和其他影像的成像方式（如CT、超声等）相比，磁共振成像的优势在于可以提供良好的组织对比、功能成像、代谢信息等成像，但其最大的一个缺点就是检查过程中扫描时间过长。因此，快速成像一直是磁共振技术创新发展的要点之一，随着硬件和软件技术的进步和更新，尤其是在软件方面，磁共振的扫描成像速度也已经有了很大的改善。快速采集技术是当今磁共振发展的主流之一，合理地利用各种快速采集技术和成像方法，不但可以缩短患者的磁共振检查的总体时间，还可以大大提高磁共振图像的质量，提高磁共振图像质量的诊断的精确率。尤其是在腹部检查过程中，缩短扫描时间，既可以提高患者磁共振检查过程中的舒适度，还可以减少患者在检查过程中由于屏气能力不足或其他方面导致的呼吸运动伪影（表3-1-1）。

我们都知道，在各方面条件都相同的前提下，磁共振的图像的信噪比和主磁场的场强成正比，也就是场强越高，则图像的信噪比也就越高。比如3.0T的磁共振机器与1.5T磁共振机器，在其他各方面的扫描条件都相同的话，3.0T磁共振机器扫描所得出来的图像的信噪比理论上是1.5T磁共振机器扫描出来的图像信噪比的2倍。而磁共振图像的信噪比与扫描过程中的激励次数的平方根成正比，也就是说各种扫描参数都相同的情况下，1.5T磁共振机器扫描两倍激励次数即是两倍的扫描时间得出来的图像信噪比，还是比3.0T磁共振机器扫描出来的图像信噪比要低。因此，运用高场强机器扫描出来的图像信噪比更高，高的信噪比也就意味着可以作出一部分的牺牲，可以运用更多的快速扫描技术来缩短时间，因为大多数的采集技术都是会降低磁共振图像的信噪比。所以我们的肝脏Gd-EOB-DTPA增强扫描都是在3.0T磁共振机器检查扫描。

梯度系统的性能与磁共振信号的采集速度有直接的关系，梯度系统的性能提高，能够大大加快磁共振信号的采集速度，特别是现在硬件的发展，梯度场的性能较以前有很大的提高。梯度系统的性能高低主要表现在梯度场的切换率和梯度场场强。梯度场的切换率越高，从梯度线圈通道到梯度场最大值所需要的爬升时间也就越短；梯度场场强越高，磁共振信号采集所需要的持续作用时间越短。所以，梯度系统性能的提高可以减少梯度场的爬升时间和持续作用时间，从而加快磁共振扫描信号的采集速度。

射频系统对快速采集技术的影响主要有以下方面：

射频系统的功率大小会影响磁共振信号采集的时间，尤其是射频放大器的功率。近年来新出的磁共振机器的射频放大器的功率都有所提高，射频线圈所发射的射频脉冲强度增加，射频脉冲所需要的持续时间缩短，因此加快了序列的扫描速度，提高了磁共振信号的采集效率。

我们都知道，一般磁共振快速采集技术都会不同的程度降低图像的信噪比，而表面线圈特别是多通道相控阵线圈的应用则会大大提高磁共振图像的信噪比，这样也就可以牺牲更多的信噪比，来间接加快磁共振成像的速度。尤其是利用多通道相控阵线圈进行并行采集，更是可以把磁共振成像速度数倍地提高。

并行采集技术（parallel acquisition technique，PAT）是近几年应用于临床的磁共振快速采集新技术，大大加快了MRI的采集速度，随着多通道线圈被引入磁共振成像，不同的线圈单元不仅提高了信噪比，同时为并行采集技术的推出提供了最重要的技术支持。各个磁共振生产公司都普遍采用了并行采集技术，并且各有特点。其实并行采集早在1987年就有人提出这个概念，过了10年1997年随着空间谐调同步采集（simultaneous acquisition of spatial harmonics，SMASH）技术的提出，并行MRI技术才得以实现，并成为历史上第1个用于临床常规检查的并行采集技术，西门子现在GRAPPA（generalized autocalibrating partially paralled acquisition）就是此技术的改进。1998年由苏黎世大学开发的SENSE（Sensitivity Encoding敏感度编码），此技术在西门子和飞利浦上叫SENSE，在GE上叫ASSET。上述两种技术SMASH（空间谐调同步采集）与SENSE（敏感度编码），区别在于SMASH是在傅立叶变换前处理（频域），SENSE是在傅立叶变换后处理（图像域）。由于我们的肝脏Gd-EOB-DTPA增强扫描都是在西门子3.0T磁共振机器检查扫描，我们主要介绍西门子3.0T磁共振机器所采用的并行采集技术。

