第七节 螺旋桨成像与螺旋式成像
一、螺旋桨成像
学习目的
了解螺旋桨成像（propeller imaging）的K空间填充方式及其与传统FSE序列的区别。
明确螺旋桨成像K空间填充方式对图像质量的影响。
螺旋桨成像是近年来出现的新技术，其实质是快速自旋回波（FSE），但K空间数据的填充方式不同。与传统FSE图像比较，尽管图像对比度一致，但效果明显不同，即图像SNR、分辨力、扫描时间、出现伪影几率不同。其中最大不同是，螺旋桨成像有校正运动伪影的功能，且在应用与FSE成像相同的激发次数和分辨力情况下，螺旋桨成像的SNR更高、CNR更好、扫描速度更快。这些优势源于螺旋桨成像时特殊的K空间填充方式。与传统的FSE序列比较，螺旋桨方式成像存在诸多不同，以下重点介绍K空间填充方式的不同。
1.传统FSE的K空间填充方式如图1-7-1-1A所示。在一个TR时间内，MRI系统采集ETL数目的相位信息，这些信息被分别填充在K空间的不同位置。螺旋桨成像的K空间填充方式如图1-7-1-1B所示。在一个TR时间内，MRI系统采集ETL数目的相位信息，但是这些信息被紧密排列在一起，填充在K空间的正中心，我们称其为螺旋桨叶片（blade）。
2.在第二个TR时间，传统FSE采集的相位信息填充在K空间的不同位置（图1-7-1-2A），依此类推，直到整个K空间填充完毕；螺旋桨成像采集的相位信息仍然排列在一起，在填充K空间时并不是平行排列，而是如飞机的螺旋桨叶片一样旋转排列，排列在一起的相位信息的正中点为圆心，外缘相连接，依此类推，将每一次采集的相位信息群逐个旋转式填充（图1-7-1-2B），直到填满整个K空间。常规FSE序列的K空间呈矩形或正方形，而螺旋桨成像的K空间呈圆形。
图1-7-1-1 传统FSE与螺旋桨成像的K空间填充模式
A.传统FSE成像时，一个TR采集的多个相位信息分散在K空间内，平行排列；B.螺旋桨成像时，一个TR采集的多个相位信息密集排列于K空间的正中
3.在一次K空间填充的过程中，传统FSE序列K空间的信息平行排列（见图1-7-1-2A），没有重叠；螺旋桨成像K空间的信息在周边区域相互连接，没有重叠，但在中心区域有明显的重叠，即中心区域的信息被过度采集（见图1-7-1-2B）。我们知道，K空间中心区域决定图像的对比度和信噪比。所以，同样一次K空间填充，螺旋桨成像的SNR、CNR高于其他扫描序列。
4.在传统FSE序列，采集的信号依其相位、频率差别被简单地填充到K空间中。在螺旋桨成像，每一次采集信号后，MRI系统要对其进行复杂的校正计算，包括相位校正、旋转校正、位移校正以及相关权重分析，最后重建图像。这些校正计算使螺旋桨成像对扫描区域的运动性伪影具有明显的校正作用。例如，帕金森病患者头部的不自主运动在常规MR图像出现明显伪影（图1-7-1-3A），但在螺旋桨成像时，MRI系统能有效去除这些运动伪影。其他伪影，如脑组织内血液流动伪影（图1-7-1-3B）、脑脊液搏动伪影、涡流伪影（图1-7-1-3C）以及MRI系统的Gibs伪影（图1-7-1-3D），在螺旋桨成像时均可有效消除。
图1-7-1-2 传统FSE与螺旋桨成像的K空间排列模式
