面向功能磁共振成像的切片特异性二维奈奎斯特伪影校正同步多层EPI重建方法及其应用

　　本文推荐一种改进的同步多层（SMS）EPI重建方法，结合切片特异性二维奈奎斯特伪影（Nyquist ghost）校正与相位约束低秩矩阵补全（PC-SAKE）技术，显著提升功能磁共振成像（fMRI）中BOLD信号的时间稳定性与伪影抑制能力，为任务态与静息态fMRI研究提供更可靠的脑活动与功能连接检测方案。

　　

Highlight

本研究提出了一种改进的同步多层（SMS）EPI重建方法，整合了切片特异性相位误差校正与相位约束低秩矩阵补全（PC-SAKE）技术，用于提升功能磁共振成像（fMRI）的图像质量与时间稳定性。

Phase-constrained SAKE reconstruction for ms-EPI calibration data

在进行同时多层与面内加速的EPI并行成像时，我们使用全采样的多射EPI（ms-EPI）扫描来校准线圈灵敏度图（CSM）。扫描参数与加速EPI采集保持一致。通过相位约束SAKE重建，我们能够同时校正二维EPI相位误差和不同射之间的二维相位变动。从完全校正后的单波段EPI数据中，可以提取出高质量的线圈灵敏度图，并用于后续的并行成像重建。

Results

如图3所示，使用一维线性相位校正（1D LPC）方法重建的双射EPI校准图像在背景区域仍存在奈奎斯特伪影残留。图像的右半部分经过亮度增强（亮度×3）后，背景区域的残留伪影更加明显。此外，基于FLASH校准数据重建的图像与加速EPI数据之间存在明显的几何畸变失配。这种畸变失配在使用高加速因子（如同时多层加速因子MB≥4、面内加速因子R≥2）时尤为严重。

Temporal stability of fMRI image series

我们推测，与一维LPC方法相比，采用PC-SAKE增强的多射EPI校准的PEC-SP-SG重建方法之所以能提高时间稳定性，主要归功于其彻底消除了读取极性之间以及不同射之间的相位误差。在超高场强下，由生理运动或系统不完美引起的射间相位变动更加显著，且通常以二维非线性成分为主。为验证该方法的鲁棒性，我们进一步比较了不同重建方法所获图像序列的时间信噪比（tSNR）。

Conclusion

采用PC-SAKE增强的多射EPI校准的PEC-SP-SG方法通过提升时间稳定性与抑制伪影，显著改善了fMRI分析效果。该方法在一维LPC或基于FLASH校准的PEC-SP-SG方法之上表现更优，能够在任务态分析中更可靠地检测脑激活，或在静息态分析中获得更高的种子相关分析相关系数。总体而言，PEC-SP-SG与PC-SAKE增强的多射EPI校准为fMRI研究中的SMS EPI重建提供了一种鲁棒且高效的解决方案。

Conclusion

PEC-SP-SG with PC-SAKE enhanced ms-EPI calibration significantly improves fMRI analysis by improving temporal stability and reducing artifacts. It outperforms 1D LPC method or PEC-SP-SG with FLASH calibration, resulting in fewer artifacts and more reliable activation detection in task-based analysis or high correlation coefficient in seed-based correlation analysis for resting-state analyses. Overall, PEC-SP-SG with PC-SAKE enhanced ms-EPI calibration offers a robust approach for SMS EPI reconstruction in fMRI studies.