SENSE（敏感度编码）采用以图像为基础再结合线圈信息的重建方式，因此，由于噪音和运动伪影的干扰，SENSE敏感度探测的精准度问题一直存在，尤其是在小视野成像时图像易出现并采伪影。直到2002年，西门子的GRAPPA技术的出现把并行采集技术往前推进了一大步，基于K空间信号整合并结合线圈信息然后再重建图像。由此，在图像重建过程中不再需要非常详细的、精准的线圈校准，只需要提前采集一些K空间填充线即可进行自动校正并且这些数据可以用于后期图像重建，因此，也不会增加采集时间（图3-1-52、图3-1-53）。上面提及的因为伪影严重影响敏感度探测的问题，特别是在腹部成像、心脏成像以及单次激发平面回波成像在头颅和鼻窦的成像中的应用，通过GRAPPA自动校正的特性，可以实时保证线圈敏感度图的精准度，避免出现错误。此外，因为图像重建和图像联合属于分步骤完成，因此，GRAPPA可以有效改善图像质量，即使小视野成像也不会有卷积伪影，特别是在信噪比提升方面优势明显。因此现在我们常用的并行采集方法都是GRAPA技术。

并行采集技术的优点主要有：

（1）使用并行采集时，所需要采集的相位编码线减少，所以图像的采集时间缩短，根据加速因子的选择不同，成像的速度提高的倍数也不同。

（2）由于采集的时间加快，应用在动态增强或灌注扫描时，可以增加时间分辨率。

（3）使用并行采集后，在采集时间不变的情况下，可增加扫描次数，这样可以提高磁共振图像质量并减少运动伪影。

（4）使用并行采集，可以缩小回波链的回波间隙，从而提高图像质量。

（5）扫描DWI时，可以减少单次激发EPI序列的磁敏感伪影和提高图像质量。

并行采集技术的缺点主要降低信噪比。采用并行采集后，相位编码线减少，图像的信噪比降低。采用并行采集后的图像信噪比可以采用下面公式来表示：

SNR表示没有施加并行采集技术的图像信噪比；SNRpat表示采用并行采集技术的图像信噪比；R表示并行采集加速因子；g为几何因子，总是大于1，其大小主要受采集线圈的影响，利用子线圈的重叠可以缩小g。

2013年，西门子研发了鸡尾酒成像技术，CAIPIRINHA方法（Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results IN Higher Acceleration），通过一种很好的方法改善混淆条件，实现了对这些要求和限制的部分克服。在数据采集中通过优化射频激发或梯度编码方案来充分使用接收阵列的线圈编码能力。CAIPIRINHA鸡尾酒成像技术可以同时从2个空间维度进行并行采集，并通过改变相位编码采集策略，混叠效应被有效转移，接收线圈矩阵可以被更加有效地利用，减小g因子，从而大大提高图像质量（图3-1-54）。有医学中心比较CAIPIRINHA和GRAPPA在腹部成像方面应用的区别，最终得出：320 × 175分辨率条件下，扫描时间从21秒降至9秒，可以有效缩短患者腹部扫描屏气时间。随着技术进一步升级，目前采用该技术可以实现5秒/期的肝脏快速动态扫描，而挑战极大的冠状位肝脏同反相位扫描也只需要12秒钟时间。首次实现了图像质量和扫描速度的结合。

对于给定的加速因子（这里R = 4），所有可能的采样方案可以用R采样位置填充的R × R单元晶格表示。在ky（Ry）方向的低采样率可以通过在行ky和列kz方向以变量Δ位移得到多种模式，其中Δ从0到Rz − 1之间变化，Rz = R/Ry。没有发生位移的采样模式（Δ = 0）就是标准2D SENSE采集，其他采样位置标记的所有模式为2D-CAIPIRINHA类型采集。

