn)題。在國(guó)外，早在2005年，Breuer等人就提出了相位調(diào)制同時(shí)多層激發(fā)（SMS-CAIPIRINHA，以下簡(jiǎn)稱CAIPIRINHA）技術(shù)，該技術(shù)利用合成的射頻（RF）脈沖同時(shí)激發(fā)多個(gè)片層，使一次采集可同時(shí)得到多個(gè)片層的圖像。相較于早期的同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)，CAIPIRINHA對(duì)合成射頻脈沖的每個(gè)成分進(jìn)行相位調(diào)制，使同時(shí)激發(fā)的每層圖像都有相對(duì)位移，增大了線圈的空間靈敏度變化，便于使用并行成像的重建原理對(duì)多層激發(fā)技術(shù)進(jìn)行圖像重建，消除了傳統(tǒng)并行成像技術(shù)中R倍（R為加速倍數(shù)）的信噪比丟失。2011年，Stab等人將CAIPIRINHA技術(shù)應(yīng)用于平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（BSSFP）序列上，為同時(shí)滿足調(diào)整共振偏置角和層間位移的需求，對(duì)同時(shí)激發(fā)的各層相位調(diào)制都做了相應(yīng)調(diào)整。此后，許多研究致力于優(yōu)化該技術(shù)在心臟磁共振電影成像中的應(yīng)用，不斷提高成像的速度和質(zhì)量。例如，有研究通過(guò)改進(jìn)射頻脈沖設(shè)計(jì)和相位調(diào)制方案，進(jìn)一步提高了同時(shí)多層激發(fā)的效率和圖像的空間分辨率。在并行成像方面，國(guó)外的研究也處于前沿地位。并行成像技術(shù)的基礎(chǔ)算法包括基于圖像域的SENSE算法和基于k空間的GRAPPA算法。SENSE算法利用參考圖像計(jì)算出圖像靈敏度矩陣，然后將混疊的圖像通過(guò)靈敏度矩陣反解出完整的圖像；GRAPPA算法則是利用k空間中心全采樣部分計(jì)算出k空間的算子，利用這種線性關(guān)系將欠采樣部分的k空間信號(hào)通過(guò)卷積計(jì)算填充后，得到完整k空間的信號(hào)。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者不斷探索將這兩種算法結(jié)合以及改進(jìn)的方法，以適應(yīng)更復(fù)雜的成像需求，如針對(duì)同時(shí)多層激發(fā)和并行成像相結(jié)合的二維加速情況，提出了多種優(yōu)化的重建算法。國(guó)內(nèi)在心臟磁共振電影成像技術(shù)以及同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)的研究和應(yīng)用方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。黃小倩等人提出了一種基于同時(shí)多層激發(fā)的多倍加速心臟磁共振電影成像及其影像重建的方法，將CAIPIRINHA技術(shù)與并行加速（PPA）技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用到分段采集心臟電影成像序列中，實(shí)現(xiàn)了在相位編碼方向和選層方向的四倍加速，并使用改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法對(duì)圖像進(jìn)行重建。通過(guò)水模以及人體實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了重建算法的有效性，表明該方法可以在保障圖像質(zhì)量以及準(zhǔn)確測(cè)量心臟功能的前提下成倍節(jié)省掃描時(shí)間。國(guó)內(nèi)其他研究團(tuán)隊(duì)也在不斷探索新的技術(shù)和方法，如優(yōu)化掃描參數(shù)、改進(jìn)線圈設(shè)計(jì)等，以進(jìn)一步提高心臟磁共振電影成像的質(zhì)量和效率。盡管國(guó)內(nèi)外在心臟磁共振電影成像技術(shù)，特別是同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)的應(yīng)用方面取得了眾多成果，但仍存在一些不足之處。一方面，在圖像重建算法上，雖然現(xiàn)有算法在一定程度上能夠解決加速成像帶來(lái)的混疊等問(wèn)題，但在復(fù)雜的心臟運(yùn)動(dòng)和生理情況下，圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性仍有待提高。例如，在心率不齊、呼吸運(yùn)動(dòng)干擾較大等情況下，重建圖像可能會(huì)出現(xiàn)偽影，影響醫(yī)生對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能的準(zhǔn)確判斷。另一方面，同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)的結(jié)合雖然能夠顯著縮短掃描時(shí)間，但也會(huì)帶來(lái)一些新的問(wèn)題，如射頻能量吸收率（SAR）的增加、幾何加速因子（g-factor）增大導(dǎo)致的信噪比降低等，這些問(wèn)題限制了技術(shù)的進(jìn)一步加速和廣泛應(yīng)用。此外，目前該技術(shù)在不同人群（如兒童、老年人、肥胖患者等）中的應(yīng)用效果和適應(yīng)性研究還不夠充分，需要更多的臨床研究來(lái)驗(yàn)證其安全性和有效性。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究圍繞基于同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟磁共振電影成像展開(kāi)，主要研究?jī)?nèi)容包括技術(shù)原理深入剖析、序列設(shè)計(jì)優(yōu)化、重建算法的改進(jìn)與優(yōu)化以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析等方面，旨在解決心臟磁共振電影成像掃描時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提高成像質(zhì)量和效率。深入研究同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)的原理。詳細(xì)分析同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)中合成射頻脈沖的設(shè)計(jì)原理，包括如何通過(guò)相位調(diào)制使同時(shí)激發(fā)的每層圖像產(chǎn)生相對(duì)位移，以增大線圈的空間靈敏度變化，滿足并行成像重建的條件。研究并行成像技術(shù)利用接收陣列空間靈敏度信息分離混疊圖像信號(hào)的原理，以及不同加速倍數(shù)下的信號(hào)處理方式。同時(shí)，探討這兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于心臟磁共振電影成像時(shí)，在相位編碼方向和選層方向?qū)崿F(xiàn)加速的具體機(jī)制，以及對(duì)成像質(zhì)量和掃描時(shí)間的影響。在序列設(shè)計(jì)方面，將同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)（CAIPIRINHA）與并行加速（PPA）技術(shù)相結(jié)合，融入到基于平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（BSSFP）的心臟電影成像序列中。針對(duì)BSSFP序列對(duì)B0場(chǎng)不均勻敏感，容易形成帶狀偽影影響圖像質(zhì)量的問(wèn)題，通過(guò)線性增加射頻相位來(lái)改變共振偏置角抑制帶狀偽影，并使射頻相位變化滿足維持穩(wěn)態(tài)的條件。在層面內(nèi)加速和電影成像時(shí)，保持序列相位循環(huán)的固定和完整，對(duì)線性相位編碼進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的加速倍數(shù)。此外，根據(jù)心臟電影成像采用心電門控（ECG）觸發(fā)的分段采集方式，確保每個(gè)期相中包含的相位編碼數(shù)是相位循環(huán)數(shù)的整數(shù)倍，以維持相位循環(huán)的完整和磁化矢量的穩(wěn)態(tài)。在重建算法優(yōu)化方面，針對(duì)同時(shí)多層激發(fā)和并行成像相結(jié)合產(chǎn)生的二維加速情況，對(duì)傳統(tǒng)的基于圖像域的SENSE算法和基于k空間的GRAPPA算法進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的多層激發(fā)圖像，改進(jìn)SENSE/GRAPPA算法，通過(guò)增加一倍FOV，利用參考圖像在拼接圖像中的位置移動(dòng)模擬混疊圖像因相位調(diào)制導(dǎo)致的平移，使用相同相位調(diào)制的兩層參考圖像來(lái)構(gòu)建拼接圖像，其余部分填零處理，解決標(biāo)準(zhǔn)SENSE/GRAPPA方法在圖像拼接處造成偽影的問(wèn)題。在多層激發(fā)二維加速的情況下，將兩層參考圖像拼接在一起并通過(guò)位置移動(dòng)保持相位調(diào)制一致，構(gòu)建一個(gè)五倍于二維加速圖像FOV的沒(méi)有混疊的擴(kuò)展圖像作為參考圖像來(lái)計(jì)算k空間算子，填充k空間后解開(kāi)混疊，進(jìn)一步提高重建圖像的質(zhì)量。為了驗(yàn)證基于同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟磁共振電影成像方法的有效性，將進(jìn)行水模實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)。在水模實(shí)驗(yàn)中，使用16通道頭部線圈對(duì)正方體分辨率水模進(jìn)行掃描，采用基于CAIPIRINHA的BSSFP序列，進(jìn)行不同線性相位循環(huán)情況下CAIPIRINHA序列的相位循環(huán)比較實(shí)驗(yàn)，以及多層激發(fā)二維加速成像方法與PPA四倍成像方法比較的加速方法比較試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不同相位循環(huán)對(duì)圖像質(zhì)量的影響，以及多層激發(fā)二維加速成像方法在減少重建偽影、提高圖像質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)。在人體實(shí)驗(yàn)中，對(duì)多名志愿者進(jìn)行掃描，使用24通道體線圈采集靜態(tài)的多層激發(fā)二維加速心臟圖像和多層激發(fā)二維加速心臟電影圖像。根據(jù)志愿者的心跳速度不同，將電影圖像采集分為多個(gè)期相，每個(gè)期相內(nèi)包含一定次數(shù)的相位編碼，確保有足夠的時(shí)間分辨率。實(shí)驗(yàn)中要求志愿者在掃描期間屏氣，每次屏氣之間有適當(dāng)?shù)男菹r(shí)間。通過(guò)對(duì)人體實(shí)驗(yàn)圖像的分析，評(píng)估該方法在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性，包括對(duì)心臟功能指標(biāo)測(cè)量的準(zhǔn)確性、圖像的清晰度以及對(duì)不同個(gè)體的適應(yīng)性等。本研究采用理論分析、模擬仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法。通過(guò)理論分析深入理解同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)的原理和關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，為序列設(shè)計(jì)和重建算法優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。利用模擬仿真工具對(duì)不同的序列設(shè)計(jì)方案和重建算法進(jìn)行模擬，分析其性能和效果，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。通過(guò)水模實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)對(duì)提出的方法進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，評(píng)估方法的有效性和可靠性，進(jìn)一步完善和優(yōu)化方法。