目前临床DWI应用中,特别是应用在神经系统的颅脑DWI成像,最为广泛使用的是单次激发的平面回波成像(single-shot echo-planar-imaging, ss-EPI)序列。

常规DWI  Single-Shot Spin Echo EPI(SS-SE-EPI)基于单激发的SE EPI读出。优点是成像速度快,对运动不敏感。

缺点同样明显,与常规结构图像相比,DWI图像具有两个较为严重的伪影:其一,由于EPI序列对偏共振(off-resonance)伪影非常敏感,因此人体内磁场分布的不均匀将导致较为严重的偏共振伪影,限制了EPI序列的读出窗口宽度,这也是常规DWI的图像信噪比低、分辨率低的原因之一;其二,由于人体内各组织之间的磁化率不同,由此产生的磁敏感效应引起图像发生变形,变形的严重程度与整体的EPI读出时间有关,整体的EPI读出时间越长,伪影越重,这也是常规DWI只能进行低分辨率成像的另外一个原因。常规低分辨率DWI成像,由于部分容积效应会影响对微小病灶的检出与评估。

常规DWI图像的形变,产生在相位编码方向上,并且和局部磁场均匀度有关,因此仅用于横断面成像,冠状面和矢状面成像形变明显,图像很差,不能满足诊断需要。常规DWI受金属影响明显,比如假牙、头皮金属屑等。

为了解决常规DWI序列的不足,高保真DWI应运而生。

🔥Propeller DWI   Propeller Duo DWI

Propeller(GE公司命名,西门子称为Blade,飞利浦称为MultiVane)是一种基于快速自旋回波(FSE/TSE)的先进MRI技术,其全称为 Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction。其核心原理是通过独特的k空间填充方式和运动校正算法,显著降低运动伪影,提升图像质量。

具体原理如下:

🌱放射状k空间填充旋转扇区采集:Propeller序列将k空间划分为多个放射状扇区(类似螺旋桨叶片),每个扇区以不同角度旋转覆盖k空间中心区域(低频信息)和外围(高频细节)。中心区域重复覆盖:每个扇区均覆盖k空间中心,确保多次采集关键对比度信息,减少运动或磁敏感伪影的影响。

🌱 多次采集与运动校正数据冗余设计:同一区域被不同角度的扇区多次采集,重叠区域的数据可用于校正运动引起的相位误差。运动补偿算法:通过比较重叠区域的信号差异,自动识别并校正患者运动或生理运动(如呼吸、心跳)导致的伪影。

🌱增强图像重建相位校正:对不同扇区的相位进行校准,消除磁场不均匀性或运动引起的相位偏移。加权平均融合:将多次采集的数据加权平均,抑制噪声并提升信噪比(SNR)。

Propeller DWI是在FSE回波链读出时,利用FSE回波生成时有前后两个回波的特性,通过调整重聚回波的位置将两个回波分离开来,从而实现在一个回波间隔内读取两个回波,用于填充螺旋桨采集k空间中相互垂直的两个原始数据带。同时它能将前后两个回波分离开来,这也避免了两个回波相互干扰,最大限度的利用了回波信号,因此得到的DWI图像信噪比更高,并且图像变形小。

高保真扩散加权成像(DWI)在中枢神经系统的应用

相对于常规扫描,Propeller DWI扫描时间长,一是因为多次激发K空间多段采集,一部分由于K空间中心的过密采集。与常规弥散成像序列相比,螺旋桨技术弥散成像,能通过提高图像质量而改善对急性脑梗死的敏感性。

Propeller是基于FSE序列实现的弥散成像,因此显著减轻磁敏感性伪影的程度,不均匀的磁场会导致错误的图象数据,伪影常在临近颅底和额窦的脑组织处产生, 因为此处的空气影响了磁场的均匀性,相似的影响还见于金属假牙或外科夹子,表现为信号的丢失或图像的错位。同时,Propeller也能通过节段式频率编码方向的变换和多次重复伪影修正算法减少偏共振(off-resonance)的干扰。

Propeller DWI 抑制假牙引起的伪影

注意,Propeller DWI并不用于纠正运动伪影,因为常规DWI扫描速度快,一般性的运动伪影并不明显。

Propeller Duo DWI 

Propeller DWI不是一个新的技术,二十年前的机器上就有了,它的缺点是扫描时间长,Propeller Duo DWI是Propeller DWI的迭代。系统会同时利用FSE序列的自旋回波信号和刺激回波信号采集两组回波链,这等同于将采集效率提高了一倍,因此相应的扫描时间可以明显缩短。一次采集两个回波,加快读出效率,提高图像质量。

🔥FOCUS DWI  小视野高清扩散加权成像
小视野,并不是单纯缩小FOV,磁共振扫描,小视野成像的难度远远大于正常视野或者大视野成像,因为小视野成像容易产生卷褶伪影。
小视野高清扩散加权成像,GE称为FOCUS DWI,联影称为微距扩散成像,西门子称为Zoomit EPI,飞利浦称为ZOOMDiffusion。