近年来，西门子全新发布了一款超高时间、空间分辨率的多期动态成像技术TWIST-VIBE，TWISTVIBE包括快速并行成像技术（CAIPIRINHA鸡尾酒技术）、时间分辨交叉随机轨迹成像技术（TWIST）和水脂分离技术（Dixon）联合VIBE序列组成的新型超快速灌注成像技术。CAIPIRINHA、DIXON、TWIST、VIBE四个核心技术，简称为CDT-VIBE，并实现了2秒一期的动态增强成像。CAIPIRINHA技术是一种全新的并行采集容积数据重建算法，其数据采集策略可有效地利用相控阵线圈来提高并行重建效率，获取高SNR图像。TWIST作为部分K空间的采集技术，通过减少K空间采样点提高时间分辨率。Dixon是以减影为基础的脂肪抑制方法，将不同扫描时间采集得到的正、反相位图像相加减，从而获得水、脂完全分离图。由于Dixon技术对B0场的磁场不均匀性不敏感，即使在3.0T超高场强环境下仍可获得均匀的脂肪抑制图像，对肝脏等富脂肪组织的成像效果更好。这3种技术联合VIBE序列组成CDT-VIBE序列，可实现超快速肝脏动脉灌注成像，时间分辨力高达2.1s，空间分辨力1.2mm × 1.2mm × 3.0mm，图像质量明显提高，可精准诊断微小病灶，目前主要用于诊断腹腔实质脏器、乳腺及前列腺的小病灶，缩短扫描时间，减少运动伪影，提高图像的质量（图3-1-55～图3-1-59）。

西门子的GRASP（Golden-angle RAdial Sparse Parallel）技术：该技术集成西门子StarVIBE与TWISTVIBE的优势。在信号采集上采用了黄金角分布的放射状连续采集（continuous golden angle StarVIBE scan），在自由呼吸的状态下最大程度的降低呼吸运动带来的伪影。Star VIBE技术，其取代传统的笛卡尔采集方式，使用放射状K空间填充的方式采集信号，优点是：每条采集线都通过K空间中心，消除了相位编码容易被呼吸运动影响的问题，从而实现自由呼吸扫描；同时，即使在欠采样的条件下，放射状采集也能尽可能多的收集K空间中心的信息，提高成像信噪比，也为利用压缩感知进行图像重建打下良好的基础。在继承了Star VIBE优点的同时，GRASP还将黄金角分布的采集方式加以应用，即：相邻施加的K空间线的夹角为111.24°（180°× golden ratio）。这个灵感来源于大自然中花瓣的分布（图3-1-60），所有花瓣都按照黄金角排列，互不重合，这样采集的最大益处是即使将扫描时间无限延长，也没有两条K空间的线是重合的，从而达到最大程度获得K空间信息的目的，同时也满足了压缩感知随机亚采样的要求。GRASP在图像重建上采用了压缩感知所运用的迭代式的L1正则化算法，有效去除了K空间欠采样带来的放射状伪影。并且独创的采用回顾式重建的模式，用户可以选择任意时间分辨率进行图像的后期重建。这是由于所采集的符合黄金角分布的K空间线在几何位置上是互不重合的，可将任意数量的相邻K空间线组合起来重建图像，从根本上杜绝了错过首次强化信息的可能。利用GRASP技术在自由呼吸状态下得到的肝脏DCE图像。扫描后利用55条K空间线重建动态增强数据，对应的时间分辨率为8.8秒，空间分辨率为1.5 × 1.5 × 3 mm。

西门子与多家研发机构研发出了首个具有专利权的同时多层成像技术Simultaneous Multi-slice（SMS）。SMS采用多频带宽技术，CAIPIRINHA和GRAPPA依然是其主要核心技术。与此同时，Powercore和Tim4G等硬件方面的提升也提高了SMS激发的精确度和重建效果。SMS可以有效降低TR时间，实现更快速扫描；也可以再相同TR情况下，同时激发更多层数。SMS被率先应用于神经系统弥散成像和功能成像，随后被应用于腹部、盆腔和乳腺等部位的弥散成像。