二、心臟磁共振電影成像基礎(chǔ)2.1心臟磁共振成像概述心臟磁共振成像（CardiacMagneticResonanceImaging，CMR）是一種利用磁共振成像技術(shù)對(duì)心臟進(jìn)行成像的檢查方法，其基本原理基于原子核的磁共振現(xiàn)象。人體組織中的氫原子核，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生自旋取向的排列，當(dāng)施加特定頻率的射頻脈沖時(shí)，氫原子核會(huì)吸收能量并發(fā)生共振。當(dāng)射頻脈沖停止后，氫原子核會(huì)逐漸恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，并釋放出所吸收的能量，這些能量以射頻信號(hào)的形式被接收線圈檢測(cè)到。通過(guò)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行空間編碼和圖像重建，就可以得到心臟的磁共振圖像。心臟磁共振成像在心臟結(jié)構(gòu)和功能評(píng)估方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在心臟結(jié)構(gòu)評(píng)估上，其具有出色的軟組織分辨率，能夠清晰地顯示心肌、心腔、瓣膜等結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確區(qū)分不同心肌組織類型，如正常心肌、瘢痕心肌和纖維化心肌等，為醫(yī)生提供詳細(xì)的心臟解剖信息。通過(guò)心臟磁共振成像，還可以準(zhǔn)確測(cè)量心室容積、心肌厚度等參數(shù)，檢測(cè)心室的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)異常，如心室肥厚、擴(kuò)張、室壁瘤等，有助于發(fā)現(xiàn)心臟疾病的早期跡象。在心臟功能評(píng)估方面，心臟磁共振成像可以測(cè)量心室容積變化，計(jì)算射血分?jǐn)?shù)、心輸出量等指標(biāo)，全面評(píng)估心臟的收縮和舒張功能。此外，它還能顯示心臟內(nèi)血液的流動(dòng)情況，包括血流速度、方向和流量等，分析血流動(dòng)力學(xué)，對(duì)于評(píng)估心臟疾病的嚴(yán)重程度和預(yù)后具有重要意義。在臨床診斷各類心臟疾病中，心臟磁共振成像發(fā)揮著重要的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于心肌病，如肥厚型心肌病、擴(kuò)張型心肌病等，心臟磁共振成像可以清晰地顯示心肌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化，幫助醫(yī)生準(zhǔn)確診斷疾病類型和程度。在心肌梗死的診斷中，它能夠準(zhǔn)確檢測(cè)心肌梗死的部位、范圍和程度，還可以通過(guò)心肌灌注成像顯示心肌缺血的部位和范圍，對(duì)于冠心病的診斷和危險(xiǎn)分層具有重要價(jià)值。對(duì)于心臟瓣膜病，心臟磁共振成像可以清晰顯示心臟瓣膜結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)瓣膜增厚、鈣化、脫垂等異常，定量評(píng)估瓣膜反流、狹窄等程度，為瓣膜疾病的診斷和治療提供重要依據(jù)。在先天性心臟病的診斷中，心臟磁共振成像可以清晰顯示心臟和大血管的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，有助于先天性心臟病的診斷和鑒別診斷。此外，對(duì)于心臟腫瘤、心包疾病等，心臟磁共振成像也能提供準(zhǔn)確的診斷信息。2.2心臟電影成像原理與特點(diǎn)心臟電影成像的原理基于心電門控和k空間分段采集技術(shù)。心電門控（ElectrocardiogramGating，ECGGating）是心臟電影成像的關(guān)鍵技術(shù)之一，其作用是利用心電圖信號(hào)來(lái)觸發(fā)磁共振數(shù)據(jù)采集，使數(shù)據(jù)采集與心臟的周期性運(yùn)動(dòng)同步。人體心臟始終處于有規(guī)律的收縮和舒張運(yùn)動(dòng)中，心電信號(hào)能準(zhǔn)確反映心臟的這種運(yùn)動(dòng)周期。在心臟電影成像過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)心電信號(hào)的R波（代表心室去極化，是心電圖中最明顯的波峰），將心臟的一個(gè)完整心動(dòng)周期劃分為多個(gè)時(shí)相。通常，一個(gè)心動(dòng)周期會(huì)被劃分為10-20個(gè)時(shí)相，每個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)心臟運(yùn)動(dòng)的不同階段，如收縮早期、收縮末期、舒張?jiān)缙诤褪鎻埬┢诘取＿@樣，在每個(gè)心動(dòng)周期的特定時(shí)相進(jìn)行磁共振信號(hào)采集，就可以獲取心臟在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的信息。k空間分段采集技術(shù)則是將k空間（傅里葉空間，用于存儲(chǔ)磁共振信號(hào)的頻率和相位信息，通過(guò)對(duì)k空間數(shù)據(jù)的傅里葉變換可以重建出圖像）劃分為多個(gè)小段，每個(gè)小段在不同心動(dòng)周期的相同相位進(jìn)行采集。由于一次磁共振信號(hào)采集無(wú)法在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)完成整個(gè)k空間的填充，因此采用分段采集的方式。例如，將k空間沿相位編碼方向分成多個(gè)部分，在每個(gè)心動(dòng)周期的特定時(shí)相，采集k空間的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)多個(gè)心動(dòng)周期的采集，逐步填充完整k空間，然后通過(guò)傅里葉變換將k空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式，就可以獲取心臟在整個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)不同時(shí)相的圖像，將這些圖像按時(shí)間順序連續(xù)播放，就形成了類似電影的動(dòng)態(tài)圖像，能夠直觀地展示心臟的運(yùn)動(dòng)情況。心臟電影成像對(duì)時(shí)間分辨率和空間分辨率有著較高的要求。時(shí)間分辨率是指成像系統(tǒng)能夠區(qū)分相鄰時(shí)間點(diǎn)的能力，在心臟電影成像中，高時(shí)間分辨率至關(guān)重要。心臟的運(yùn)動(dòng)速度非?？?，尤其是在收縮期，心肌的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)每秒數(shù)厘米。為了準(zhǔn)確捕捉心臟的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，如心肌的收縮和舒張過(guò)程、瓣膜的開(kāi)閉動(dòng)作等，需要成像系統(tǒng)具有足夠高的時(shí)間分辨率。一般來(lái)說(shuō)，心臟電影成像的時(shí)間分辨率應(yīng)達(dá)到30-50毫秒，這樣才能清晰地顯示心臟在不同時(shí)相的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果時(shí)間分辨率過(guò)低，就會(huì)導(dǎo)致圖像模糊，無(wú)法準(zhǔn)確觀察心臟的運(yùn)動(dòng)情況，影響對(duì)心臟功能的評(píng)估?？臻g分辨率是指成像系統(tǒng)能夠分辨物體空間細(xì)節(jié)的能力，對(duì)于心臟電影成像，高空間分辨率可以清晰地顯示心臟的解剖結(jié)構(gòu)，如心肌的厚度、心腔的大小和形狀、瓣膜的結(jié)構(gòu)等。心臟的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，心肌、心腔和瓣膜等結(jié)構(gòu)的尺寸較小，需要高空間分辨率的成像技術(shù)才能準(zhǔn)確顯示這些結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。通常，心臟電影成像的空間分辨率要求在1-2毫米之間，這樣可以滿足臨床對(duì)心臟結(jié)構(gòu)評(píng)估的需求。例如，在診斷心肌肥厚時(shí)，高空間分辨率的圖像可以準(zhǔn)確測(cè)量心肌的厚度，判斷是否存在心肌肥厚以及肥厚的程度。如果空間分辨率不足，可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)心臟結(jié)構(gòu)的誤判，影響疾病的診斷和治療。在心臟功能指標(biāo)測(cè)量和心肌病變判斷方面，心臟電影成像具有重要作用。在心臟功能指標(biāo)測(cè)量上，通過(guò)心臟電影成像可以準(zhǔn)確測(cè)量射血分?jǐn)?shù)（EjectionFraction，EF），它是指每搏輸出量占心室舒張末期容積量的百分比，是評(píng)估心臟收縮功能的重要指標(biāo)。正常成年人的射血分?jǐn)?shù)一般在50%-70%之間。通過(guò)分析心臟電影圖像中不同時(shí)相的心室容積變化，可以精確計(jì)算出射血分?jǐn)?shù)，為醫(yī)生判斷心臟的收縮功能提供依據(jù)。如果射血分?jǐn)?shù)低于正常范圍，可能提示心臟收縮功能受損，常見(jiàn)于心力衰竭、心肌梗死等疾病。還可以測(cè)量每搏輸出量（StrokeVolume，SV），即一次心跳一側(cè)心室射出的血液量，以及心輸出量（CardiacOutput，CO），即每分鐘一側(cè)心室射出的血液總量。這些指標(biāo)對(duì)于評(píng)估心臟的泵血功能，了解心臟疾病的嚴(yán)重程度和預(yù)后具有重要意義。在心肌病變判斷方面，心臟電影成像能夠幫助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)心肌的運(yùn)動(dòng)異常。例如，在心肌梗死患者中，梗死區(qū)域的心肌由于失去了正常的收縮功能，在心臟電影圖像上會(huì)表現(xiàn)為局部心肌運(yùn)動(dòng)減弱或消失，稱為節(jié)段性室壁運(yùn)動(dòng)異常。通過(guò)觀察心肌的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)合其他影像學(xué)表現(xiàn)和臨床癥狀，醫(yī)生可以準(zhǔn)確判斷心肌梗死的部位和范圍。對(duì)于心肌病患者，如擴(kuò)張型心肌病，心臟電影成像可以顯示心室腔的擴(kuò)大和心肌收縮功能的普遍性減弱；肥厚型心肌病則表現(xiàn)為心肌的局限性或普遍性肥厚。此外，心臟電影成像還可以用于檢測(cè)心肌的水腫、纖維化等病變，為心肌疾病的診斷和鑒別診斷提供重要信息。2.3傳統(tǒng)心臟電影成像面臨的挑戰(zhàn)心臟的運(yùn)動(dòng)極為復(fù)雜，它不僅自身以每分鐘60-100次的頻率進(jìn)行有規(guī)律的收縮和舒張運(yùn)動(dòng)，而且其位置還會(huì)隨著呼吸運(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變。這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)給心臟磁共振電影成像帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在不使用導(dǎo)航的情況下，為了獲得清晰、準(zhǔn)確的心臟磁共振圖像，通常需要患者屏氣掃描。因?yàn)樵诤粑^(guò)程中，心臟會(huì)隨著胸腔的起伏而產(chǎn)生位移，這會(huì)導(dǎo)致磁共振信號(hào)的模糊和失真，影響圖像的質(zhì)量和診斷的準(zhǔn)確性。屏氣掃描要求患者在一定時(shí)間內(nèi)暫停呼吸，以減少呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟成像的影響。然而，正常人的屏氣時(shí)間一般在12-20s之間，對(duì)于老年人、兒童以及患有心肺功能障礙等特殊患者群體，他們的屏氣時(shí)間往往更短，甚至可能無(wú)法完成常規(guī)的屏氣要求。這就限制了傳統(tǒng)心臟電影成像技術(shù)在這些人群中的應(yīng)用，也增加了檢查的難度和風(fēng)險(xiǎn)。在目前的臨床常規(guī)掃描中，由于受到屏氣時(shí)間的限制，正常人一次屏氣時(shí)間內(nèi)僅能采集1-2層的電影圖像。若要獲取心臟的全圖像，即對(duì)心臟的各個(gè)層面進(jìn)行全面的成像，就需要患者多次屏氣進(jìn)行掃描。