相控阵（相位阵列）线圈是实现MRI快速成像的基础。在MRI成像过程中使用相控阵线圈并结合并行采集技术不但可以加快扫描速度，而且能够获得更高信噪比和分辨率的MRI图像。那么，相控阵线圈是如何进行并行采集？什么样的线圈能支持并行采集？

【资料图】

提高MRI图像信噪比和分辨率的方式较多，如提高主磁场强度、梯度场强、梯度切换率等，虽然这些方式可以明显的改善MRI的图像质量，但这些方式会带来诸如伪影、SAR值、噪音和生物效应等一些新的挑战。近年来，相控阵线圈的发展为其提供了一种有效、经济的解决方案。

1.什么是相控阵线圈？

相控阵线圈可以简单的理解为由多个小表面线圈(单元)共同组成的一个均匀容积的大线圈。多单元的线圈组合可以更好的贴合扫描部位获得更高信噪比和分辨率的图像，同时可以获得更大范围的扫描图像。

相控阵线圈是目前应用最为广泛的一类MRI线圈，有头部、颈部、脊柱、腹部等部位的专业相控阵线圈。常见的相控阵线圈的通道数从2到32不等，甚至更高。它可以用于人体各个部位的MRI成像；可以做成各种形状应用于不同成像场景中。

相控阵线圈的通道数并不完全等于线圈内的线圈单元数。 每个线圈单元可以单独使用，也可以组合使用。多个线圈单元可以组成一个线圈组，多个线圈组可以共用一个接收通道。通常线圈单元多于线圈组，线圈组多于接收通道。原则上来讲线圈的通道数越多，可加速的因子会越大，成像速度会越快。但通道数越多很难将图像均匀度做得好，特别是在图像的中心区域；同时也更容易产生伪影。在成像时也并不是选择的通道数越多越好，还应考略到线圈内部的阵列排布是否合理和扫描范围是否匹配等问题，否则将会给图像带来严重的伪影。

如颅内扫描，线圈通道数选择过多导致的并行采集伪影。

2.相控阵线圈如何进行成像？

假如由4个小线圈（单元）组成的头线圈。在未进行并行成像时，每个单元都可采集得到一幅独立的完整的图像。越靠近线圈的区域图像的信号越高，越远离线圈的区域图像的信号越低。最后将所有小线圈获得的4幅MRI图像通过合成校准后得到最终均匀度较好的一幅MRI图像。

很多多通道线圈在成像时也是类似这样的原理进行成像。这种多通道线圈通过多个单元分别获得各自的图像，最后通过合成校准后获得一幅高信噪比和分辨率的图像。 很显然上述这种比较“机械”的组合成像方式相比于单个线圈，虽然获得更高信噪比和分辨率的图像，但它并没有减少成像时间。MRI中减少扫描时间的措施大多都是在采样上做文章，同样的，基于相控阵线圈的并行采集技术同样如此。 并行采集技术是通过在相位编码方向上进行相对规律的欠采样和空间的敏感度信息的图像重构来提高MRI成像速度的方法。 在使用并行采集时为了减少成像时间，则只填充K空间的部分信息（减少相位编码步级）。

同样，假如由4个小线圈（单元）组成的头线圈。在并行采集技术时，每个线圈单元只采集K空间（相位编码）的部分信息，至于K空间采集多少主要取决于并行采集的加速因子，如加速因子为1.5，则代表着每3条K空间线只采集2条；如加速因子为2.0，则代表着每2条K空间线只采集1条。

理论上来讲加速因子越大，其成像速度越快，但加速因子越大，信噪比越低，总的信噪比与加速因子的平方根呈反比。 当然在一定的范围内，保证分辨率不变的情形下，依靠损失较少信噪比从而获得更快的扫描速度也是值得的。 目前最常用的加速因子通常为2-4 ，这里以加速因子2为例。 在加速因子为2的并行采集成像时，保持原来的图像分辨率（K空间大小决定图像分辨率），由于采用隔行K空间填充方式，相位编码的步级减少了一半，相对于成像时间也减少了一半。K空间线间距增加一倍（K空间线间距决定图像FOV），则FOV减半。FOV的减小则会导致相位编码方向上图像的卷折混叠。

卷折混叠的程度与加因子相关，当加速因子为N时，每个线圈获得数据重建出的FOV为扫描FOV的1/N。如果加速因子过大，就意味着每个线圈的采集FOV越小，混叠的灰越多，伪影也会越严重。

