关键词：skope-i 图像重建 实际编码动态
一款稳健多功能的图像重建软件包，依赖牢固的数学基础进行精密磁共振成像，并支持推动神经科学和序列开发。
挑战
实施先进的图像重建算法需要有经验的程序员。
维护图像重建代码库是耗时的。
充分利用可用的计算能力并不总是直截了当的。
磁共振成像是最多功能的成像模态之一。图像编码可以以无数种方式进行，这为进一步优化和开发新的成像序列留下了空间。图像编码不应受到图像重建流程能力的限制。Skope的图像生成软件旨在提供一个通用框架，不对使用的编码策略做任何假设。
专注于您真正感兴趣的研究领域，而不是花费时间从头开始实施和测试高级重建算法。利用skope-i的功能加速您的研究，并促进科学发现的进展。
探索新的轨迹
监测轨迹并直接将数据用于图像重建的可能性使您能够加快开发速度，轻松探索新的序列设计，如下所示的多带螺旋。硬件缺陷和非线性，如梯度延迟和涡流电流，并不需要特别考虑，因为它们已经包含在测量的轨迹中。
Further reading: Kurban et al. (2020), Maastricht University. Simultaneous multi-slice spiral-out acquisitions for high resolution perfusion fMRI at 7T.
*多带螺旋轨迹（来源：Skope）
优质特征
通过利用增强的采样灵活性来提高信噪比
选择最佳采集策略并非易事，且在很大程度上取决于预期的应用。信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、采集效率和可实现的空间分辨率仅是在决定采样模式时需要考虑的一些因素。
涡流电流、漂移和其他场波动对图像质量有害。将它们的测量结果纳入图像重建过程中为序列开发者提供了额外的自由度。
实际上，由强扩散梯度引起的涡流电流是扩散加权成像领域中图像伪影的最重要来源。可以使用涡流电流抵消策略来减轻这些效应，但代价是较长的回波时间和较低的信噪比。通过监测读数轨迹，您可以放弃这些补偿方法并简化采集过程。在下面所示的示例中，将一个EPI和一个带有单个重调谐RF脉冲的螺旋扩散加权采集进行了比较。螺旋读数的较短回波时间（TE）直接转化为更高的信噪比，这可以用来换取更高的空间分辨率。
Further reading: Lee et al. (2020), ETH Zurich. On the signal‐to‐noise ratio benefit of spiral acquisition in diffusion MRI.
*使用skope-i重建的高分辨率EPI（TE = 71毫秒）（左）和螺旋（TE = 42毫秒）（右）平均DWI图像 （来源：Skope）
Courtesy Yoo Jin Lee, IBT ETH Zurich and University of Zurich.
为您的数据增加一致性
同时监测可以捕获难以表征或固有不可重复的效应。其中一些效应源自扫描仪硬件，如长寿命涡流电流。其他效应是由受试者的生理特性（例如呼吸）引起的。这些场波动干扰图像编码过程，并降低图像的一致性。
将这些非理想因素纳入重建过程中提供了几何一致的图像，无需进一步的后处理。下面的滑块显示了使用扫描仪供应商的重建管道或skope-i获得的不同扩散方向的球形油模体图像。
*扫描仪供应商的重建图像（上）显示出比基于实际编码动态重建的图像（下）低得多的几何一致性 （来源：Skope）
Courtesy: Nagy Z and Lee YJ, University of Zurich.
热测量学是另一个可以极大受益于对场演化准确了解的应用。场监测以及将其提供的信息纳入图像重建过程中，可以提高获得的相位差异图像的准确性。
Further reading: Le Ster et al. (2020), CEA in Paris. RF heating measurement using MR thermometry and field monitoring: Methodological considerations and first in vivo results.
提高图像清晰度
梯度延迟、涡流电流和梯度非线性可能会降低图像质量。使用skope-i将实际编码动态纳入图像重建过程中，可提高图像质量。除了典型的线性k空间项（kx、ky、kz）外，skope-i还可将图像重建扩展到更高阶，并捕获会产生图像伪影的场波动。
下图显示了基于名义和场监测轨迹重建的单次螺旋扩散成像，直至第三阶。
Further reading: Wilm et al. (2016), IBT ETH Zurich and University of Zurich. Single‐shot spiral imaging enabled by an expanded encoding model: Demonstration in diffusion MRI.
