呼吸门控技术

呼吸门控技术是利用探测到的呼吸波来减少呼吸运动伪影的技术。呼吸波一般用弹性呼吸风箱带（respiratory bellows）或呼吸压力垫（respiratory cushion）。目前GE公司的设备上采用弹性呼吸带（图5-8-6A），而西门子公司（图5-8-1）和飞利浦公司（图5-8- 6B）的设备上则采用呼吸压力垫。弹性呼吸带需要以合适的松紧度捆扎在胸腹部，而呼吸压力垫只需要塞在采集线圈与腹壁之间即可。这两种装置都属于压力探测传感器，呼吸带来的胸腹壁运动将改变探测器内部的压力，吸气时压力增加，而呼气时压力降低（图5-8-7）。呼吸门控技术主要包括呼吸补偿和呼吸触发技术。

图5-8-6　呼吸探测设备

A．为GE公司设备上弹性呼吸带，白箭所示为呼吸风箱，虚线白箭所示为捆扎带；B．为飞利浦设备上的呼吸压力垫，黑箭所示为压力垫，虚线黑箭所示为压力传递管

图5-8-7　呼吸波

呼吸波峰为吸气末，波谷为呼气末。两个波峰之间的时间间隔为一个呼吸周期。一次呼气末到下一次吸气前有一个相对平稳的平台期，MR信号一般在该时段采集

1．呼吸补偿技术呼吸补偿（respiratory compensation，RC）技术主要用于体部SE T1WI序列。RC技术可采用多种方法，目前最常用的是呼吸秩序相位编码（respiratory ordered phase encoding，ROPE）技术，就是说按照探测到的呼吸波来决定相位编码。具体原理是通过一个压力传感器把患者的呼吸波信号融合到MR扫描系统中，在整个呼吸周期中，MR信号采集一直在进行，对呼吸周期中相似时间点的MR信号采用相似的相位编码，一般在呼气末期后的平台期利用低频相位编码采集对运动较为敏感的K空间中心区域信息，而在呼吸周期的其他时相则利用高频相位编码采集对运动相对不敏感的K空间周边区域信息。这样原来呼吸运动引起随机的相位偏移，因与呼吸信号整合并进行相位重新排列后变成规律性变化，具有高频随机性的伪影信号将被推挤到视野的边缘或视野外，从而减少或基本消除视野内的运动伪影（图5-8-8）。

图5-8-8　利用呼吸补偿技术减少呼吸运动伪影

A、B．为同一病例的肝脏SE T1WI横断面图像。A．未施加呼吸补偿技术，图像有明显的呼吸运动伪影（白箭）；B．施加了呼吸补偿技术，呼吸运动伪影明显减少

采用RC技术要求患者的呼吸频率和幅度保持相对稳定，否则将严重影响抑制伪影的效果。因此检查前需要对患者进行呼吸训练。该技术在GE公司的设备上称为呼吸补偿（respiratory compensation，RC），在参数调整界面的“imaging options”中选择该技术；而飞利浦公司的设备上把各种呼吸门控技术统称为呼吸补偿，在参数调整界面的“motion”卡中的“respiratory compensation”项中进行选择，其中的PEAR（phase encoded artifact reduction）就是这里介绍的呼吸补偿技术。

2．呼吸触发技术呼吸触发（respiratory triggering）属于前瞻性呼吸门控技术。如果呼吸节律较好，一般人平静吸气后即开始呼气，从一次平静呼气末到下一次吸气前有一段时间为呼吸运动相对停止的平台期，所以一般以呼气末为触发点（扫描开始点），开始进行MR信号采集，到下一次吸气前停止采集（扫描停止点），使MR信号采集时段发生于呼吸运动相对停止的平台期，将明显减少呼吸运动伪影（图5-8-9）。

图5-8-9　采用呼吸触发技术减少呼吸运动伪影

这组图像为上腹部同一层面的FSE T2WI。A．腹壁脂肪的呼吸运动伪影重叠于肝区（黑箭），影响肝脏内部的观察；B．施加了呼吸触发技术后，运动伪影明显减轻

和呼吸补偿技术一样，呼吸触发技术要求患者的呼吸频率和幅度保持相对稳定，因此检查前的呼吸训练非常重要。在患者能够做到均匀呼吸的前提下，呼吸触发技术的关键在于MR信号采集的开始点和结束点的设置，即采集时段的设置，其总的原则是把采集时段置于呼气末以后的呼吸平台期。尽管呼吸触发技术也可用于梯度回波T1WI序列，但更多的是用于FSE／TSE类的T2WI序列，不同厂家的设备上呼吸触发技术的设置也颇有不同，下面仅简要介绍GE、西门子和飞利浦设备上FSE／TSE T2WI序列的呼吸触发技术设置。