磁共振成像的采集时间与相位编码线的多少成正比，采集的相位编码线越少，磁共振图像采集所需要的时间也就越少。减少相位编码线数目有好多种方法：

在其他成像参数不变的前提下，相位编码的步级数与成像时间成正比，因此直接减少成像相位编码步级可以成比例地缩短扫描时间。例如矩阵320（相位编码）× 320（频率编码）的图像为例，如果矩阵改为160（相位编码）× 256（频率编码），相位编码步级由320变成160，扫描检查时间缩短一半；但是相位编码方向的空间分辨率比原来降低1倍；图像信噪比比原来增加 。

重复次数是指每一个相位编码步级所需要重复采集的次数。减少重复扫描次数后，图像的采集时间成比例缩短，图像信噪比会有所减低，图像的信噪比与所采集磁共振的相位编码步级总数的平方根成正比。

K空间在相位编码方向上呈现镜像对称的特性，既然是对称的，理论上我们只需要采集K空间一半多一点的相位编码线就已经足够了，其余的K空间未采集的相位编码线就根据K空间在相位编码方向的对称性去模拟填充重建，从而得出整个相位编码线。为什么说要采集K空间时要多于一半的K空间，因为填充K空间中心的相位编码线决定图像的对比，这一部分相位编码线不能完全依靠数学模拟去填充，而需要真实采集后填充，这个非常重要。

在临床检查过程中，有些检查部位在横断上两个方向的径线不一样，就例如我们腹部检查时，一般都是前后径要明显小于左右径，如果采用正方形的视野进行磁共振扫描采集的话，那么实际上在前后方向上相当一部分的相位编码采集的区域为体外的空气，这样又增加扫描时间，明显是一种浪费，如果我们选择前后方向为相位编码方向，而把相位编码的范围缩小，则在保证空间分辨率不变的前提下，所需要采集的相位编码线减少，图像的采集时间也就可以比例缩短。

一般来说采集一个多层面的磁共振图像，如果采用单层采集技术，即采完一层图像的所有回波再采集下一层，这样的话，整个图像采集就会需要很长的时间。我们都知道TR的时间远远要长于TE时间，每一次射频脉冲激发相应的回波，并且已经采集完毕后，还会有很长的时间剩余，我们可以利用多余的时间去激发下一层面并采集一个回波，然后激发采集第三个层面，一直可以把剩余的时间用完。这个就是多层采集技术。

无论是二维还是三维图像，缩短重复时间（TR）都会缩短扫描时间。以下技术都可以缩短TR从而减少扫描时间：

1.直接减少TR。

2.利用梯度回波技术，减少TR。

3.扫描序列种缩短TE，在扫描层数不变的时候，可以减少TR。

4.缩短回波间隙，也可以减少TR。

5.在回波链采集完后利用−90°脉冲加快组织纵向磁化矢量的回复也可以减少TR。

即使一些磁共振扫描机器没有CAIPIRINHA鸡尾酒成像技术或TWIST-VIBE序列，我们利用普通的VIBE序列进行动态增强扫描，再结合减少相位编码线的采集、多层采集技术等上述各种的快速扫描技术来增加肝脏动态增强的扫描速度，也可以7～8秒完成一次上腹部扫描。因此注射对比剂后13～15秒后，令被检查者一次屏气20～24秒，可以扫描3次上腹部，就可以获得动脉早期、中期、晚期3个动脉期时相图像（图3-1-61～图3-1-63）。

在其他条件固定的情况下（场强、温度、设备性能），磁共振图像的信噪比SNR、空间分辨率、扫描时间这三者是相互制约，相互牵制的。在没有压缩感知技术之前，我们如果想要加快扫描速度，我们可以用的方法也有很多，如上述我们提到的：增加并行采集因子、降低图像空间分辨率、减少扫描层数……这些方法或许能够加快扫描，但是并不是很完全，有的方法会牺牲图像空间分辨率，有的方法会牺牲图像信噪比，有的方法会牺牲图像信息（比如减少层数），最麻烦的是有的甚至会带来伪影。我们临床最常用的提高扫描速度的方法主要是采用并行采集技术，通过加大并行采集因子，提高扫描速度。目前我们临床扫描中，几乎每个序列都会使用并行采集，这也是我们最常用的加速方法。但是有时候，使用不当或者盲目加大因子，会导致产生并行采集相关伪影。并行采集用得过多，加速太狠，会导致相关的图像模糊，SENSE伪影等，影响诊断。这个时候时间没有节约，反而由于图像不理想，重新扫描一次，反而得不偿失。

