作为高级工程和应用开发的领头羊，早在20世纪90年代末期西门子就在MAGNETOM Vision磁共振系统上实现了3D动态扫描。随着梯度技术的进步，动态扫描的速度得到了飞跃性的发展。动态扫描经历了几个重要的变革和改进，例如，Tim技术（全景矩阵成像）的产生大大加快了并行成像的速度，而近年来发展起来的新的k-空间覆盖方法使我们能更灵活地操作数据的采集过程，同样能够有效地加快扫描进程。由于syngo TWIST技术运用了更为巧妙灵活的k-空间覆盖方法，在时间和空间分辨率上都获得了前所未有的提高，相对于已有的其他动态扫描技术而言，它在动态过程的快速追踪上具有非常大的优势。

       在1.5 T和3.0 T系统上，syngo TWIST提供了一种实用、灵活、简便的方法实现了亚秒级的时间序列3D测量。如果使用造影剂，则可以提供丰富有效的动态临床信息，如异常血管解剖和血液动力学的评估以及灌注测量等。常规上，syngo TWIST可以应用在血管病理学、声带运动、讲话／唱歌、吞咽以及身体的其他自主或非自主运动的动态过程的连续扫描。本文将着重阐述syngo TWIST技术的基本原理以及最基本的临床应用，如动态造影剂增强MR血管成像。如图1所示，在静脉注射MR造影剂之后，进行一系列的快速3D成像扫描来观测血管信息。造影剂的生理学特性直接决定扫描所需的时间分辨率，它们到达指定的部位可以短至1秒，或者更短；而由于外围血管的运输速度较慢，到达颅脑的时间可达数秒。

       与其它动态扫描技术相比，syngo TWIST与并行成像技术（如syngo GRAPPA或mSENSE）兼容，因此，在进行3D扫描的时候不仅时间分辨率较高，而且还能得到合适的空间分辨率。和标准的全k-空间采集相比，syngo TWIST的加速可达20倍。更有甚者，它还与inline angio卡兼容，因此可以像标准的血管成像序列一样进行快速的图像后处理。

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图1  造影剂增强动态MRA成像的基本概念。A：常规扫描方法，时间分辨率较低。B：syngo TWIST缩短了相邻两次3D数据采集之间的时间间隔，能较好地辨别动脉期和静脉期
图2  syngo TWIST使用不同采样特性的A区和B区来获得较快的数据更新速度
图3  A区和B区全采样，即，以相同的步进速度采集k-空间的所有数据点。k-空间数据点的数目直接决定时间分辨率
图4  降低B区数据点的覆盖频率可以提高时间分辨率
图5  相邻B区的数据拷贝到原始数据中进行3D图像重建
图6  所有k-空间数据点根据其径向距离和相对于平面内相位编码轴的方位角进行排列
图7  syngo TWIST的k-空间轨迹
Fig. 1  Basic idea of contrast-enhanced dynamic MRA. A: Conventional measurements with relatively poor temporal resolution. B: syngo TWIST reduces the time between subsequent 3D data sets to better distinguish between the arterial and venous phase.
Fig. 2  syngo TWIST uses regions A and B with different sampling properties to achieve faster update rates.
Fig. 3  Full sampling of A and B, i.e. every point in k-space is sampled at the same rate. The temporal resolution depends on the total number of k-space points multiplied by TR.
Fig. 4  The temporal resolution is improved when k-space points in region B are visited less frequently than region A.
Fig. 5  Data from several B intervals are copied into the raw data to calculate the three-dimensional image data at time interval ti.
Fig. 6  All k-space sampling points are sorted according to their radial distance in k-space and zimuthal angle relative to the in-plane phase encode axis.
Fig. 7  k-space trajectory for syngo TWIST.