如设置的加速因子过大，扫描FOV较小时产生的卷折伪影。 那么怎样来消除这种并行采集上的卷折伪影，目前主要有两种处理方法： 1）基于图像域校正。先将每个小线圈单元获得的数据进行傅里叶反变换得到各自的图像，再在图像域进行去卷折校正。ASSET/SENSE。 2）基于K空间域校正。先在K空间域进行去卷折校正（校正后，每个通道重建出来的图像都是没有卷折伪影的图像），再进行傅里叶反变换得到最后的图像。ARC/GRAPPA。 GRAPPA算法比SENSE算法获得的图像质量更优异，目前应用的也较为广泛。 不管基于何种域的校正，在MRI进行并行采集成像时都需要进行如下步骤：

（1）进行预扫描（在所有序列前，或在每个序列前），获得每个小线圈单元的敏感度信息数据。

（2）序列扫描，每个小线圈单元获得未被校正的有卷折伪影的图像数据。

（3）通过相应的算法对数据进行处理，校正合成得到完整的没有卷折伪影的图像。

3.相控阵线圈所有方向都能并行加速采集？

支持并行采集的线圈都是相控阵线圈，但并不是所有的相控阵线圈都适合并行采集成像。能否支持并行采集，还得看线圈单元的排布及耦合情况。线圈并行采集的优劣很大程度上与线圈内的线圈阵列单元排布相关。同时线圈阵列单元的排布方式也决定并行成像的方向。

如图，头线圈阵列单元的两种排布方式A、B。

A：在头足方向上线圈阵列单元呈非并行的排布关系，有着相同的敏感度分布；但在其前后和左右呈并行的排布关系，其敏感度具有显著的差异。所以在进行并行采集时，加速方向可支持左右和前后，而不支持头足加速。

B：线圈阵列单元在头足、前后和左右都呈并行的排布关系，其敏感度具有显著的差异。所以在进行并行采集时，加速方向可支持头足、左右和前后任意方向。这样的线圈在进行3D成像时可以在任意2个方向上同时进行加速扫描。

同时，线圈各个方向上并行排布的线圈单元数量也与加速因子密切相关，通常线圈单元数越多，进行的加速因子则会越大。

4.在相位编码方向上不支持并行加速采集，怎么办？

虽然绝大多数的相控阵线圈都能支持三个方向（头足、前后和左右）上加速采集，但对于部分线圈由于其线圈单元排布所限仅能支持其一个或两个方向上的加速采集。这种情况常见于一些小的线圈。 对于这样的线圈如果想要使用并行加速采集，只能将其图像的相位编码放置于支持加速采集的方向上。

如部分膝关节线圈，仅支持左右、前后方向上的并行加速采集，不支持头足方向加速采集。对于膝关节的矢状面，相位编码应放置于头足。如果要使用并行加速采集，此时只能将相位编码放置于前后方向上，虽然这样做节省了扫描时间，但会产生一些严重的伪影。

当然，很多时候用明知会伪影还是会去那样做，极少的伪影换取扫描时间也不是不可行的。这就要看具体的序列，分析伪影的类型及产生机理，权衡利弊后考虑是否可行。

T1WI：1.5T 8通道；0.5*0.6*3.5，回波链2；扫描时间1min左右。

PDWI：1.5T 8通道；0.5*0.6*3.5，回波链8；扫描时间2min左右。

同样，对于不支持头足方向加速的膝关节线圈，膝关节的矢状面的T1WI即使将相位编码放置于前后方向，冠状面的PDWI将相位编码置于左右方向上也没有产生明显的伪影。该方法同样适用于部分机型的并行采集与去相位卷折（NPW）选项不能同时使用的情况。

参考文献：

李琼阁,于阳,任彦军,马素文,单艺,赵澄,齐志刚,卢洁. 多通道并行采集技术在3.0T术中磁共振成像的应用价值[J]. 中国医疗设备,2020,10:71-74.

中华医学会影像技术分会,中华医学会放射学分会.MRI检查技术专家共识[J].中华放射学杂志,2016,50(10):724-739.

B.Kastler. 深入了解MRI基础[M]. 人民军医出版社, 2012.

张英魁,黎丽,李金锋. 磁共振成像系统的原理及其应用[M]. 北京大学医学出版社, 2021.

蒋方方,王敏杰,张永良,金爱国. MR并行采集技术的临床应用[J]. 生物医学工程学进展,2009,04:232-237.

王秀彬,胡振民.磁共振成像相阵控线圈及并行成像技术[J].医疗卫生装备,2005,26(6):19-20,23.