和其它成像方式（如CT、超聲等）相比，磁共振成像優(yōu)勢在于可以提供優(yōu)異的組織對比、功能、代謝等信息，但缺點是掃描時間過長。因此，快速成像一直是磁共振技術(shù)創(chuàng)新的重點之一，從最早期掃描一個序列要花費一個多小時，到如今最新的壓縮感知技術(shù)已然可以實現(xiàn)10倍以上加速的超快速成像，磁共振的采集速度已經(jīng)克服了一個又一個臨床障礙。壓縮感知（Compressed sensing）是近年來剛剛開始用于磁共振成像的一項新技術(shù)，從本期起，小編將為讀者介紹磁共振一系列加速技術(shù)，尤其是壓縮感知技術(shù)的歷史、原理、應(yīng)用及科研方向。

 要了解壓縮感知成像必須先了解磁共振目前的各種主流加速技術(shù)及其發(fā)展。

如上表所示，磁共振目前具備多種加速技術(shù)，由于具備不同的技術(shù)原理，因此適用于不同的臨床問題。下面，小編帶領(lǐng)大家一起來回顧一下行業(yè)內(nèi)快速成像技術(shù)的發(fā)展歷程。

 基于圖像重建的并行采集技術(shù) SENSE：

基于SENSE并行采集的心臟圖像，如紅色箭頭所示原始矯正偽影

二十世紀九十年代初，隨著多通道線圈被引入磁共振成像，不同的線圈單元不僅提高了信噪比，同時為并行采集技術(shù)的推出提供了最重要的技術(shù)支持?；趯M成線圈敏感度的探測，業(yè)內(nèi)第一個并行采集技術(shù)SENSE（敏感度編碼）1997年誕生。其采用以圖像為基礎(chǔ)再結(jié)合線圈信息的重建方式，因此，由于噪音和運動偽影的干擾，SENSE敏感度探測的精準(zhǔn)度問題一直存在，尤其是在小視野成像時圖像易出現(xiàn)并采偽影。

有效加速倍數(shù)：2-4倍

應(yīng)用范圍：全身各部位

基于K空間重建的并行采集技術(shù)GRAPAA

基于GRAPPA并行采集的心臟圖像，如紅色箭頭所示原始矯正偽影降低

直到2002年，西門子的GRAPPA技術(shù)的出現(xiàn)把并行采集技術(shù)往前推進了一大步，基于k空間信號整合并結(jié)合線圈信息然后再重建圖像。由此，在圖像重建過程中不再需要非常詳細的、精準(zhǔn)的線圈校準(zhǔn)，只需要提前采集一些K空間填充線即可進行自動校正并且這些數(shù)據(jù)可以用于后期圖像重建，因此，也不會增加采集時間。上面提及的因為偽影嚴重影響敏感度探測的問題，特別是在腹部成像、心臟成像以及單次激發(fā)平面回波成像在頭顱和鼻竇的成像中的應(yīng)用，通過GRAPPA自動校正的特性，可以實時保證線圈敏感度圖的精準(zhǔn)度，避免出現(xiàn)錯誤。此外，因為圖像重建和圖像聯(lián)合屬于分步驟完成，因此，GRAPPA可以有效改善圖像質(zhì)量，即使小視野成像也不會有卷積偽影，特別是在信噪比提升方面優(yōu)勢明顯。

在SENSE的基礎(chǔ)上提升了圖像質(zhì)量，依然是基于K空間的過疏采集，所以在圖像質(zhì)量方面會有一些信噪比的丟失。信噪比丟失的程度取決于并行采集加速因子R的大小，雖然線圈的密度已經(jīng)足夠高，但并行采集加速因子R的有效取值范圍局限在2-4。

有效加速倍數(shù)：2-4倍

應(yīng)用范圍：全身各部位。

CAIPIRINHA雞尾酒超快速并行采集技術(shù)

1.6mm 等體素同反相位屏氣掃描，12秒

2013年，西門子歷經(jīng)7年研發(fā)，CAIPIRINHA雞尾酒成像技術(shù)問世，該技術(shù)可以同時從2個空間維度進行并行采集，并通過改變相位編碼采集策略，混疊效應(yīng)被有效轉(zhuǎn)移，接收線圈矩陣可以被更加有效地利用，減小g因子，從而大大提高圖像質(zhì)量。