*基于名义和场监测轨迹重建的单次螺旋扩散成像，直至第三阶 （来源：Skope）
使用
基于场监测轨迹的图像重建
扫描仪梯度线圈是高度优化的硬件部件，可以高度忠实地播放梯度波形。然而，由于控制场生成的物理规律或由加热或受试者在孔道内的出现而造成的外部非线性效应，一些来自被请求的k空间轨迹的微小偏差是不可避免的。即使是微小的偏差也会明显降低图像质量。常见的伪影包括幻影、位移、剪切、振铃或对比度变化。
Skope的场摄像头可以测量这些动态变化。应用场可以通过适当基函数的线性组合在给定时间点表示。最常见的是，使用直到某个阶数的球谐函数进行展开。一旦系数已知，信号方程可以概括为在图像重建过程中还包括更高阶项。
Further reading: Souheil Inati, Joseph Naegele, Nicholas Zwart, Vinai Roopchansingh, Martin Lizak, David Hansen, Chia-Ying Liu, David Atkinson, Peter Kellman, Sebastian Kozerke, Hui Xue, Adrienne Campbell-Washburn, Thomas Sørensen, Michael Hansen (2016). ISMRM Raw data format: A proposed standard for MRI raw datasets.
轻松合并摄像头和扫描仪数据
使用skope-i提供的工具对测量的轨迹进行重采样和对齐，与扫描仪数据合并。下面的动画演示了如何从多回波梯度回波扫描的测量轨迹中切出与扫描器采集（ADC 事件）相对应的k空间数据。合并的数据集以ISMRMRD格式存储。它可以用作skope-i的重建输入，也可以轻松与合作者共享。
来源：Skope
校正静态B0场不均匀性
Skope的场摄像头捕获编码场的动态变化。通过基于多回波梯度回波扫描生成的B0场图，skope-i考虑了静态场的不均匀性。B0场校正可减少依赖于所使用的编码方案的位移或模糊。
*30个螺旋交错，读出长度为20毫秒（来源：Skope）
Courtesy IBT, ETH Zurich and University of Zurich
加快数据采集速度
广义迭代共轭梯度SENSE算法是skope-i的核心。它可利用线圈提供的图像编码能力，并将其与先进的采样策略相结合。因此，可以加快数据采集速度而不会损害图像质量。
Further reading: Pruessmann et al. (2001), IBT ETH Zurich and University of Zurich. Advances in sensitivity encoding with arbitrary k‐space trajectories.
充分利用所有的计算能力
先进的迭代重建算法对计算资源要求较高。skope-i可以让您在多个CPU和GPU上进行重建，缩短图像生成所需的时间。
详细说明
特点
1.ISMRMRD数据转换：实用功能，便于使用开源ISMRMRD转换器。
2.数据同步：自动对相机和扫描仪数据进行时间对齐，以便后续合并。
3.数据合并：自动重新采样和裁剪已获得的k空间数据，以匹配扫描仪的采集。
4.静态B0场图生成：基于双回波梯度回波扫描生成静态B0场图，包括相位展开。
5.灵敏度图生成：基于梯度回波扫描生成平滑且外推的灵敏度图。
6.CG-SENSE重建：基于广义迭代共轭梯度SENSE算法的信号解码。
7.静态B0校正：通过多频插值或明确集成到解码矩阵中进行静态B0场校正。
8.2D格栅重建：在一个或多个CPU上使用Kaiser-Bessel插值核进行二维格栅化。
9.2D高阶重建：明确反演编码矩阵，将高阶场项纳入图像重建过程中。
10.名义轨迹合并：基于ISMRMRD头信息生成笛卡尔梯度回波扫描的名义轨迹，并与已获取的扫描仪数据合并。
11.数据导出：将重建的数据存储为DICOM、PNG或MATLAB文件。
12.多平台和多语言支持：适用于Linux（Ubuntu 18.04 LTS）和Windows 10的安装程序。MATLAB和Python的示例脚本。
拓展
1.GPU加速
GPU软件扩展允许您在一个或多个GPU上运行图像重建，并缩短重建时间。这个选项适用于对计算要求较高的高阶重建，通常用于扩散加权成像。此扩展仅适用于支持CUDA的NVIDIA图形处理单元。
2.多拍螺旋扩散成像
多拍扩散成像扩展允许将来自多个扩散加权螺旋交错的数据进行组合。使用基于SENSE的方法校正运动引起的相位变化。多个交错的组合可以提高SNR并获得高分辨率的扩散加权图像。
3.同时多层成像
通过同时多带成像加速数据采集，并使用skope-i重建您的数据。
Skope磁共振技术成立于2011年，为磁共振成像（MRI）市场开发传感器技术和信号处理的解决方案。Skope的客户使用这些解决方案可达到MR成像前所未有的精确性和速度。Skope向全世界的患者提供先进的诊断成像。