bSSFP中用于相位保持的线圈组合技术性能比较

《Concepts in Magnetic Resonance》：Comparison of Coil Combination Technique Performance for Phase Preservation in bSSFP

MR图像通常通过多通道相干阵列射频（RF）采集，需组合各通道数据以提高信噪比（SNR）和均匀性。本文比较了五种线圈组合技术（ESPIRiT、SRCC、FRCC、AR、IMPA）在pc-bSSFP序列中对相位信息的保留性能，发现ESPIRiT、AR和IMPA在SNR范围5-27内均表现最佳，其平均相位误差（mRMSE）低至0.06 rad，且性能不受SNR显著影响。研究揭示了线圈组合技术对相位敏感脉冲序列（如pc-bSSFP）定量成像（QI）的关键作用，为临床高加速率QI成像提供了技术依据。

　　
本研究聚焦于多通道MRI成像中相位保留问题的评估，以相位敏感的pc-bSSFP序列为例，对比了五种线圈组合技术（ESPIRiT、SRCC、FRCC、AR、IMPA）在不同信噪比（SNR）下的性能表现。通过模拟 phantom 和真实膝关节数据的实验验证，发现ESPIRiT、AR和IMPA在相位保留方面表现最优，其平均相位误差可控制在0.06弧度以内，且性能在SNR范围5-100时保持稳定。

研究首先明确了线圈组合技术对定量成像（QI）分析的重要性。由于pc-bSSFP序列的信号相位与组织T1、T2参数直接相关，相位信息的准确保留对后续的弛豫率定量分析至关重要。传统方法如简单相位鲁棒线圈组合（SRCC）虽然能保留部分相位特征，但在多通道协同成像中存在局限性。

理论部分系统梳理了五种技术的核心原理：ESPIRiT通过特征值分解获得线圈敏感性图，结合迭代自一致性并行成像重建；AR采用基于统计的匹配滤波算法进行信号合成；IMPA则通过自参考相位校准消除系统偏移。特别值得注意的是，SRCC和FRCC作为pc-bSSFP专用技术，其相位补偿机制存在明显差异——FRCC通过多通道相位对齐实现，但计算复杂度高；SRCC依赖单一通道最高信号相位，可能导致局部信息丢失。

实验设计采用双路径验证：一方面在真实高SNR（27）的膝关节数据中，通过人工划定的软骨区域（图2a、b）对比各技术重建后的相位分布。结果显示，ESPIRiT、AR和IMPA的相位分布与单通道数据高度吻合（图4、5c），其平均均方根误差（mRMSE）达到0.06弧度，而FRCC的相位扭曲最为显著，SRCC则存在局部区域相位偏移。

SNR敏感性测试进一步验证了技术稳定性：在模拟 phantom数据中，当SNR降至10时，最优技术的相位误差仍小于0.13弧度（图6a、b）；在真实膝关节数据中，SNR降至5时，ESPIRiT和AR的相位误差波动范围控制在0.08-0.12弧度（图7a、b）。值得注意的是，IMPA在低SNR（5-10）时表现出0.2弧度的相位波动异常，可能与校准过程中噪声干扰有关。

研究揭示了三个关键结论：首先，基于特征值分解的ESPIRiT和统计匹配滤波的AR通过多维度信号合成有效抑制了噪声干扰；其次，IMPA的自参考相位校准机制在中等SNR以上场景中表现优异，但低SNR时易受噪声影响；最后，FRCC因过度依赖通道间信号相关性，在复杂组织场景中容易引入相位漂移。

讨论部分特别指出，虽然线圈组合技术能有效保留相位信息，但实际应用中还需考虑B0场漂移（可能导致椭圆旋转）、生物运动伪影（改变相位分布轨迹）以及多组学组织（T1/T2异质性）等干扰因素。研究建议未来可结合快速重建算法（如ReCaT）和相位校正模块，开发适用于临床实时分析的pc-bSSFP线圈组合方案。

数据可及性方面，研究团队公开了完整的代码库（GitHub链接）和模拟 phantom 的原始数据，为后续研究提供了重要基础。该成果对推动定量MRI技术的临床应用具有重要价值，特别是在骨关节疾病早期诊断中，相位保留能力直接影响T1/T2参数测量的准确性。

总体而言，本研究为多通道MRI数据预处理提供了关键参考：在保持计算效率的同时，应优先选择基于统计优化或自参考校准的技术，而特定场景下需结合硬件参数优化。这些发现可直接指导临床研究中线圈组合策略的选择，并为后续开发更高加速因子的pc-bSSFP序列奠定基础。