德國曼海姆醫(yī)學(xué)中心比較CAIPIRINHA和GRAPPA在腹部成像方面應(yīng)用的區(qū)別，最終得出：320x175分辨率條件下，掃描時間從21秒降至9秒，可以有效縮短患者腹部掃描屏氣時間。隨著技術(shù)進一步升級，目前采用該技術(shù)可以實現(xiàn)5秒/期的肝臟快速動態(tài)掃描，而挑戰(zhàn)極大的冠狀位肝臟同反相位掃描也只需要12秒鐘時間。首次實現(xiàn)了圖像質(zhì)量和掃描速度的結(jié)合。

有效加速倍數(shù)：4-6倍

應(yīng)用范圍：全身各部位的快速高質(zhì)量3D成像。

TWIST-VIBE極速動態(tài)多期采集技術(shù)

TWIST-VIBE在乳腺動態(tài)成像中的應(yīng)用，單期掃描時間由傳統(tǒng)1分鐘縮短至4.97秒,掃描速度提高了12倍。

2015年，西門子全新發(fā)布了一款超高時間、空間分辨率的多期動態(tài)成像技術(shù)TWIST-VIBE，TWIST-VIBE包括TWIST、CAIPIRINHA、DIXON、VIBE四個核心技術(shù)，第一次實現(xiàn)了2秒一期的動態(tài)增強成像。

有了該技術(shù)，可以實現(xiàn)肝臟等多個器官的動脈超早期、中期和晚期的采集，對于微小病灶、易遺漏病灶的發(fā)現(xiàn)和診斷有極大價值。據(jù)文獻報道，TWIST-VIBE可以幫助發(fā)現(xiàn)21%以上的病灶檢出率。

有效加速倍數(shù)：4-12倍

應(yīng)用范圍：動態(tài)增強血管成像。

 同時多層成像

多層成像在彌散張量成像中應(yīng)用，TR時間由8000ms縮短至2500ms，掃描時間由34分鐘縮短至11分鐘，掃描速度提升了3 倍。

傳統(tǒng)磁共振成像95%都是基于2D的單層成像，一些特殊部位掃描，如神經(jīng)系統(tǒng)功能成像，即使是采用了并行采集技術(shù)，掃描時間依然很長。隨著臨床需求的提高，神經(jīng)系統(tǒng)功能成像在臨床上的作用越來越大，如何實現(xiàn)臨床常規(guī)化，是擺在所有磁共振研發(fā)者面前的一個難題。

2011、2012年前后，西門子與美國明尼蘇達大學(xué)、麻省總醫(yī)院等世界頂級的科研機構(gòu)開展合作，研發(fā)出了首個具有專利權(quán)的同時多層成像技術(shù)SimultaneousMulti-slice（簡稱SMS），并于2016年在市場上商業(yè)化推出。SMS采用多帶寬技術(shù)，CAIPIRINHA和GRAPPA依然是其主要核心技術(shù)。與此同時，Powercore和Tim4G等硬件方面的提升也提高了SMS激發(fā)的精確度和重建效果。SMS可以有效降低TR時間，實現(xiàn)更快速掃描；也可以再相同TR情況下，同時激發(fā)更多層數(shù)。SMS被率先應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)彌散成像和功能成像BOLD，隨后被應(yīng)用于腹部、盆腔和乳腺等部位的彌散成像。

基于SMS多層成像的優(yōu)勢，西門子正與一些臨床機構(gòu)合作，嘗試將應(yīng)用范圍擴展至更多序列如快速自旋回波成像等。未來SMS成像技術(shù)應(yīng)用范圍會更廣，適應(yīng)序列也更多。

有效加速倍數(shù)：3-10倍，依序列不同

應(yīng)用范圍：高級彌散功能成像，未來將擴展到更多領(lǐng)域。

有了這么多加速技術(shù)，目前西門子的高端磁共振已經(jīng)能實現(xiàn)針對全身多部位包括2D、3D、平掃、動態(tài)增強等的3-12倍成像。

但依然有一些臨床問題，對速度提出了更高的要求，例如心臟和肝臟等一些特殊的動態(tài)成像等。壓縮感知（Compressed Sensing）技術(shù)作為全新的磁共振加速技術(shù)，在此時登上歷史舞臺。

下期，我們將介紹壓縮感知的出現(xiàn)背景，與MR結(jié)合應(yīng)用的原理、優(yōu)勢領(lǐng)域、最新進展，敬請期待。