每次屏氣之間還需要給予患者足夠的休息時(shí)間，以恢復(fù)體力和呼吸功能。這就導(dǎo)致臨床常規(guī)心臟電影成像的掃描時(shí)間變得非常長(zhǎng)。長(zhǎng)時(shí)間的掃描不僅會(huì)增加患者的不適感，使患者在檢查過(guò)程中容易出現(xiàn)疲勞、焦慮等情緒，降低患者的配合度。而且，多次屏氣掃描還容易在成像過(guò)程中引入各種運(yùn)動(dòng)偽影。例如，在屏氣過(guò)程中，患者可能會(huì)因?yàn)殡y以忍受而出現(xiàn)輕微的身體移動(dòng)，或者在不同次屏氣時(shí)心臟的位置和形態(tài)存在細(xì)微差異，這些都可能導(dǎo)致圖像出現(xiàn)模糊、錯(cuò)位、重影等偽影。這些運(yùn)動(dòng)偽影會(huì)降低圖像的質(zhì)量，使醫(yī)生難以準(zhǔn)確觀察心臟的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況，從而影響對(duì)心臟疾病的診斷準(zhǔn)確性。此外，長(zhǎng)時(shí)間的掃描還會(huì)占用更多的醫(yī)療資源，降低醫(yī)院的檢查效率，增加患者的等待時(shí)間，不利于醫(yī)療服務(wù)的優(yōu)化和患者的就醫(yī)體驗(yàn)。三、同時(shí)多層激發(fā)與并行成像技術(shù)原理3.1同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)（CAIPIRINHA）3.1.1技術(shù)發(fā)展歷程同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)的發(fā)展是磁共振成像領(lǐng)域不斷追求更高效率和更好圖像質(zhì)量的過(guò)程。早期的同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)主要是通過(guò)簡(jiǎn)單的射頻脈沖設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)片層的同時(shí)激發(fā)。然而，這種方式存在明顯的局限性，由于同時(shí)激發(fā)的多個(gè)片層的空間靈敏度矩陣非常接近，當(dāng)使用并行成像的重建原理對(duì)多層激發(fā)技術(shù)進(jìn)行圖像重建時(shí)，會(huì)因?yàn)榭臻g靈敏度矩陣接近奇異矩陣而無(wú)法解開(kāi)多層圖像的混疊。例如，在早期的實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)激發(fā)兩層圖像時(shí)，兩層圖像的空間靈敏度矩陣幾乎相同，導(dǎo)致重建圖像嚴(yán)重模糊，無(wú)法滿足臨床診斷的需求。為了解決這一問(wèn)題，2005年，Breuer等人提出了相位調(diào)制同時(shí)多層激發(fā)（SMS-CAIPIRINHA）技術(shù)，即CAIPIRINHA技術(shù)。該技術(shù)與早期同時(shí)多層激發(fā)技術(shù)相比，有了重大突破。CAIPIRINHA技術(shù)會(huì)對(duì)合成的射頻脈沖的每個(gè)成分進(jìn)行相位調(diào)制，使得同時(shí)激發(fā)的每層圖像都會(huì)有一個(gè)相對(duì)位移。以同時(shí)激發(fā)兩層圖像為例，通過(guò)對(duì)射頻脈沖的相位調(diào)制，使一層圖像在相位編碼方向上產(chǎn)生一定的位移，另一層圖像則產(chǎn)生相反方向的位移，這樣就增大了線圈的空間靈敏度變化。這種改進(jìn)使得可以使用并行成像的重建原理對(duì)多層激發(fā)技術(shù)進(jìn)行圖像重建，消除了傳統(tǒng)并行成像技術(shù)中R倍（R為加速倍數(shù)）的信噪比丟失。此后，CAIPIRINHA技術(shù)在磁共振成像領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，并不斷發(fā)展和完善。2011年，Stab等人將CAIPIRINHA技術(shù)應(yīng)用于平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（BSSFP）序列上，為了同時(shí)滿足調(diào)整共振偏置角和層間位移的需求，對(duì)同時(shí)激發(fā)的各層相位調(diào)制都做了相應(yīng)調(diào)整。這種調(diào)整進(jìn)一步優(yōu)化了CAIPIRINHA技術(shù)在特定序列中的性能，提高了圖像的質(zhì)量和成像的準(zhǔn)確性。隨著研究的深入，CAIPIRINHA技術(shù)在心臟磁共振電影成像、腦功能成像等多個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)，成為了現(xiàn)代磁共振成像技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。3.1.2基本原理與實(shí)現(xiàn)方式CAIPIRINHA技術(shù)的核心是利用相位調(diào)制的合成射頻脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)多層同時(shí)激發(fā)。在傳統(tǒng)的磁共振成像中，單個(gè)射頻脈沖只能激發(fā)一層圖像。而CAIPIRINHA技術(shù)通過(guò)將多個(gè)射頻脈沖進(jìn)行疊加，并對(duì)每個(gè)射頻脈沖成分進(jìn)行精確的相位調(diào)制，合成一個(gè)新的激發(fā)脈沖，從而能夠同時(shí)激發(fā)多個(gè)片層。其基本原理基于磁共振成像中的射頻脈沖激發(fā)和相位調(diào)制理論。射頻脈沖的作用是使原子核發(fā)生共振，從而產(chǎn)生可檢測(cè)的磁共振信號(hào)。在CAIPIRINHA技術(shù)中，通過(guò)調(diào)整射頻脈沖的相位，可以改變被激發(fā)原子核的相位分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同片層圖像的相對(duì)位移控制。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先需要確定同時(shí)激發(fā)的層數(shù)以及每層之間的相對(duì)位移量。假設(shè)要同時(shí)激發(fā)N層圖像，需要為每個(gè)射頻脈沖成分分配不同的相位值。以同時(shí)激發(fā)兩層圖像為例，設(shè)第一層圖像的射頻脈沖相位為\varphi_1，第二層圖像的射頻脈沖相位為\varphi_2，通過(guò)合理設(shè)置\varphi_1和\varphi_2的值，使得兩層圖像在相位編碼方向上產(chǎn)生不同的位移。通常，為了使各層間的相對(duì)位移均勻且最大化，會(huì)根據(jù)成像視野（FOV）和相位編碼方向的分辨率來(lái)計(jì)算相位值。如當(dāng)同時(shí)激發(fā)兩層時(shí)，可使兩層之間有FOV/2的位移，即通過(guò)設(shè)置合適的相位差，使一層圖像在相位編碼方向上移動(dòng)FOV/2的距離，另一層圖像則向相反方向移動(dòng)相同的距離。在實(shí)際操作中，還需要考慮到磁共振成像系統(tǒng)的硬件限制和信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。例如，射頻脈沖的功率和持續(xù)時(shí)間需要在系統(tǒng)可承受的范圍內(nèi)，同時(shí)要保證相位調(diào)制的精度，以確保每層圖像的位移符合預(yù)期。在信號(hào)采集過(guò)程中，接收線圈需要準(zhǔn)確地捕捉到同時(shí)激發(fā)的多層圖像的信號(hào)，并將其傳輸?shù)綀D像重建系統(tǒng)中進(jìn)行后續(xù)處理。3.1.3對(duì)成像的影響及優(yōu)勢(shì)CAIPIRINHA技術(shù)對(duì)磁共振成像產(chǎn)生了多方面的重要影響，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)極大地提升了成像速度。由于一次采集可同時(shí)得到多個(gè)片層的圖像，相較于傳統(tǒng)的單層激發(fā)方式，在相同的時(shí)間內(nèi)能夠獲取更多的圖像信息。在心臟磁共振電影成像中，傳統(tǒng)方法一次屏氣只能采集1-2層圖像，而使用CAIPIRINHA技術(shù)后，一次屏氣可以同時(shí)采集多層圖像，大大縮短了采集心臟全圖像所需的時(shí)間。這不僅提高了檢查效率，還減少了患者因長(zhǎng)時(shí)間掃描帶來(lái)的不適，降低了因患者運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的圖像偽影風(fēng)險(xiǎn)。在減少掃描時(shí)間方面，CAIPIRINHA技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。以心臟磁共振成像為例，傳統(tǒng)的成像方法需要多次屏氣進(jìn)行多層圖像采集，每次屏氣之間還需要患者休息，這使得整個(gè)掃描時(shí)間較長(zhǎng)。而CAIPIRINHA技術(shù)可以在一次屏氣內(nèi)完成多層圖像的采集，減少了屏氣次數(shù)和休息時(shí)間，從而顯著縮短了掃描時(shí)間。對(duì)于一些無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間屏氣的患者，如老年人、兒童和心肺功能較差的患者，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更為突出，能夠使他們更順利地完成檢查。關(guān)于圖像信噪比，CAIPIRINHA技術(shù)在一定程度上改善了傳統(tǒng)并行成像技術(shù)中因加速倍數(shù)增加導(dǎo)致的信噪比丟失問(wèn)題。傳統(tǒng)并行成像技術(shù)中，加速倍數(shù)R的增加會(huì)導(dǎo)致信噪比降低R倍。而CAIPIRINHA技術(shù)通過(guò)相位調(diào)制使每層圖像產(chǎn)生相對(duì)位移，增大了線圈的空間靈敏度變化，利用并行成像的重建原理進(jìn)行圖像重建時(shí)，消除了這種R倍的信噪比丟失。然而，在圖像重建過(guò)程中，由于幾何加速因子（g-factor）的增大，仍然會(huì)導(dǎo)致一定程度的信噪比降低。但總體而言，與傳統(tǒng)并行成像技術(shù)相比，CAIPIRINHA技術(shù)在相同加速倍數(shù)下，能夠保持相對(duì)較高的信噪比。在空間分辨率方面，CAIPIRINHA技術(shù)本身并不會(huì)降低圖像的空間分辨率。相反，由于成像速度的提高，可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成高分辨率成像所需的掃描。在高分辨率心臟磁共振電影成像中，傳統(tǒng)方法可能由于掃描時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，患者難以配合，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。而CAIPIRINHA技術(shù)可以在較短時(shí)間內(nèi)完成掃描，減少了患者運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像的影響，從而能夠更好地保持圖像的空間分辨率，清晰地顯示心臟的細(xì)微結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。3.2并行成像技術(shù)（PPA）3.2.1并行成像基本原理并行成像技術(shù)是磁共振成像領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的加速成像技術(shù)，其核心原理是利用接收陣列固有的空間靈敏度信息來(lái)分離欠采樣導(dǎo)致的混疊圖像信號(hào)。在傳統(tǒng)的磁共振成像中，為了獲得完整的圖像信息，需要對(duì)k空間進(jìn)行全面采樣，即對(duì)每個(gè)相位編碼步級(jí)都進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。然而，這種全采樣方式導(dǎo)致掃描時(shí)間較長(zhǎng)，限制了磁共振成像的應(yīng)用效率。并行成像技術(shù)通過(guò)在相位編碼方向上進(jìn)行相對(duì)規(guī)律的欠采樣，減少了相位編碼數(shù)，從而節(jié)省了采集時(shí)間。以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，假設(shè)在傳統(tǒng)成像中，需要對(duì)k空間的相位編碼方向進(jìn)行N次采樣才能獲得完整的圖像信息。