1　方法

       为了缩短3D扫描的时间，可使用下列任一或几个方法来获得时间分辨的动态成像：(1)缩短TR；(2)使用矩形扫描野(FoV)；(3)使用半傅立叶采集；(4)降低空间分辨率（平面内分辨率、断层分辨率）；(5)使用并行成像技术。

       为了获得更高的时间分辨率，在数据采集过程中还可以操纵k-空间的覆盖，例如，对不同的采样点使用不同的覆盖频率，使得k-空间中心的数据行覆盖频率更高。这种随机的相位编码策略，已经应用在西门子MAGNETOM系统上，并得到广泛的认可。在3D序列采集方案中，我们直接采用了这个基本的数据采集策略。

       首先，将k-空间分成A区和B区，如图2所示。图2显示将k-空间的数据点分成A区和B区。A区为低频率的中央区域，决定图像总体的对比度；B区是高频率的周边区域，反映图像的解剖细节，对图像的对比贡献很小。众所周知，k-空间数据点的数目直接决定于平面内和平面间相位编码方向上的空间分辨率和扫描野大小。其中，A区较大则图像对比分辨率较高，而B区较大则图像的空间分辨率较高。采集的数据点数目越多，所需的采集时间也就越长。

       假设A区和B区各包含NA和NB个数据采样点。在常规的覆盖方法中，A区和B区的所有采样点按相同的频率进行覆盖，如图3所示。

       为了缩短相邻两个A区之间的时间间隔，可以降低B区k-空间数据点的覆盖频率，如图4所示，阴影部分即为B区。

       在图4中，相邻两个A区之间的时间间隔比常规覆盖途径的时间间隔短，显然，这提高了图像的时间分辨率。但是，B区间隔并没有被完全覆盖，为了覆盖漏填的数据点，可以将相邻B区的数据拷贝到原始数据中进行3D图像重建。如图6所示，ti时间点的图像可以拷贝ti-1和ti+1时间点B区的数据进行图像重建。

       为了更好地理解syngo TWIST技术，需要掌握k-空间中A区和B区各自的穿越轨迹。首先，被测量的所有采样点都会根据它们的径向距离和方位角进行排列（图6），因此，从外形上来看，A区和B区的数据行是径向距离不同的同心圆。但是，这些数据行的采集顺序不同，如图7所示，A区和B区的k-空间轨迹都起止于这两个分区的分界线kc。例如，A区的轨迹起始于分界线kc上的点1，然后往k-空间中心的方向采集数据点直到k-空间中心点2，接着掉头往外回到分界线kc上的点3。从点3开始往外的方向，B区的数据点采集开始，到达k-空间最周边区域点4后回到A、B区的分界线kc上的点5，至此，一个k-空间填充的基本循环就结束了。syngo TWIST技术就是不断地重复以上的采集来获得动态的图像。A、B区的不同之处在于，A区的每次填充都按相同的步进速度进行全空间填充，而B区采用了更大的、可变的步进速度，并且B区在每个循环中所填充的数据行是前次填充的漏填区域。这种填充方法的主要优势在于每个基本循环的重复填充是从k=0到kmax的全k-空间覆盖，因此，高频信息的更新速度与A区的低频信息相同。

       图8更进一步地解释了syngo TWIST的k-空间采集策略，从时间点t1到t9的k-空间填充过程的抓图中，我们可以真实地看到A、B区在每个基本循环中的填充情况。

       总体而言，即使对每个采样点定义了具体的填充策略，k-空间还是通过一种随机的方式进行采集。这个填充行为充分解释了syngo TWIST(time-resolved angiography with stochastic trajectories)这个名字中"随机轨迹"(stochastic trajectories)的概念。

2　临床应用

       在临床应用中使用动态syngo TWIST有多方面的优势，如：(1)通过提供动态信息对血管疾病进行更好的检测，如动静脉畸形或分流。(2)通过对血液动力学进行成像来更好地评估血管疾病，如外周动脉血栓闭塞性疾病或盗血现象。(3)减少造影剂增强检查中造影剂的使用量。(4)完全消除静脉信号的污染，即使在异常的血液动力学状态也能达到此效果。