A.传统FSE成像时，不同TR采集的多组相位信息平行分散在K空间内，平行排列；B.螺旋桨成像时，每一个TR采集的一组相位信息以K空间的中心点为旋转轴，螺旋式分布
5.传统FSE和螺旋桨成像的扫描参数组合不同。常规FSE序列的扫描参数中，扫描矩阵包括相位矩阵和频率矩阵。为加快扫描速度，相位矩阵的数目一般小于频率矩阵。螺旋桨成像采集数据时，只要螺旋桨叶片旋转一周，叶片的边缘区域相互连接后形成一个完整的圆形即可。叶片的长度由频率矩阵决定。螺旋桨成像没有相位矩阵，它的K空间数据都是正方形像素。因为频率矩阵的数值比较高，故图像的分辨力高于常规FSE序列。
图1-7-1-3 传统FSE T2WI与螺旋桨T2WI比较
A.螺旋桨T2WI校正头部运动伪影；B.螺旋桨T2WI校正大脑内静脉在相位编码方向的搏动伪影；C.螺旋桨T2WI校正脑脊液搏动伪影和涡流伪影；D.螺旋桨T2WI校正头部Gibs伪影
总之，与传统FSE序列比较，螺旋桨成像具有下列特点：
◆ 消除患者不自主运动产生的伪影；
◆ 相同扫描参数下缩短扫描时间；
◆ 相同扫描参数下提高SNR；
◆ 相同扫描参数下提高CNR；
◆ 消除血管搏动产生的伪影；
◆ 消除脑脊液搏动产生的伪影；
◆ 消除MRI系统产生的伪影。
上述各项图像质量的改进同时发生，这是螺旋桨成像的特点。因此，螺旋桨成像已取代常规FSE序列，成为日常应用最基本的脉冲序列。
通过螺旋桨成像还可进行DWI扫描。常规DWI扫描多采用SE-EPI序列。EPI采集技术本身存在一定局限性，如对磁场均匀性要求高，在含有金属异物、邻近空气和鼻窦的组织局部，图像常出现明显变形，且伴有异常的高亮伪影（图1-7-1-4A），这是磁敏感伪影。这些伪影可能掩盖局部病变。螺旋桨DWI扫描采用FSE序列，可显著消除磁敏感伪影（图1-7-1-4B）。因具有较高的SNR和CNR，故螺旋桨DWI显示病变更敏感（图1-7-1-4C，D）。
对于局部磁敏感伪影明显且可能掩盖病变的EPI-DWI，建议进行螺旋桨DWI扫描。
图1-7-1-4 脑部EPI-DWI与螺旋桨DWI比较
螺旋桨DWI可消除磁敏感伪影，更清晰显示病变。A.在EPI-DWI，双侧颞骨岩部磁敏感伪影明显；B.在螺旋桨DWI，磁敏感伪影不明显，桥脑可见病变；C.脑部EPI-DWI未显示明显异常；D.螺旋桨DWI显示额顶叶多发高信号病灶
二、螺旋式成像
学习目的
了解螺旋式成像与螺旋桨成像的区别，避免混淆。
螺旋式成像与螺旋桨成像截然不同。两者的成像原理完全不同。螺旋式成像是一个早期的技术，其基本的脉冲序列是GRE序列。螺旋式成像时，MRI系统采集的信号形成一个一个的数据点，其在K空间的填充方式如图1-7-2-1所示，即自中心向周边沿着螺旋轨迹逐个填充，一个螺旋轨迹称为一个臂，轨迹上的数据点称为点。螺旋式成像的K空间仍是矩形，K空间数据的填充方式呈螺纹状。螺旋式成像的扫描参数中没有频率和相位值，而是臂和点的组合，不存在过度采集现象。
图1-7-2-1 螺旋式成像K空间填充示意图
A.单臂采集模式；B.多臂采集模式
与EPI采集一样，螺旋式成像有单臂采集、多臂采集两种模式。多臂采集时图像伪影减少，SNR更高，但扫描时间较长。
螺旋式成像是早期MR冠状动脉成像的主要扫描序列。随着MR技术日新月异，目前这项技术已很少使用。