而在并行成像中，通過(guò)欠采樣策略，只對(duì)其中的M（M<N）個(gè)相位編碼步級(jí)進(jìn)行采樣。這樣，采集時(shí)間理論上可以縮短為原來(lái)的M/N倍。然而，欠采樣會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，即由于相位編碼信息的缺失，重建出的圖像會(huì)出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，類似于將圖像多次對(duì)折后的效果，使得圖像無(wú)法直接用于診斷。并行成像技術(shù)利用接收陣列的空間靈敏度差異來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。接收陣列由多個(gè)線圈單元組成，每個(gè)線圈單元對(duì)不同空間位置的磁共振信號(hào)具有不同的靈敏度。這種空間靈敏度的差異就像是每個(gè)線圈單元對(duì)圖像進(jìn)行了不同角度的“觀察”。通過(guò)這些不同的“觀察”信息，可以對(duì)欠采樣導(dǎo)致的混疊圖像信號(hào)進(jìn)行分離和解混疊處理。具體來(lái)說(shuō)，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，每個(gè)線圈單元采集到的信號(hào)包含了整個(gè)成像區(qū)域的信息，但由于其空間靈敏度的不同，信號(hào)的強(qiáng)度和相位在不同位置有所差異。通過(guò)對(duì)這些來(lái)自不同線圈單元的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，利用其空間靈敏度信息作為約束條件，就可以重建出沒(méi)有混疊的完整圖像。例如，在一個(gè)包含多個(gè)線圈單元的接收陣列中，對(duì)于同一成像區(qū)域，不同線圈單元采集到的信號(hào)在某些位置可能較強(qiáng)，而在其他位置可能較弱。通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的綜合分析，可以確定每個(gè)位置的真實(shí)信號(hào)強(qiáng)度，從而解開(kāi)混疊，恢復(fù)出完整的圖像。3.2.2常用并行成像算法在并行成像技術(shù)中，基于圖像域的SENSE（SENSitivityEncoding）算法和基于k空間的GRAPPA（GeneralizedAutocalibratingPartiallyParallelAcquisitions）算法是兩種常用的算法，它們?cè)谠砗土鞒躺细饔刑攸c(diǎn)。SENSE算法主要在圖像域進(jìn)行處理。其基本原理是利用參考圖像計(jì)算出圖像靈敏度矩陣，然后通過(guò)該矩陣對(duì)混疊的圖像進(jìn)行反解，從而得到完整的圖像。在具體流程中，首先需要獲取每個(gè)線圈單元的低分辨率全視場(chǎng)圖像，通過(guò)對(duì)這些圖像進(jìn)行歸一化、平滑濾波、閾值處理以及點(diǎn)估計(jì)等操作，生成每個(gè)線圈單元的靈敏度圖像，這些靈敏度圖像構(gòu)成了圖像靈敏度矩陣。然后，在k空間進(jìn)行欠采樣，每個(gè)線圈單元獲得具有混疊的欠FOV（FieldofView，視野）圖像。由于欠采樣，這些圖像會(huì)出現(xiàn)重疊偽影，即混疊現(xiàn)象。最后，利用之前計(jì)算得到的圖像靈敏度矩陣，將混疊的圖像進(jìn)行反解。以2倍k空間欠采樣為例，假設(shè)有兩個(gè)線圈單元，對(duì)于圖像中的任意一點(diǎn)，根據(jù)兩個(gè)線圈單元對(duì)該點(diǎn)的靈敏度以及采集到的混疊信號(hào)，可以列出線性方程，通過(guò)求解該方程，就可以得到該點(diǎn)的真實(shí)圖像信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)從欠采樣的混疊圖像中恢復(fù)出完整的圖像。GRAPPA算法則是在k空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和重建。該算法利用k空間中心全采樣部分計(jì)算出k空間的算子，這個(gè)算子表示的是k空間中的點(diǎn)與相鄰點(diǎn)之間的線性關(guān)系。具體流程為，在磁共振掃描過(guò)程中，并行采集k空間的多條線數(shù)據(jù)。由于采用了欠采樣策略，會(huì)丟失一部分原始數(shù)據(jù)。然后，通過(guò)已采集的數(shù)據(jù)，利用k空間中心全采樣部分的數(shù)據(jù)，計(jì)算出k空間的算子。這個(gè)算子體現(xiàn)了k空間中不同位置數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。最后，利用這個(gè)算子，將欠采樣部分的k空間信號(hào)通過(guò)卷積計(jì)算進(jìn)行填充。例如，對(duì)于丟失的某條k空間線數(shù)據(jù)，可以根據(jù)其相鄰的已采集數(shù)據(jù)以及計(jì)算出的算子，通過(guò)卷積運(yùn)算得到該條線的數(shù)據(jù)，從而得到完整k空間的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)傅里葉變換，就可以重建出完整的圖像。這兩種算法各有優(yōu)缺點(diǎn)。SENSE算法的優(yōu)點(diǎn)是原理相對(duì)簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)。它直接在圖像域進(jìn)行處理，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的成像情況能夠快速有效地重建出圖像。然而，SENSE算法也存在一些不足之處。它對(duì)參考圖像的依賴性較強(qiáng)，如果參考圖像的質(zhì)量不佳，會(huì)直接影響圖像靈敏度矩陣的計(jì)算，進(jìn)而影響重建圖像的質(zhì)量。而且，在高加速倍數(shù)下，由于欠采樣程度較大，混疊現(xiàn)象更加嚴(yán)重，SENSE算法的重建效果會(huì)受到較大影響，圖像可能會(huì)出現(xiàn)較多的偽影和噪聲。GRAPPA算法的優(yōu)勢(shì)在于它利用了k空間數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行重建，不需要像SENSE算法那樣依賴參考圖像。這使得GRAPPA算法在處理一些復(fù)雜的成像情況時(shí)具有更好的適應(yīng)性，能夠在一定程度上減少圖像偽影和噪聲。此外，GRAPPA算法在高加速倍數(shù)下的重建性能相對(duì)較好，能夠保持較高的圖像質(zhì)量。但是，GRAPPA算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，需要進(jìn)行復(fù)雜的k空間算子計(jì)算和卷積運(yùn)算，這會(huì)導(dǎo)致重建時(shí)間較長(zhǎng)。而且，該算法對(duì)硬件性能要求較高，需要強(qiáng)大的計(jì)算能力來(lái)支持其復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程。3.2.3并行成像在心臟成像中的應(yīng)用難點(diǎn)與解決思路在心臟磁共振成像中應(yīng)用并行成像技術(shù)，雖然能夠有效縮短掃描時(shí)間，但也面臨著一些特殊的難點(diǎn)。相位編碼數(shù)的減少是并行成像技術(shù)縮短掃描時(shí)間的關(guān)鍵，但這也不可避免地導(dǎo)致了信噪比（Signal-to-NoiseRatio，SNR）的降低。在心臟成像中，由于心臟的運(yùn)動(dòng)以及復(fù)雜的生理環(huán)境，本身就對(duì)圖像的信噪比有較高的要求。較低的信噪比會(huì)使圖像中的噪聲增加，掩蓋心臟的細(xì)微結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)信息，影響醫(yī)生對(duì)心臟疾病的準(zhǔn)確診斷。例如，在檢測(cè)心肌梗死區(qū)域時(shí)，低信噪比的圖像可能無(wú)法清晰顯示梗死區(qū)域的邊界和范圍，導(dǎo)致誤診或漏診。并行成像技術(shù)在心臟成像中還面臨著運(yùn)動(dòng)偽影的問(wèn)題。心臟始終處于快速的收縮和舒張運(yùn)動(dòng)中，其運(yùn)動(dòng)速度和幅度較大。并行成像的欠采樣策略可能會(huì)導(dǎo)致在心臟運(yùn)動(dòng)過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)不完整或不準(zhǔn)確，從而在重建圖像中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影。這些偽影可能表現(xiàn)為圖像的模糊、錯(cuò)位或重影，干擾醫(yī)生對(duì)心臟形態(tài)和功能的觀察。比如，在觀察心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)偽影可能會(huì)使瓣膜的開(kāi)閉動(dòng)作顯示不清，影響對(duì)瓣膜功能的評(píng)估。為了解決這些問(wèn)題，可以采用多種思路。將并行成像技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合是一種有效的方法。與壓縮感知技術(shù)結(jié)合，壓縮感知技術(shù)利用信號(hào)的稀疏性，通過(guò)欠采樣獲取少量數(shù)據(jù)，然后利用優(yōu)化算法重建出完整的圖像。在心臟成像中，結(jié)合并行成像和壓縮感知技術(shù)，可以在進(jìn)一步減少采樣數(shù)據(jù)量的同時(shí)，利用壓縮感知的重建算法提高圖像的信噪比和減少偽影。具體來(lái)說(shuō)，并行成像技術(shù)通過(guò)減少相位編碼數(shù)實(shí)現(xiàn)初步的加速，壓縮感知技術(shù)則對(duì)欠采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，利用心臟信號(hào)在某些變換域的稀疏性，重建出高質(zhì)量的圖像。優(yōu)化重建算法也是解決問(wèn)題的重要途徑。針對(duì)并行成像在心臟成像中出現(xiàn)的混疊和運(yùn)動(dòng)偽影問(wèn)題，可以對(duì)傳統(tǒng)的SENSE和GRAPPA算法進(jìn)行改進(jìn)。在SENSE算法中，可以改進(jìn)線圈靈敏度矩陣的計(jì)算方法，使其更加準(zhǔn)確地反映心臟組織的特性，從而提高圖像的重建質(zhì)量。在GRAPPA算法中，可以優(yōu)化k空間算子的計(jì)算，使其更好地適應(yīng)心臟運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，減少因心臟運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的重建誤差。還可以采用一些新的重建算法，如基于深度學(xué)習(xí)的重建算法。深度學(xué)習(xí)算法具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和擬合能力，能夠從大量的心臟磁共振圖像數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)到心臟的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特征，從而在并行成像的欠采樣情況下，更準(zhǔn)確地重建出心臟圖像，提高圖像的信噪比和減少偽影。四、基于同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟電影成像序列設(shè)計(jì)4.1序列設(shè)計(jì)思路與目標(biāo)本研究的序列設(shè)計(jì)核心思路是將CAIPIRINHA技術(shù)和PPA技術(shù)有機(jī)結(jié)合到心臟電影成像序列中，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)快速、高質(zhì)量的心臟磁共振電影成像。CAIPIRINHA技術(shù)能夠通過(guò)相位調(diào)制的合成射頻脈沖同時(shí)激發(fā)多個(gè)片層，實(shí)現(xiàn)選層方向的加速；PPA技術(shù)則利用接收陣列的空間靈敏度信息，在相位編碼方向通過(guò)減少相位編碼數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)加速。將這兩種技術(shù)結(jié)合，能夠在相位編碼和選層編碼兩個(gè)方向同時(shí)實(shí)現(xiàn)加速，從而有效縮短掃描時(shí)間。在將CAIPIRINHA技術(shù)融入序列時(shí)，需要考慮如何設(shè)計(jì)合成射頻脈沖的相位調(diào)制方案，以確保同時(shí)激發(fā)的各層圖像有合適的相對(duì)位移，滿足并行成像重建的條件。