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超快速磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)有着良好的时间分辨率,在功能成像(functional MRI,fMRI)、扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、自由呼吸心脏成像(free-breath heart imaging)等领域有着重要的应用。在超快速MRI中,平面回波成像(echo planarimaging,EPI)目前应用最广泛,其在时间分辨率和空间分辨率都有出色的表现。EPI通过一系列快速切换的梯度回波进行采样,一次射频脉冲激励就可得到一张二维磁共振图像所需的全部数据,通过傅里叶变换即可得一张磁共振图像。然而,EPI图像由于在相位编码维带宽较小,因此容易受到不均匀磁场和化学位移效应影响而产生畸变。为了克服不均匀磁场和化学位移效应的影响,以色列Frydman小组于2006年提出一种新的单扫描MRI方法一时空编码(Spatiotemporally Encoded,SPEN)方法。时空编码通过线性扫频脉冲(chirp脉冲)将二次相位引入核自旋演化。根据稳定相位理论,在二次相位调制下,在某一采样时刻,时空编码成像信号的强度只取决于对应空间位置内的局部自旋密度,因而时空编码具有空间选择性。此外,与EPI相比,二次相位的引入有效提高了相位编码维的带宽,因此时空编码方法具有较强的抵抗不均匀磁场和化学位移效应的能力。通过超分辨率重建,可以重建出和EPI空间分辨率相当的时空编码成像图像。在多层成像应用中,传统的SPEN方法因采用较多的chirp脉冲而导致较大的特异性吸收率(SAR)值,因此Frydman小组在2014年提出利用储存脉冲来进行多层时空编码。该方法能较大程度地降低SAR值,但是纵向弛豫效应也带来信号损失。为了能降低纵向弛豫效应带来的信号损失,我们小组在2016年提出了基于分段激发的多层时空编码成像方法(SeSPEN)。本文拓展了基于分段激发的时空编码成像方法,通过多回波同时重聚进一步缩短了成像时间。本文主要内容包括以下三个部分:一、对时空编码成像的基本理论和方法进行了具体的阐述,对其二次相位特性、空间选择性和对抗不均匀磁场和化学位移效应的鲁棒性进行了系统的描述。同时,介绍了超分辨率重建对时空编码成像的重要性以及本论文研究工作采用的去卷积超分辨率算法。二、提出了双回波同时重聚的多层分段时空编码方法(ME-SeSPEN)。该方法利用一系列散相梯度的组合,将不同层的信号在同一读出梯度期间不同时刻进行重聚,通过去卷积超分辨算法进行图像重建。实验证明,与自旋回波EPI、自旋多回波EPI和SeSPEN相比,ME-SeSPEN MRI能有效缩短采样时间,减少涡流效应,同时保持与SeSPENMRI相似的抗不均匀磁场鲁棒性、空间分辨率和信噪比。三、提出了三回波同时重聚的ME-SeSPEN方法,以进一步缩短采样时间,并保持SPENMRI对抗不均匀磁场鲁棒性。水模实验结果证明了该方法的可行性。