小视野高清DWI 序列设计的初衷就是扫矢状位和冠状位或任意断面的成像,明显减轻变形和磁敏感伪影。


FOCUS DWI借助高性能的硬件优势,通过射频放大器的精准步进式开启,实现相位方向和选层方向的选择性二维射频激发,一方面实现了小视野成像,在消除相位卷褶的同时又大大减轻了图像变形;另一方面将脂肪信号彻底剔除,避免了脂肪信号因为化学位移产生的伪影干扰。FOCUS DWI真正实现了功能成像在精细解剖层面的精准定位。对于自身免疫性脑炎脑表面弧形或线样高信号显示清晰。
 FOCUS DWI清晰显示颞叶内侧病灶

🔥MUSE DWI
基于复合灵敏度编码(multiple sensitivity encoding,MUSE)的高分辨率扩散成像(multiplexed sensitivity-encoding diffusion-weighted imaging,MUSE-DWI),即通过MUSE来实现高空间分辨率、高信噪比、高空间保真度和最小运动相位误差的影像图像。
MUSE基本原理
MUSE是一种通过多次激发采集实现高分辨率扩散成像的后处理算法,通过每次激发重建灵敏度编码确定低分辨率相位,而不使用额外的导航器数据。MUSE算法重建分五个部分完成:第一,沿三维k空间(x-y-z k空间)方向进行傅里叶变换,计算每次激发采集时的相位变化;第二,获取线圈灵敏度编码曲线;第三,利用敏感度编码(sense,S)算法获取全视野(field of view,FOV)混叠图像,并将所有获得的相位进行空间平滑阈处理;第四,将处理后的相位信息和线圈灵敏度曲线复合到MUSE算法框架中,从而产生不含混叠伪影的图像数据;第五,沿三维k空间(x-y-z k空间)方向再次进行傅里叶变换,从而产生三维图像。
传统DWI存在几何失真以及组织T2*衰变模糊,因此容易受到低空间分辨率和高图像失真的限制。MUSE-DWI基于相位编码方向对k空间进行多激发交错式填充,去除了导航器回声的重新定焦脉冲,通过将获取的相位信息和线圈灵敏度复合到MUSE框架中,来产生不含伪影的图像数据,提高回波平面采集(echo planar imaging,EPI)的效率并降低30%的比吸收率。同时,MUSE的引入还可以来抑制动态扫描期间由于时域信号不稳定的平面内混叠伪影,来提高整体图像质量和分辨率,并且减少运动伪影和磁场不均匀对图像质量带来的损害。
MUSE明显减轻鼻窦附近磁敏感伪影
MUSE清晰显示右侧额叶小病灶
MUSE明显减轻脑桥磁敏感伪影和变形,真实显示脑桥病变
MUSE精准显示微小梗死灶

🔥FOCUS-MUSE DWI
FOCUS-MUSE DWI为基于EPI的改进型DWI,采用二维空间选择性射频脉冲,优化相位编码方向的激发视野,从而减少伪影并增强解剖结构显示。兼具小视野,多次激发,高分辨率,形变小等优点,缺点是时间长。
癫痫频繁发作患者,男,28岁,颞叶及海马区大面积高信号,病例来自王玉柱 重庆松山医院
T2

T1 FLAIR
T2FLAIR
CUBER FLAIR
FOCUE-MUSE DWI
🔥DWI扩展
☘️MAGIC DWI 
NAGIC,磁共振集成(magnetic resonance image complication, MAGiC)技术,通过一次扫描就能获得多对比加权图像。

MAGiC序列是一种将扫描测量和重建计算相结合的磁共振成像技术。它通过对特殊的脉冲序列进行定量测定,从而获得组织的参数,然后利用定量组织参数通过后处理重建不同对比度的MRI影像,相当程度上克服了传统MRI技术存在的非定量性和扫描时间长的短板。

MAGIC DWI,一站式驰豫定量多对比度成像,从采集的DWI图像获得其他B值图像,尤其是高B值图像。
☘️PROGRES 鹰眼弥散
EPI的变形大都朝着一个方向,如果相位梯度的方向变了,变形的方式也跟着改变。

不同方向的相位编码梯度,牵拉着偏中心的组织结构往不同方向变形。
这就像吹风机往不同方向吹头发,头发从发根往不同方向倾斜,如果吹风机吹两次方向相反,大小和时间相同的风,头发倾斜会得到纠正。

GE的PROGRES技术采用两次方向相反,大小相同的相位编码梯度采集EPI信号。

☘️HyperBand
是 GE 磁共振的并行多层同时激发技术,在 DWI 中用于一次性同时采集多层 EPI 信号,从而显著缩短扫描时间,提升时间分辨率,改善几何变形可控性。
综上,光一个扩散加权成像技术,GE一个厂家,就发展出了这么多技术,这也对影像技师提出了更高的要求,什么时候用哪个序列?哪个序列适合哪种成像技术?
当临近颅底,有金属植入时,用Propeller DWI   Propeller Duo DWI;颅脑DWI/DTI减小形变用PROGRES;高分辨DWI/DTI减小形变用MUSE,PROGRES;小视野高分辨DWI/DTI用FOCUS;获得其他B值DWI用MAGIC DWI;缩短扫描时间用HyperBand。