以同時(shí)激發(fā)兩層圖像為例，要使兩層圖像在相位編碼方向上產(chǎn)生如FOV/2的相對(duì)位移，就需要精確計(jì)算和設(shè)置射頻脈沖的相位。在PPA技術(shù)的應(yīng)用中，要合理確定相位編碼方向的欠采樣策略，以在保證圖像質(zhì)量的前提下最大程度地減少采集時(shí)間。例如，在確定加速倍數(shù)時(shí)，需要綜合考慮信噪比、圖像分辨率和掃描時(shí)間等因素，選擇合適的欠采樣比例。本研究的目標(biāo)是在保障圖像質(zhì)量以及準(zhǔn)確測(cè)量心臟功能的前提下，實(shí)現(xiàn)掃描時(shí)間的成倍節(jié)省。在圖像質(zhì)量方面，要確保重建后的心臟電影圖像具有足夠高的信噪比和空間分辨率，能夠清晰地顯示心臟的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)。心臟的心肌厚度、瓣膜結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)對(duì)于疾病診斷至關(guān)重要，圖像必須能夠準(zhǔn)確呈現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)模糊、偽影等影響診斷的問(wèn)題。在心臟功能測(cè)量上，要保證通過(guò)心臟電影圖像計(jì)算得到的各項(xiàng)心臟功能指標(biāo)，如射血分?jǐn)?shù)、每搏輸出量等，準(zhǔn)確可靠。這些指標(biāo)是評(píng)估心臟健康狀況和診斷心臟疾病的重要依據(jù)，不準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果可能導(dǎo)致誤診或漏診。通過(guò)優(yōu)化序列設(shè)計(jì)和重建算法，滿足上述要求，提高心臟磁共振電影成像的效率和準(zhǔn)確性，為臨床診斷提供更有力的支持。4.2射頻脈沖設(shè)計(jì)與相位調(diào)制4.2.1多射頻脈沖疊加與相位循環(huán)調(diào)整在基于同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟電影成像序列中，射頻脈沖設(shè)計(jì)與相位調(diào)制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)同時(shí)多層激發(fā)，需將多個(gè)射頻脈沖疊加。傳統(tǒng)的單層圖像信號(hào)表示為S(m)=\sum_{n=0}^{N-1}\rho(n)e^{-i2\pi\frac{m}{N}n}，其中S表示一般的k空間信號(hào)，\Deltax為采樣間距，F(xiàn)OV表示成像視野，N表示空間編碼數(shù)，m為k空間編碼指針。若直接同時(shí)激發(fā)NS（numberofslice）層，得到的混疊圖像信號(hào)為S_{mixed}(m)=\sum_{s=0}^{NS-1}\sum_{n=0}^{N-1}\rho_s(n)e^{-i2\pi\frac{m}{N}n}，此時(shí)每層圖像會(huì)直接疊加在一起，空間靈敏度矩陣也會(huì)十分接近。當(dāng)空間靈敏度矩陣為奇異矩陣時(shí)，無(wú)法利用并行成像的重建方法解開(kāi)多層圖像的混疊。為增大圖像空間靈敏度矩陣的變化，對(duì)激發(fā)每層圖像的射頻脈沖加上特定的線性相位調(diào)制，使得每一層圖像與其它層在相位編碼方向有一個(gè)相對(duì)位移，即S_{shift}(m)=\sum_{s=0}^{NS-1}\sum_{n=0}^{N-1}\rho_s(n)e^{-i2\pi\frac{m}{N}(n+\Deltan_s)}，其中\(zhòng)Deltan_s是每層的相對(duì)位移，通過(guò)線性相位調(diào)制實(shí)現(xiàn)。通常，為使各層間的相對(duì)位移均勻且最大化，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。以同時(shí)激發(fā)兩層為例，調(diào)制后的混疊圖像信號(hào)為S_{2-layer}(m)=\sum_{n=0}^{N-1}\rho_1(n)e^{-i2\pi\frac{m}{N}n}+\sum_{n=0}^{N-1}\rho_2(n)e^{-i2\pi\frac{m}{N}(n+\Deltan)}。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常選定一層作為基準(zhǔn)，算出同時(shí)激發(fā)的片層與基準(zhǔn)層的距離\Deltaz。根據(jù)相關(guān)公式，得到頻率差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。在調(diào)整相位循環(huán)時(shí)，由于本研究使用的BSSFP序列對(duì)B0場(chǎng)不均勻敏感，容易形成帶狀偽影影響圖像質(zhì)量，所以需要通過(guò)線性增加射頻相位來(lái)改變共振偏置角抑制帶狀偽影。為抑制帶狀偽影維持穩(wěn)態(tài)，射頻相位變化需要滿足以下條件\Phi_{n+1}=\Phi_n+\alpha，其中\(zhòng)alpha為射頻相位增量，A、B、C可為任意常數(shù)。一般來(lái)說(shuō)線性的相位循環(huán)即可維持穩(wěn)態(tài)。因此，在本研究中需要同時(shí)滿足兩方面的條件，這意味著前文的CAIPIRINHA的射頻相位循環(huán)需要作出改變?？扇√囟ǖ闹?，同時(shí)滿足兩方面的條件，只要保證B_j的值各不相同，理論上可以對(duì)同時(shí)激發(fā)的任意一層選取任意的相位。但實(shí)際上，為最大化空間靈敏度矩陣的變化和重建的準(zhǔn)確度，優(yōu)選的方案是將同時(shí)激發(fā)的每層均勻地分布在整個(gè)視野中。比如同時(shí)激發(fā)兩層時(shí)，每層之間有FOV/2的位移，相應(yīng)的相位設(shè)置為特定值，公式也會(huì)進(jìn)一步變化。4.2.2針對(duì)BSSFP序列的相位調(diào)制優(yōu)化BSSFP序列以其對(duì)比度高、信噪比高和掃描速度快的特性，在快速成像技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在心臟成像領(lǐng)域。然而，該序列對(duì)B0場(chǎng)不均勻極為敏感，這一特性容易導(dǎo)致圖像中形成帶狀偽影。B0場(chǎng)不均勻會(huì)使不同位置的原子核共振頻率產(chǎn)生偏差，在BSSFP序列中，這種頻率偏差會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的周期性變化，從而在圖像上形成明暗相間的帶狀偽影。這些帶狀偽影嚴(yán)重影響了圖像的質(zhì)量，干擾了醫(yī)生對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能的準(zhǔn)確判斷。例如，在觀察心肌的細(xì)微結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，帶狀偽影可能會(huì)掩蓋心肌的真實(shí)形態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征，導(dǎo)致誤診或漏診。為了解決這一問(wèn)題，本研究采用線性增加射頻相位的方法來(lái)改變共振偏置角，從而抑制帶狀偽影。通過(guò)線性增加射頻相位，可以使不同位置的原子核共振頻率的偏差得到一定程度的補(bǔ)償，減少信號(hào)的周期性變化，進(jìn)而抑制帶狀偽影的產(chǎn)生。為了維持磁化矢量的穩(wěn)態(tài)，射頻相位變化需要滿足一定的條件。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)合理設(shè)置射頻相位的增量和起始相位，可以在有效抑制帶狀偽影的同時(shí)，保持序列的穩(wěn)定性和成像的準(zhǔn)確性。在同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟電影成像序列中，針對(duì)BSSFP序列進(jìn)行相位調(diào)制優(yōu)化，對(duì)于提高圖像質(zhì)量，準(zhǔn)確評(píng)估心臟功能具有重要意義。4.3采樣策略與相位編碼調(diào)整4.3.1層面內(nèi)加速的采樣策略在層面內(nèi)加速時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)掃描時(shí)間的縮短，部分相位編碼會(huì)被跳過(guò)，采用特定的采樣策略。當(dāng)加速倍數(shù)為R時(shí)，若僅在相位編碼為R的倍數(shù)時(shí)進(jìn)行采樣，即m=nR，其中m為實(shí)際采樣的相位編碼值，n為整數(shù)。例如，當(dāng)加速倍數(shù)R=2時(shí)，原本需要對(duì)相位編碼1,2,3,4,\cdots進(jìn)行采樣，現(xiàn)在只對(duì)相位編碼為2,4,6,8,\cdots進(jìn)行采樣。這種采樣策略雖然減少了相位編碼數(shù)，節(jié)省了采集時(shí)間，但會(huì)導(dǎo)致圖像出現(xiàn)混疊現(xiàn)象。為了維持磁化矢量的穩(wěn)態(tài)，需要對(duì)線性相位編碼進(jìn)行調(diào)整。在磁共振成像中，磁化矢量的穩(wěn)態(tài)對(duì)于獲得高質(zhì)量的圖像至關(guān)重要。如果相位編碼調(diào)整不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致磁化矢量的不平衡，從而產(chǎn)生圖像偽影。在層面內(nèi)加速時(shí)，由于部分相位編碼被跳過(guò)，原來(lái)的相位編碼規(guī)律被打破，因此需要重新調(diào)整線性相位編碼。通過(guò)合理調(diào)整相位編碼，可以使磁化矢量在不同的采樣點(diǎn)之間保持穩(wěn)定，從而保證圖像的質(zhì)量。例如，在調(diào)整相位編碼時(shí)，需要考慮到射頻脈沖的相位調(diào)制、層面間的位移以及共振偏置角等因素，以確保相位編碼的調(diào)整能夠滿足磁化矢量穩(wěn)態(tài)的要求。4.3.2心電門控分段采集的相位編碼設(shè)計(jì)心臟電影成像采用心電門控（ECG）觸發(fā)的分段采集方式，這種方式的特點(diǎn)是將整個(gè)心動(dòng)周期劃分為多個(gè)期相，每個(gè)期相內(nèi)心臟運(yùn)動(dòng)視為相對(duì)靜止，在每個(gè)心動(dòng)周期的相同期相進(jìn)行圖像采集。由于每一幅圖像都是分段在多個(gè)心動(dòng)周期中同一期相采集的，這意味著每幅圖像的采集過(guò)程都會(huì)有間斷。在這種情況下，為了保持相位循環(huán)的完整和磁化矢量的穩(wěn)態(tài)，每個(gè)期相中包含的相位編碼數(shù)應(yīng)是相位循環(huán)數(shù)的整數(shù)倍。以一個(gè)具體的例子來(lái)說(shuō)明，假設(shè)相位循環(huán)數(shù)為N，如果每個(gè)期相中包含的相位編碼數(shù)不是N的整數(shù)倍，那么在不同心動(dòng)周期的相同期相采集數(shù)據(jù)時(shí)，相位循環(huán)就會(huì)出現(xiàn)不完整的情況，導(dǎo)致磁化矢量的不穩(wěn)定。這可能會(huì)在圖像中產(chǎn)生偽影，影響圖像的質(zhì)量和對(duì)心臟功能的準(zhǔn)確評(píng)估。因此，在設(shè)計(jì)相位編碼時(shí)，需要根據(jù)心臟的心率、期相劃分以及相位循環(huán)數(shù)等因素，合理確定每個(gè)期相中包含的相位編碼數(shù)。如果心臟的心率較快，心動(dòng)周期較短，那么在相同的時(shí)間分辨率要求下，每個(gè)期相內(nèi)需要采集的相位編碼數(shù)就可能需要相應(yīng)調(diào)整，以確保是相位循環(huán)數(shù)的整數(shù)倍。通過(guò)這種方式，可以保證在分段采集過(guò)程中，相位循環(huán)的完整性和磁化矢量的穩(wěn)態(tài)，從而提高心臟電影成像的質(zhì)量。五、圖像重建算法研究與優(yōu)化5.1傳統(tǒng)SENSE/GRAPPA算法分析5.1.1算法原理與流程SENSE算法作為基于圖像域的并行成像重建算法，其核心原理是利用線圈對(duì)不同空間位置磁共振信號(hào)的敏感度差異，通過(guò)計(jì)算圖像靈敏度矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)從欠采樣混疊圖像中恢復(fù)出完整圖像。在磁共振成像過(guò)程中，每個(gè)線圈對(duì)于靠近它的成像物體部分敏感度最高，隨著距離增加敏感度下降，這種特性被稱為線圈的局部敏感性。