       图9显示的是健康志愿者颈动脉的一系列MIP(最大密度投影)图像。这些数据在MAGNETOM Trio系统上采集，联合使用了头线圈（12单元）、颈线圈(4单元)、体线圈上对应的一排线圈单元(3单元)以及脊柱线圈(3单元)。所使用的协议参数如下：Fov= 500 mm，读出矩阵＝512，iPAT=3，空间分辨率= 1.2 mm×1.0 mm×4.0 mm。syngo TWIST参数为A区占30%，B区采样密度为25%。因此，syngo TWIST的加速因子为2.1，也就是说，使用与常规扫描类似的扫描参数时，syngo TWIST的扫描速度是常规扫描的2.1倍。如果同时使用并行成像和半傅立叶采集技术，总的加速水平可达9.8倍。换言之，syngo TWIST的扫描速度约为标准全k-空间采集技术的10倍。在该扫描中，使用了更小剂量的造影剂，但同样能在数据采集的过程中提供足够的T1-缩短效果。对许多临床应用而言，这是非常重要的优势，因为它可以对造影剂团注的过程进行成像，并且允许对多个部位进行重复测量。通常，在时间分辨MRA完成后会进行高分辨扫描，由于MRA扫描中使用的造影剂非常少，随后的高分辨扫描并不会受存在于血管系统中的造影剂影响。

       syngo TWIST适用于所有血管疾病领域。图11显示了先天性血管疾病的一系列MIP图像。这些数据在MAGNETOM Avanto系统上采集，使用了两个体线圈和相对应的脊柱线圈单元。在扫描野FoV=500 mm，iPAT=2(左右方向)时总共使用了24个线圈单元。

       最后，图12展现了syngo TWIST作为全四维造影剂增强MRA成像技术的巨大潜力。该例子使用的参数如下：尺寸A=15%，采样率B=20%，达到的TWIST加速因子为3.125。结合其他的加速技术可达总的加速为14.6，空间分辨率＝1.3 mm×1.0 mm×1.3 mm，三次独立的数据采集之间的时间间隔是2.5秒。换言之，syngo TWIST提供的这些数据如果使用常规扫描方法需要花36秒的时间才能完成。由于相邻两个A区之间的时间间隔很短，扫描过程中只需要使用很小剂量的造影剂就可以获得足够强的造影剂团注效果。

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图9  健康志愿者的颈动脉时间分辨造影剂MRA检查。syngo TWIST加速因子为2.1，提供短至2秒的时间分辨率
图10  盗血综合征患者的syngo TWIST时间分辨MRA检查（扫描设备：MAGNETOM Trio，感谢美国加利福尼亚洛杉矶分校的J. Paul Finn博士提供帮助）
图11  先天性血管疾病患者的syngo TWIST时间分辨MRA检查（扫描设备：MAGNETOM Avanto，感谢美国加利福尼亚洛杉矶分校的J. Paul Finn博士提供帮助）
图12  上：4D MRA检查的冠状位MIP图像；下：相同MRA检查动脉期不同投影角度的MIP图像
Fig. 9  Time-resolved contrast-MRA study of the carotid artery in a normal volunteer. The syngo TWIST acceleration factor is 2.1 to provide a temporal resolution of 2 seconds.
Fig. 10  Time-resolved MRA using syngo TWIST in a patient with steal syndrome (Data are acquired on MAGNETOM Trio. Courtesy of Dr. J. Paul Finn, UCLA, Los Angeles, USA.).
Fig. 11  Time-resolved MRA using syngo TWIST in a patient with congenital vascular disease (Data are acquired on MAGNETOM Avanto. Courtesy of Dr. J. Paul Finn, UCLA, Los Angeles, USA.).
Fig. 12  Top: Series of coronal MIPs in a 4D MRA study. Bottom: Series of MIPs at different projection angles of the arterial phase of the same 4 measurements.

3　总结

       syngo TWIST是一项多功能的技术，能够满足时间分辨造影剂增强的MRA成像的所有成像要求。所有具备Tim技术的MAGNETOM系统都可进行该扫描，在血管疾病的功能评估上它是一个非常强大的工具。