GE设备上在参数调整界面的“imaging options”中选择“respiratory triggering”，然后在“gating／triggering”界面中设置相关参数（图5-8-10A）。其中的“＃Resp intervals”表示呼吸周期数，将决定TR的长短，根据呼吸频率、扫描层数及TSE序列ETL的不同常设置为1～3，多数病例设置为2；“Trigger point”为从探测到吸气末的波峰到扫描开始点的时间段，该时间段用呼吸周期的百分比表示，决定了序列扫描的开始点，一般设置为25%～35%；“trigger window”为扫描结束点到下一次扫描开始点的时间段，该时间段也用呼吸周期的百分比表示，决定了每个呼吸周期中序列扫描的结束点，一般设置为30%～40%。开始点与结束点之间的时间即为采集时段，正确的方法是把采集时段放在呼气末以后的平台期（图5-8-10 B）。由于每个病例的呼吸频率不同，除了要设置trigger point和trigger window外，需要协调呼吸周期数与ETL，呼吸频率越高者可增加呼吸周期数或适当缩短ETL。

图5-8-1　0GE设备呼吸触发技术的设置

A．为呼吸触发设置界面；B．为A各参数在呼吸波上的位置示意图，正确的设置是把采集时段放在呼气末以后的平台期（图中粗黑线段）

西门子设备上呼吸触发技术的设置也颇为简便，在参数调整界面的“physio（生理）”卡中选择Resp／trigger，然后在同一界面设置相关参数（图5-8-11）。Average cycle（平均周期）是指平均呼吸周期的时间长短，由设备根据探测到呼吸波自动测算；Threshold（域值）是指呼吸波的呼气相（下降段）上波幅占波峰最高幅度的百分比，决定了允许扫描开始的时间，一般设置为20%左右，意为呼气相上，波幅下降到只有最高幅度的20%时可以启动扫描；Acquisition window（采集窗）是指从域值点开始允许序列采集的时间段长短，一般设备自动设置为呼吸周期的1／2，用户可以自己填写；Trigger delay是指到了域值点后，往后延时多少时间正在启动扫描，根据呼吸波形进行设置，一般可设置为0（无需延时），如果呼气较慢且呼吸相较平坦时可适当延时50～150ms；Resp phase（呼吸相）一般选择Expiration（呼气相）；TR并不是真正的TR，而是指扫描开始后采集时段的长短，也即决定了扫描结束点，原则上也是把采集时段放在呼气末以后的平台期。西门子设备上呼吸触发TSE序列的真正TR等于呼吸周期。

图5-8-1　1西门子设备呼吸触发技术的设置

图像左侧的参数如正文所述。图像右侧部分的为呼吸波及触发参数在呼吸波上的相应位置，图中从右到左代表时间。曲线为呼吸波，其下方的横条总长代表采集窗，其中粗黑箭所示的白色段长度代表TR（采集时段），采集时段前方（左侧）细黑箭所示的灰色段长度为触发延时，采集时段后方虚线黑箭所示的黑色段长度代表空余下来的采集窗。设置的原则是让采集时段（白色段）落在呼气末后的平台期。

飞利浦设备上在参数调整界面的“motion”卡设置，在“Respiratory compensation”选择“trigger”。对于TSE T2WI序列来说，呼吸触发技术有两个参数需要设置，一个trigger delay（触发延时），是指探测到吸气末波峰到序列开始扫描的时间间隔，然后再在contrast卡中设置TR，这里的TR也不是真正的TR，实际上是采集时段，而真正的TR是呼吸周期。TR的长短应该根据呼吸周期进行调整，TR最多可达呼吸周期的50%，而呼吸周期需要操作者根据单位时间内的呼吸波数目进行计算。

5-8-12飞利浦设备呼吸触发技术的设置界面

在Motion卡中选择Trigger，然后在contrast卡中设置TR