在SENSE算法中，首先要進(jìn)行線圈敏感度估計(jì)。在實(shí)際采集之前，先獲取每個(gè)線圈的低分辨率全視場(chǎng)圖像。這些圖像通過(guò)除以低分辨率總體線圈圖像進(jìn)行歸一化處理，以消除不同線圈之間的信號(hào)強(qiáng)度差異。然后，對(duì)歸一化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波，去除噪聲和高頻干擾，使數(shù)據(jù)更加平滑。接著進(jìn)行閾值處理，將低于某個(gè)閾值的數(shù)據(jù)視為噪聲進(jìn)行去除，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。最后通過(guò)點(diǎn)估計(jì)生成平滑的敏感度圖像，這些圖像量化了每個(gè)線圈接收區(qū)域內(nèi)不同原點(diǎn)的信號(hào)的相對(duì)權(quán)重，構(gòu)成了圖像靈敏度矩陣。完成線圈敏感度估計(jì)后，在k空間進(jìn)行欠采樣，每個(gè)線圈獲得具有混疊的欠FOV圖像。由于欠采樣，這些圖像會(huì)出現(xiàn)重疊偽影，即混疊現(xiàn)象。以2倍k空間欠采樣為例，假設(shè)存在兩個(gè)線圈單元，對(duì)于圖像中的任意一點(diǎn)A，線圈1和線圈2對(duì)該點(diǎn)的靈敏度分別為S_{1A}和S_{2A}。類似地，對(duì)于另一點(diǎn)B，線圈1和線圈2對(duì)其靈敏度分別為S_{1B}和S_{2B}。用P_1和P_2表示來(lái)自線圈1和線圈2的重建后的結(jié)果，它們是2倍混疊的1/2FOV的混疊圖像。根據(jù)線圈靈敏度和混疊圖像的關(guān)系，可以列出線性方程P_1=AS_{1A}+BS_{1B}和P_2=AS_{2A}+BS_{2B}。由于S_{1A}、S_{1B}、S_{2A}、S_{2B}以及P_1、P_2都是已知的，通過(guò)求解這個(gè)線性方程，就可以得到A和B兩點(diǎn)的真實(shí)圖像信號(hào)。通過(guò)對(duì)圖像中所有點(diǎn)進(jìn)行這樣的計(jì)算，就能夠從欠采樣的混疊圖像中恢復(fù)出完整的圖像。GRAPPA算法是基于k空間的并行成像重建算法，其原理是利用k空間中心全采樣部分計(jì)算出k空間的算子，通過(guò)該算子體現(xiàn)的k空間中各點(diǎn)的線性關(guān)系，對(duì)欠采樣部分的k空間信號(hào)進(jìn)行卷積計(jì)算填充，從而得到完整的k空間信號(hào)，再經(jīng)過(guò)傅里葉變換重建出完整圖像。在磁共振掃描時(shí)，并行采集k空間的多條線數(shù)據(jù)，由于采用了欠采樣策略，會(huì)丟失一部分原始數(shù)據(jù)。首先，通過(guò)已采集的數(shù)據(jù)，利用k空間中心全采樣部分的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算k空間的算子。這個(gè)算子表示的是k空間中的點(diǎn)與相鄰點(diǎn)之間的線性關(guān)系。例如，在確定鄰域采樣點(diǎn)時(shí)，通常會(huì)尋找同心圓形狀的區(qū)域，并將圓內(nèi)的所有采樣點(diǎn)作為鄰域采樣點(diǎn)。這些鄰域采樣點(diǎn)將用于線性擬合預(yù)測(cè)未被采樣的數(shù)據(jù)。使用卷積的方法求解每個(gè)鄰域點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)，以確定每個(gè)鄰域點(diǎn)在預(yù)測(cè)時(shí)的貢獻(xiàn)。在未被采樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)處，根據(jù)求解得到的加權(quán)系數(shù)來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)值。將預(yù)測(cè)值與已有的采樣數(shù)據(jù)相混合以得到完整的圖像。這個(gè)過(guò)程通常是在逆傅里葉變換的過(guò)程中完成的，對(duì)所有預(yù)測(cè)值的k空間進(jìn)行逆傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換為時(shí)域圖像。然后，將已有的采樣數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)后得到的圖像進(jìn)行加權(quán)平均，即可得到一幅具有更高質(zhì)量的完整圖像。5.1.2在二維加速成像中的局限性標(biāo)準(zhǔn)的SENSE和GRAPPA算法主要是針對(duì)相位編碼方向的欠采樣進(jìn)行圖像重建，屬于一維加速的重建算法。在傳統(tǒng)的磁共振成像加速應(yīng)用中，這兩種算法在相位編碼方向上通過(guò)減少相位編碼數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)加速，能夠在一定程度上縮短掃描時(shí)間，并且在一維加速的情況下取得了較好的重建效果。然而，在同時(shí)多層激發(fā)和并行成像相結(jié)合的二維加速成像場(chǎng)景中，即相位編碼方向和選層方向同時(shí)加速時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的SENSE和GRAPPA算法存在明顯的局限性。對(duì)于SENSE算法，在二維加速時(shí)，由于選層方向也進(jìn)行了加速，導(dǎo)致混疊圖像的復(fù)雜性增加。傳統(tǒng)的SENSE算法只考慮了相位編碼方向的欠采樣和線圈靈敏度信息，無(wú)法有效處理選層方向加速帶來(lái)的混疊問(wèn)題。選層方向的加速使得不同層之間的信號(hào)相互干擾，而SENSE算法在計(jì)算圖像靈敏度矩陣時(shí)，沒(méi)有充分考慮到這種跨層的信號(hào)干擾，導(dǎo)致在重建圖像時(shí)容易出現(xiàn)偽影和失真。當(dāng)同時(shí)多層激發(fā)的層數(shù)較多時(shí)，不同層圖像在相位編碼方向和選層方向的混疊情況相互交織，SENSE算法難以準(zhǔn)確地分離出各層的真實(shí)信號(hào)，從而影響圖像的質(zhì)量和診斷的準(zhǔn)確性。GRAPPA算法在二維加速成像中也面臨挑戰(zhàn)。在計(jì)算k空間算子時(shí)，GRAPPA算法主要基于k空間中心全采樣部分的數(shù)據(jù)以及相位編碼方向的信息。在二維加速情況下，選層方向的加速改變了k空間數(shù)據(jù)的分布和結(jié)構(gòu)，使得原有的基于相位編碼方向的k空間算子計(jì)算方法不再適用。由于選層方向的加速，k空間中不同層的數(shù)據(jù)關(guān)系變得更加復(fù)雜，GRAPPA算法難以準(zhǔn)確地捕捉到這些復(fù)雜的關(guān)系，導(dǎo)致在填充欠采樣部分的k空間信號(hào)時(shí)出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響圖像的重建質(zhì)量。在多層激發(fā)且相位編碼和選層方向同時(shí)加速時(shí)，GRAPPA算法重建出的圖像可能會(huì)出現(xiàn)模糊、邊緣不清晰等問(wèn)題，無(wú)法滿足臨床對(duì)高分辨率心臟磁共振圖像的要求。5.2改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法5.2.1算法改進(jìn)思路對(duì)于經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的多層激發(fā)圖像，標(biāo)準(zhǔn)的SENSE/GRAPPA方法在圖像拼接處容易造成偽影，這是由于同時(shí)激發(fā)的兩層圖像的相位調(diào)制不一致，而標(biāo)準(zhǔn)方法所構(gòu)造的k空間算子僅適用于相同相位調(diào)制混疊圖像的重建。為解決這一問(wèn)題，本研究對(duì)SENSE/GRAPPA算法進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)思路主要圍繞如何模擬混疊圖像因相位調(diào)制導(dǎo)致的平移以及構(gòu)建合適的參考圖像來(lái)展開(kāi)。本研究通過(guò)增加一倍FOV來(lái)處理相位調(diào)制帶來(lái)的影響。在同時(shí)多層激發(fā)的情況下，相位調(diào)制會(huì)使混疊圖像在相位編碼方向產(chǎn)生相對(duì)位移。通過(guò)增加FOV，能夠?yàn)檫@種位移提供足夠的空間，從而利用參考圖像在拼接圖像中的位置移動(dòng)來(lái)模擬混疊圖像因相位調(diào)制導(dǎo)致的平移。具體來(lái)說(shuō)，在構(gòu)建參考圖像時(shí)，使用相同相位調(diào)制的兩層參考圖像來(lái)構(gòu)建拼接圖像，其余部分填零處理。這樣，在保證相位調(diào)制一致性的同時(shí)，使得像素之間的混疊狀態(tài)仍然和原圖像相同。在同時(shí)激發(fā)兩層且存在相位調(diào)制的情況下，將兩層參考圖像按照特定的方式拼接在一起，通過(guò)調(diào)整它們?cè)谄唇訄D像中的位置，使其能夠準(zhǔn)確模擬混疊圖像的平移情況。通過(guò)這種方式，可以有效避免因相位調(diào)制不一致而導(dǎo)致的偽影問(wèn)題，提高圖像拼接的準(zhǔn)確性和重建圖像的質(zhì)量。5.2.2改進(jìn)算法的實(shí)現(xiàn)步驟改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法實(shí)現(xiàn)步驟主要包括構(gòu)建拼接參考圖像、計(jì)算k空間算子以及填充k空間數(shù)據(jù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在構(gòu)建拼接參考圖像時(shí)，對(duì)于經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的多層激發(fā)圖像，為解決標(biāo)準(zhǔn)方法在圖像拼接處造成偽影的問(wèn)題，采取特殊的構(gòu)建方式。使用相同相位調(diào)制的兩層參考圖像來(lái)構(gòu)建拼接圖像，其余部分填零處理。假設(shè)同時(shí)激發(fā)兩層圖像，分別獲取這兩層具有相同相位調(diào)制的參考圖像。將這兩層參考圖像按照一定的規(guī)則進(jìn)行拼接，使它們?cè)谄唇訄D像中的位置能夠模擬混疊圖像因相位調(diào)制導(dǎo)致的平移。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)相位調(diào)制所產(chǎn)生的位移量，確定兩層參考圖像在拼接圖像中的相對(duì)位置。如果相位調(diào)制使得兩層圖像在相位編碼方向上有一定的位移，那么在拼接時(shí)，將兩層參考圖像按照相應(yīng)的位移量進(jìn)行排列，其余未被參考圖像占據(jù)的部分填零。通過(guò)這種方式構(gòu)建的拼接參考圖像，能夠準(zhǔn)確反映混疊圖像的特征，為后續(xù)的圖像重建提供可靠的基礎(chǔ)。計(jì)算k空間算子是改進(jìn)算法的重要步驟。利用構(gòu)建好的拼接參考圖像的k空間中心數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算k空間算子。k空間算子表示的是k空間中的點(diǎn)與相鄰點(diǎn)之間的線性關(guān)系。在計(jì)算時(shí)，首先對(duì)拼接參考圖像進(jìn)行傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換到k空間。然后，提取k空間中心的全采樣部分?jǐn)?shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)包含了圖像的低頻信息，對(duì)于計(jì)算k空間算子至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)k空間中心全采樣部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，使用特定的算法來(lái)計(jì)算k空間算子。在計(jì)算過(guò)程中，考慮到k空間中各點(diǎn)之間的相關(guān)性，采用合適的數(shù)學(xué)方法，如卷積運(yùn)算等，來(lái)確定k空間算子的具體形式。通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算k空間算子，可以為填充欠采樣部分的k空間信號(hào)提供有效的工具。完成k空間算子的計(jì)算后，需要對(duì)欠采樣部分的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行填充。將混疊圖像的k空間數(shù)據(jù)均勻地分布在擴(kuò)展后的k空間內(nèi)。