扩散成像影像质量不如预期？这项技术可以解决！

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想要利用扩散成像获得突破性发现，通常要求影像具有较高的信噪比和几何精度。然而，实际成像却往往由于伪影和几何失真等难以实现符合标准的影像质量。本文从业内专家的论文研究出发，提供改善影像质量的新思路。

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扩散成像在基础神经科学和转化研究中的应用日益广泛，因其能够清晰地可视化体内微结构和神经纤维束，一些扩散参数的变化甚至已被验证为可靠的疾病生物标志物。然而，反复获得高质量、精准的扩散影像在技术上仍面临诸多挑战。

扩散编码和读出过程可能导致显著伪影，从而扭曲影像。易感性和涡流伪影往往引发几何失真，影响图像质量。为减轻这些伪影的影响，各类序列被开发用于优化成像，例如：

• 多次相位编码分段EPI：通过减小有效回波间距，降低静态易感性相关伪影的影响，但同时可能增加对干扰相位的敏感性。

• 双自旋回波扩散准备：减少影像对涡流伪影的敏感性，但会增加回波时间并降低信噪比。

可复现性在扩散成像中尤为关键，应尽量减少扫描仪性能或非靶向受试者因素（如呼吸、心跳）引起的扫描间变异性，从而更可靠地量化大脑生理变化，提高统计结果的可信度。

当前研究集中于提升扩散成像在以下场景中的可靠性：

• 同一扫描仪内的重复扫描。

• 同一地点不同扫描仪之间的对比。

• 跨区域多台扫描仪的协同研究。

实现扩散数据的可重复性，必须保证几何精度和高信噪比。而这些关键因素主要取决于图像编码的质量。影响编码质量的因素包括梯度性能和扫描期间的磁场波动，这些都需要通过优化技术加以应对。

图像几何在分析结构的物理尺寸或位置，以及将其应用于其他序列或模态时至关重要。然而，磁场波动容易引起失真，特别是在扩散编码梯度下，影像会出现拉伸和扭曲，导致每个扩散方向的几何形状不一致。

通过场检测技术，可以恢复扩散成像的几何精度。例如，场检测能够捕获由梯度编码叶片的涡流电流引起的场波动，利用这些数据进行重建，可以有效消除梯度的扭曲效应。

每个扩散方向都会因其特有的拉伸和扭曲方式而产生失真，从而降低扩散成像在同一成像序列中的准确性。以体素为单位计算的变异系数显示，原始扫描协议在同一次扫描中表现出显著的空间可靠性差异。

Dr. Ma等人使用Clip-on Camera™进行现场扫描，证明了去除Human Connectome Project (HCP)数据中涡流电流影响的重要性。HCP序列会因扩散编码梯度引发的涡流电流而受到影响，但通过测量并校正涡流，影像可以无失真地完成重建。

扩散成像的研究重点在于优化影像的信噪比、分辨率、总采集时间以及对受试者运动的适应性。改善这些特性能够使更小的病变或结构更加清晰，同时增强结构对比的可靠性，从而提高衍生参数（如ADC）的可重复性和分析结果的统计学价值。

通过缩短回波时间，可以在磁共振信号失相之前采集到MR信号，从而减少T2衰减对读出过程的影响。螺旋读数从k空间中心开始采集，回波时间显著短于EPI读数，且具备更强的稳健性，特别适合受试者运动较多的情况。

与Stejskal-Tanner和两次反转自旋回波EPI实现相比，螺旋采集在灰质和白质中均改善了信噪比

Adapted from Lee et al. (2020)

Lee等人的研究展示了螺旋读数在标准临床3T扫描仪上进行扩散成像的显著优势。结果表明，与所有测试的EPI方法相比，螺旋采集的信噪比更高（影像对比显示，螺旋采集优于传统的Stejskal-Tanner方法及双反转自旋回波EPI）。

Wilm等人则开发了一种使用高梯度斜率（高达1200 T/m/s）的螺旋扩散采集技术。高梯度斜率使成像读数期间能够更快穿越k空间，从而在信号消失前采样所有相关区域。在采集标准分辨率影像时，这种方法所需时间比全身梯度组更短，同时还能提供信噪比可用的更高空间分辨率。

涡流电流引起的时空相位累积的主成分分析

Adapted from Wilm et al. (2020)

这些研究结果的重要意义在于，计算了直到第5阶球谐函数的k空间遍历，从而更准确地解释梯度复杂空间场的演变。他们在扫描仪孔内多个位置放置了Dynamic Field Camera™的场探头，并结合“虚拟探头”数据，成功适配了更高阶的基函数。下图展示了通过主成分分析识别涡流电流导致的时空相位演变，以及其对特定螺旋读数模块的影响。

扩散加权成像(上排)和b=0、平均DWI和平均ADC(下排)

Adapted from Wilm et al. (2020)

选用恰当的方法解释额外相位便可利用测量数据重建出高质量的扩散影像。

产品介绍| Dynamic Field Camera™

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