和传统的并行采集技术不同，压缩感知技术也可以大幅度提高扫描速度，但是不会产生如上面所示的诸多并行采集相关伪影。使用压缩感知技术提高扫描速度，图像的信噪不是不变的，信噪比也是会降低的，正如我前面所说的，目前还没有一种技术能够不牺牲任何图像质量保证大幅度提高扫描速度。不过，压缩感知因子增大，图像的信噪比下降并不是很明显，是我们可以接受的，甚至很多图像，肉眼无法分辨是否使用了压缩感知。使用了压缩感知技术，可以显著提高扫描速度，而且图像质量变化不大。虽然很多时候，我看图都无法识别到底哪个图是使用了压缩感知，但是任何一种加速技术，都不可能保证完全不牺牲信噪比获得加速。压缩感知同样是这样，即使加速后信噪比下降幅度再小，它也会引起图像信噪比的下降。

压缩感知（compressed sensing，CS），名字的含义其实就是在采集信号的同时完成对信号的压缩，可以理解为仅仅采集压缩后的信号。压缩感知技术用于磁共振成像的三要素：

1.稀疏性指的是图像中包含的信息多少，图像细节越丰富则稀疏性越低。稀疏性越高，则图像的压缩率越高，能加速的潜力越大。在磁共振成像中，血管，MRCP等图像的稀疏性通常高于常规T ₁、T ₂结构像，具有较高的加速潜力较高。动态增强成像也具有更高的稀疏性，如心脏电影，及DCE多期增强图像，这是因为动态图像不同时间点上的信号之间差异较小，相邻两期图像相减的差图通常只有局部有信号。

2.不相干性，对于传统的快速成像，易产生各种图像伪影。如K空间中心填充方法，图像细节丢失，无法恢复；而并行成像，即隔行欠采图像，在背景区域易出现一个鬼影，而且鬼影的信号与真实信号接近，难以通过信号强度来区分两者。不相干欠采样是压缩感知提出的新型采集方法，使欠采样的伪影无规则散布在图像中，同样具有不相干性，这也为伪影信号的去除创造了条件。相比于传统的扫描，不相干欠采样的数据量明显减少，实现了扫描速度的大幅度提升。

3.非线性重建，在我们对图像进行稀疏转化和不相干欠采样后，有用的信息与“噪音”则可以通过阈值的设立而明显区分开来，从而将噪音消除。但还有一些较小的图像细节信号强度可能接近伪影信号水平，为了恢复这部分信号，伪影去除还需要使用非线性迭代重建，一方面保证原始实际采集的K空间信号不变，另一方面确保图像中伪影噪声尽可能多地去除，迭代反复进行重建，直到两方面都达到最大化，才会结束。因此，非线性迭代重建保证了重建图像与原始图像的一致性，并平衡图像的一致性和伪影去除效果。

压缩感知成像技术在磁共振领域的应用，解决了之前并行采集技术的一些局限性。尤其是对于心脏和体部等动态成像来说，压缩感知技术只采集成像必需的成分，速度更快，其图像分辨率也达到了空前高的水平。压缩感知成像中信噪比SNR与压缩率和稀疏性的匹配以及重建算法息息相关，针对不同的身体部位和不同的应用，序列及算法的优化对压缩感知最终的信噪比、成像效果至关重要。而到目前为止，压缩感知技术的验证仅仅局限于少数部位和少数临床应用，它的广泛应用还需要进一步对其他的可靠性，可重复性，以及与其他成像“金标准”的对比。目前，压缩感知在磁共振的绝大多数领域，都还是作为一个活跃的研究课题出现。能否称之为真正的压缩感知，需要看它是否真正使用了压缩感知的原理，颠覆性的提高10倍以上扫描速度，是否实际解决了临床遇到的问题。压缩感知技术才能真正具备临床应用价值，造福于患者。