由于擴(kuò)展后的k空間是基于增加FOV后的拼接參考圖像構(gòu)建的，所以能夠容納混疊圖像因相位調(diào)制而產(chǎn)生的位移。利用之前計(jì)算得到的k空間算子，對(duì)擴(kuò)展后混疊圖像的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積計(jì)算。在卷積計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)k空間算子所表示的線性關(guān)系，對(duì)欠采樣部分的k空間信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)和填充。對(duì)于k空間中缺失的數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過(guò)其相鄰已采樣點(diǎn)以及k空間算子，計(jì)算出該點(diǎn)的估計(jì)值，從而完成k空間數(shù)據(jù)的填充。經(jīng)過(guò)填充后的k空間數(shù)據(jù)包含了完整的圖像信息，再對(duì)其進(jìn)行傅里葉逆變換，就可以得到?jīng)]有混疊的重建圖像。5.2.3算法性能優(yōu)勢(shì)分析通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，可以清晰地看到改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法在減少偽影、提高圖像質(zhì)量和重建準(zhǔn)確性方面具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。從理論上分析，改進(jìn)算法通過(guò)增加FOV以及調(diào)整參考圖像的拼接方式，能夠有效解決標(biāo)準(zhǔn)算法在相位調(diào)制情況下的局限性。在傳統(tǒng)的SENSE/GRAPPA算法中，由于無(wú)法準(zhǔn)確處理相位調(diào)制導(dǎo)致的圖像平移，使得在圖像拼接處容易出現(xiàn)偽影。而改進(jìn)算法利用相同相位調(diào)制的兩層參考圖像構(gòu)建拼接圖像，并通過(guò)位置移動(dòng)模擬混疊圖像的平移，使得重建過(guò)程能夠更好地適應(yīng)相位調(diào)制的影響。在計(jì)算k空間算子時(shí)，基于改進(jìn)后的拼接參考圖像，能夠更準(zhǔn)確地反映k空間中各點(diǎn)的線性關(guān)系，從而提高填充欠采樣k空間信號(hào)的準(zhǔn)確性。這使得重建圖像能夠更真實(shí)地反映原始圖像的特征，減少因重建誤差導(dǎo)致的偽影和失真。在實(shí)驗(yàn)對(duì)比方面，通過(guò)水模實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)可以直觀地驗(yàn)證改進(jìn)算法的優(yōu)勢(shì)。在水模實(shí)驗(yàn)中，將多層激發(fā)二維加速成像方法與傳統(tǒng)的PPA四倍成像方法進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，多層激發(fā)二維加速成像方法采用改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法進(jìn)行圖像重建，相較于PPA四倍成像方法，更容易出現(xiàn)重建偽影，圖像質(zhì)量更優(yōu)。在多層激發(fā)二維加速時(shí)，傳統(tǒng)方法重建圖像可能會(huì)出現(xiàn)明顯的混疊偽影和模糊現(xiàn)象，而改進(jìn)算法重建的圖像能夠清晰地顯示水模的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，邊緣更清晰，噪聲更低。在人體實(shí)驗(yàn)中，對(duì)志愿者進(jìn)行多層激發(fā)二維加速心臟電影成像。通過(guò)對(duì)重建后的心臟電影圖像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)算法能夠更準(zhǔn)確地呈現(xiàn)心臟的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。在觀察心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)時(shí)，改進(jìn)算法重建的圖像能夠清晰地顯示瓣膜的開(kāi)閉動(dòng)作，而傳統(tǒng)算法可能會(huì)出現(xiàn)瓣膜運(yùn)動(dòng)模糊或顯示不清的情況。在測(cè)量心臟功能指標(biāo)，如射血分?jǐn)?shù)、每搏輸出量等時(shí)，改進(jìn)算法重建的圖像計(jì)算得到的指標(biāo)更加準(zhǔn)確，與實(shí)際情況更接近。這表明改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法在實(shí)際應(yīng)用中能夠提供更可靠的圖像信息，有助于醫(yī)生更準(zhǔn)確地診斷心臟疾病。六、實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析6.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)6.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備與參數(shù)設(shè)置本研究中的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均使用上海聯(lián)影醫(yī)療技術(shù)有限公司的1.5T磁共振系統(tǒng)（uMR560）進(jìn)行采集。在水模實(shí)驗(yàn)中，選用16通道頭部線圈對(duì)正方體分辨率水模進(jìn)行掃描，采用基于CAIPIRINHA的BSSFP序列。在多層激發(fā)二維加速成像中，選層方向加速因子（MBfactor）設(shè)置為2，這意味著在選層方向上實(shí)現(xiàn)了2倍加速；相位編碼方向加速因子（Rpe）同樣設(shè)置為2，即相位編碼方向也實(shí)現(xiàn)2倍加速，線性相位循環(huán)設(shè)定為(π/2，-π/2)。對(duì)于PPA四倍成像方法，沿相位編碼方向加速因子Rpe=4，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)保持一致，包括重復(fù)時(shí)間（TR）、回波時(shí)間（TE）、翻轉(zhuǎn)角等，具體參數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求和磁共振系統(tǒng)的推薦設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。在人體實(shí)驗(yàn)中，使用24通道體線圈對(duì)志愿者進(jìn)行掃描。多層激發(fā)二維加速心臟圖像和多層激發(fā)二維加速心臟電影圖像的采集參數(shù)如下：選層方向加速因子MBfactor=2，相位編碼方向加速因子Rpe=2，覆蓋全心共掃描8層。電影圖像采集時(shí)，根據(jù)每名志愿者的心跳速度不同，將采集分為17-24個(gè)期相。每個(gè)期相內(nèi)包含12次相位編碼，以保證有足夠的時(shí)間分辨率，時(shí)間分辨率（timeresolution）為40.8ms，線性相位循環(huán)為(π/2，-π/2)。實(shí)驗(yàn)中要求志愿者在掃描期間屏氣，每次屏氣之間設(shè)置15-30s的休息時(shí)間，以確保志愿者能夠較好地配合掃描，減少因呼吸運(yùn)動(dòng)和疲勞導(dǎo)致的圖像偽影。所有的參考圖像都另行采集，在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)不考慮參考圖像的采集時(shí)間。圖像重建均采用改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法，使用MATLAB進(jìn)行離線重建。6.1.2水模實(shí)驗(yàn)方案水模實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)，旨在驗(yàn)證基于同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟電影成像方法的有效性和性能優(yōu)勢(shì)。第一組實(shí)驗(yàn)是線性相位循環(huán)為(0，π)和(π/2，-π/2)情況下，CAIPIRINHA序列的相位循環(huán)比較實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)比不同線性相位循環(huán)下的成像結(jié)果，分析相位循環(huán)對(duì)圖像質(zhì)量的影響。在磁共振成像中，相位循環(huán)的設(shè)置會(huì)影響射頻脈沖的相位調(diào)制，進(jìn)而影響圖像的對(duì)比度、信噪比以及偽影的產(chǎn)生。通過(guò)設(shè)置不同的線性相位循環(huán)，觀察圖像中是否出現(xiàn)帶狀偽影、圖像的位移情況以及信號(hào)強(qiáng)度的變化。當(dāng)線性相位循環(huán)為(0，π)時(shí)，觀察沒(méi)有相位調(diào)制的一層是否會(huì)產(chǎn)生明顯的圓環(huán)帶狀偽影，以及線性相位循環(huán)為π的一層的位移和偽影情況；當(dāng)線性相位循環(huán)為(π/2，-π/2)時(shí)，觀察同時(shí)激發(fā)的兩層是否都沒(méi)有帶狀偽影，以及兩層之間的相對(duì)位移和信號(hào)強(qiáng)度是否滿足預(yù)期。通過(guò)這樣的對(duì)比分析，確定更優(yōu)的線性相位循環(huán)設(shè)置，以提高圖像質(zhì)量。第二組實(shí)驗(yàn)是多層激發(fā)二維加速成像方法與PPA四倍成像方法比較的加速方法比較試驗(yàn)。在多層激發(fā)二維加速成像中，選層方向加速因子MBfactor=2，相位編碼方向加速因子Rpe=2，線性相位循環(huán)為(π/2，-π/2)；而PPA四倍成像方法中，沿相位編碼方向加速因子Rpe=4，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)保持一致。該實(shí)驗(yàn)主要對(duì)比兩種加速方法在圖像重建偽影、圖像質(zhì)量以及信號(hào)強(qiáng)度等方面的差異。多層激發(fā)二維加速成像方法結(jié)合了同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)，在相位編碼和選層方向同時(shí)實(shí)現(xiàn)加速；PPA四倍成像方法主要在相位編碼方向?qū)崿F(xiàn)四倍加速。通過(guò)比較兩種方法重建后的圖像，分析哪種方法更容易出現(xiàn)重建偽影，哪種方法能夠更好地保持圖像的細(xì)節(jié)和清晰度，以及兩種方法在采集信號(hào)強(qiáng)度方面的表現(xiàn)。通過(guò)這些對(duì)比，評(píng)估多層激發(fā)二維加速成像方法在提高成像效率和圖像質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)。6.1.3人體實(shí)驗(yàn)方案為了測(cè)試基于同時(shí)多層激發(fā)和并行成像的心臟電影成像序列在人體上的可靠性和穩(wěn)定性，本研究對(duì)8名男性志愿者進(jìn)行了掃描。志愿者年齡分布在20-52歲之間，在實(shí)驗(yàn)前均征得志愿者知情并簽訂告知書。實(shí)驗(yàn)首先使用24通道體線圈采集靜態(tài)的多層激發(fā)二維加速心臟圖像。靜態(tài)圖像的采集有助于初步評(píng)估成像序列在人體心臟成像中的基本性能，觀察心臟的基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)，檢查是否存在明顯的成像缺陷或偽影。隨后進(jìn)行多層激發(fā)二維加速心臟電影圖像的采集。選層方向加速因子MBfactor設(shè)置為2，相位編碼方向加速因子Rpe設(shè)置為2，覆蓋全心共掃描8層。電影圖像采集時(shí)，根據(jù)每名志愿者的心跳速度不同，將采集分為17-24個(gè)期相。每個(gè)期相內(nèi)包含12次相位編碼，時(shí)間分辨率為40.8ms，線性相位循環(huán)為(π/2，-π/2)。實(shí)驗(yàn)中要求每名志愿者在掃描期間屏氣，每次屏氣之間有15-30s的休息時(shí)間。屏氣掃描可以減少呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟成像的影響，提高圖像的清晰度；而合理的休息時(shí)間設(shè)置可以確保志愿者在多次屏氣過(guò)程中保持良好的狀態(tài)，減少因疲勞導(dǎo)致的不配合情況。通過(guò)采集不同期相的心臟電影圖像，可以全面觀察心臟在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，為評(píng)估心臟功能提供豐富的信息。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中，將對(duì)這些心臟電影圖像進(jìn)行詳細(xì)的分析，包括心臟結(jié)構(gòu)的顯示、心肌運(yùn)動(dòng)的觀察以及心臟功能指標(biāo)的測(cè)量等，以驗(yàn)證成像序列在人體應(yīng)用中的有效性和準(zhǔn)確性。6.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果6.2.1水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果在水模實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)線性相位循環(huán)為(0，π)和(π/2，-π/2)情況下，CAIPIRINHA序列的相位循環(huán)比較實(shí)驗(yàn)，得到了具有重要意義的結(jié)果。當(dāng)線性相位循環(huán)為(0，π)時(shí)，基于BSSFP的相位調(diào)制多層激發(fā)序列中，沒(méi)有相位調(diào)制的一層產(chǎn)生了一個(gè)明顯的圓環(huán)帶狀偽影。這是因?yàn)锽SSFP序列對(duì)B0場(chǎng)不均勻敏感，在沒(méi)有相位調(diào)制的情況下，B0場(chǎng)不均勻?qū)е碌男盘?hào)周期性變化無(wú)法得到抑制，從而形成了帶狀偽影。線性相位循環(huán)為π的一層移動(dòng)了FOV/2，且沒(méi)有帶狀偽影。這表明相位調(diào)制在一定程度上能夠調(diào)整共振偏置角，抑制帶狀偽影的產(chǎn)生，并且實(shí)現(xiàn)了圖像的位移，滿足了同時(shí)多層激發(fā)的相位調(diào)制要求。當(dāng)線性相位循環(huán)為(π/2，-π/2)時(shí)，同時(shí)激發(fā)的兩層都沒(méi)有帶狀偽影。這說(shuō)明通過(guò)合理設(shè)置線性相位循環(huán)，能夠有效抑制BSSFP序列因B0場(chǎng)不均勻產(chǎn)生的帶狀偽影。兩層各向相反方向有FOV/4的位移，兩層間的相對(duì)位移仍為FOV/2，且兩層的信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)。這種位移和信號(hào)強(qiáng)度的表現(xiàn)，保證了同時(shí)激發(fā)的兩層圖像在空間位置和信號(hào)特性上的差異，有利于后續(xù)利用并行成像原理進(jìn)行圖像重建。通過(guò)對(duì)比不同線性相位循環(huán)下的成像結(jié)果，可以得出線性相位循環(huán)為(π/2，-π/2)時(shí)，能夠更好地抑制帶狀偽影，并且滿足同時(shí)多層激發(fā)的圖像位移和信號(hào)強(qiáng)度要求，從而提高圖像質(zhì)量。在多層激發(fā)二維加速成像方法與PPA四倍成像方法比較的加速方法比較試驗(yàn)中，結(jié)果顯示出明顯的差異。多層激發(fā)二維加速時(shí)混疊偽影進(jìn)一步加重，但通過(guò)改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法進(jìn)行重建后，能夠有效減少混疊偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響。從重建圖像來(lái)看，PPA四倍成像方法更容易出現(xiàn)重建偽影。這是因?yàn)镻PA四倍成像方法主要在相位編碼方向?qū)崿F(xiàn)四倍加速，相位編碼數(shù)的大幅減少導(dǎo)致欠采樣程度增加，使得圖像在重建過(guò)程中更容易受到噪聲和混疊的影響。而多層激發(fā)二維加速成像方法結(jié)合了同時(shí)多層激發(fā)和并行成像技術(shù)，在相位編碼和選層方向同時(shí)實(shí)現(xiàn)加速，雖然也存在混疊偽影，但通過(guò)改進(jìn)的算法和合理的相位調(diào)制，能夠更好地保持圖像的細(xì)節(jié)和清晰度，其圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于PPA四倍成像方法。由于采用并行成像方法重建后，噪聲不再是空間獨(dú)立隨機(jī)變量。根據(jù)NEMA2008標(biāo)準(zhǔn)的方法計(jì)算了信噪比（SNR），多層激發(fā)二維加速成像方法在保證圖像質(zhì)量的前提下，能夠維持相對(duì)較高的信噪比，進(jìn)一步證明了其在加速成像中的優(yōu)勢(shì)。6.2.2人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果人體實(shí)驗(yàn)中，對(duì)8名男性志愿者進(jìn)行了多層激發(fā)二維加速心臟電影圖像的采集，取得了一系列有價(jià)值的結(jié)果。從采集到的多層激發(fā)二維加速心臟電影圖像可以清晰地觀察到心臟的各期相圖像。在舒張末期，能夠清晰顯示左心室和右心室的形態(tài)、大小以及心肌的厚度。左心室呈現(xiàn)出近似橢圓形的形態(tài)，心肌厚度均勻，室壁光滑。右心室則相對(duì)較小，形態(tài)較為不規(guī)則。通過(guò)圖像可以準(zhǔn)確測(cè)量左心室舒張末期容積（EDV）和右心室舒張末期容積，為評(píng)估心臟的舒張功能提供了重要依據(jù)。在收縮末期，圖像清晰地展示了心臟的收縮狀態(tài)。左心室和右心室的腔室明顯縮小，心肌厚度增加，這表明心臟在收縮期有效地將血液泵出。通過(guò)測(cè)量左心室收縮末期容積（ESV）和右心室收縮末期容積，可以計(jì)算出射血分?jǐn)?shù)（EF），即EF=\frac{EDV-ESV}{EDV}\times100\%。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)志愿者心臟電影圖像的分析，計(jì)算得到的射血分?jǐn)?shù)在正常范圍內(nèi)，表明志愿者的心臟收縮功能正常。多層激發(fā)二維加速心臟電影圖像能夠準(zhǔn)確地顯示心臟的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。在心臟的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，圖像可以清晰地捕捉到心肌的收縮和舒張運(yùn)動(dòng)。心肌的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出協(xié)調(diào)一致的節(jié)律，從心底到心尖逐漸收縮和舒張?？梢杂^察到心肌的增厚和變薄過(guò)程，以及心臟瓣膜的開(kāi)閉動(dòng)作。二尖瓣和三尖瓣在舒張期開(kāi)放，使得血液從心房流入心室；在收縮期關(guān)閉，防止血液逆流。主動(dòng)脈瓣和肺動(dòng)脈瓣則在收縮期開(kāi)放，將血液泵入主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈。通過(guò)對(duì)這些結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確顯示，醫(yī)生能夠全面評(píng)估心臟的功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的心臟疾病。圖像的時(shí)間分辨率為40.8ms，能夠滿足臨床對(duì)心臟運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)觀察的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，該成像方法能夠?yàn)獒t(yī)生提供豐富的心臟信息，有助于準(zhǔn)確診斷心臟疾病，制定合理的治療方案。6.3結(jié)果分析與討論6.3.1圖像質(zhì)量評(píng)估通過(guò)主觀視覺(jué)評(píng)價(jià)和客觀指標(biāo)計(jì)算，對(duì)改進(jìn)算法重建圖像的質(zhì)量進(jìn)行了全面評(píng)估。在主觀視覺(jué)評(píng)價(jià)方面，邀請(qǐng)了三位具有豐富心臟磁共振成像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生，分別對(duì)多層激發(fā)二維加速成像方法重建的圖像和PPA四倍成像方法重建的圖像進(jìn)行觀察和評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)主要包括圖像的清晰度、對(duì)比度、偽影情況以及對(duì)心臟結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的顯示能力等方面。三位醫(yī)生在不知道圖像來(lái)源和處理方法的情況下，獨(dú)立對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，對(duì)于多層激發(fā)二維加速成像方法重建的圖像，醫(yī)生們普遍認(rèn)為其對(duì)心臟結(jié)構(gòu)的顯示清晰，心肌、心腔和瓣膜等結(jié)構(gòu)的邊界清晰可辨，能夠滿足臨床診斷的需求。圖像的對(duì)比度良好，不同組織之間的對(duì)比明顯，有助于醫(yī)生觀察心臟組織的形態(tài)和病變情況。在偽影方面，雖然多層激發(fā)二維加速成像時(shí)混疊偽影在重建前有所加重，但經(jīng)過(guò)改進(jìn)的SENSE/GRAPPA算法重建后，圖像中的偽影得到了有效抑制，對(duì)圖像的干擾較小。而對(duì)于PPA四倍成像方法重建的圖像，醫(yī)生們指出其更容易出現(xiàn)重建偽影，這些偽影會(huì)干擾對(duì)心臟結(jié)構(gòu)的觀察，尤其在心臟的邊緣和細(xì)節(jié)部分，偽影的存在影響了圖像的清晰度和準(zhǔn)確性。在客觀指標(biāo)計(jì)算方面，主要分析了圖像的空間分辨率、對(duì)比度和信噪比等指標(biāo)?？臻g分辨率是衡量圖像能夠分辨物體細(xì)節(jié)的能力。通過(guò)對(duì)水模實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)圖像中已知尺寸物體的測(cè)量，計(jì)算出圖像的空間分辨率。結(jié)果表明，多層激發(fā)二維加速成像方法重建的圖像在空間分辨率上與傳統(tǒng)方法相當(dāng)，能夠清晰地顯示心臟的細(xì)微結(jié)構(gòu)。在水模實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于水模中的細(xì)小線條和孔洞等結(jié)構(gòu)，多層激發(fā)二維加速成像方法重建的圖像能夠準(zhǔn)確地分辨其形狀和位置，與理論設(shè)計(jì)的空間分辨率相符。在人體實(shí)驗(yàn)中，能夠清晰地顯示心肌的厚度變化、心內(nèi)膜和心外膜的邊界等細(xì)節(jié)，為心臟疾病的診斷提供了有力的支持。對(duì)比度是指圖像中不同組織之間信號(hào)強(qiáng)度的差異。通過(guò)計(jì)算心臟不同組織（如心肌、血液等）之間的信號(hào)強(qiáng)度比值，評(píng)估圖像的對(duì)比度。多層激發(fā)二維加速成像方法重建的圖像在對(duì)比度方面表現(xiàn)良好，不同組織之間的信號(hào)強(qiáng)度差異明顯，能夠清晰地區(qū)分心肌和血液等組織。在心臟電影圖像中，心肌在收縮期和舒張期的信號(hào)強(qiáng)度變化也能夠準(zhǔn)確地反映出來(lái)，有助于醫(yī)生觀察心臟的運(yùn)動(dòng)和功能。信噪比是衡量圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它反映了圖像中信號(hào)與噪聲的比例關(guān)系。根據(jù)NEMA2008標(biāo)準(zhǔn)的方法計(jì)算了信噪比，結(jié)果顯示多層激發(fā)二維加速成像方法在保證圖像質(zhì)量的前提下，能夠維持相對(duì)較高的信噪比。雖然在成像過(guò)程中由于加速倍數(shù)的增加，噪聲也有所增加，但通過(guò)改進(jìn)的算法和合理的序列設(shè)計(jì)，有效地控制了噪聲對(duì)圖像質(zhì)量的影響。與PPA四倍成像方法相比，多層激發(fā)二維加速成像方法在相同的掃描時(shí)間內(nèi)，能夠獲得更高的信噪比，圖像更加清晰，噪聲干擾更小。6.3.2心臟功能測(cè)量準(zhǔn)確性分析通過(guò)對(duì)比改進(jìn)方法與傳統(tǒng)方法測(cè)量心臟功能指標(biāo)的