深圳先進(jìn)院在磁共振快速三維成像研究中取得新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像中心副研究員王海峰和醫(yī)學(xué)人工智能中心研究員梁棟開展合作，在磁共振快速三維成像研究中取得新進(jìn)展。研究人員基于波浪雞尾酒（Wave-CAIPI）快速三維成像技術(shù)，提出波浪（wave）梯度參數(shù)優(yōu)化方案；針對波浪梯度存在的梯度零階矩不為“零”問題，提出新的截?cái)嗍讲ɡ颂荻龋粌H完善磁共振快速三維成像理論基礎(chǔ)，并進(jìn)一步推動相關(guān)的高級磁共振快速三維成像技術(shù)走向臨床應(yīng)用。

掃描速度慢是磁共振三維成像的重要問題，制約其掃描流量及重大疾病相關(guān)的高級臨床應(yīng)用，因此，研究人員致力于研究磁共振快速三維成像。波浪雞尾酒技術(shù)是磁共振快速三維成像技術(shù)（圖1），該技術(shù)使用的波浪梯度直接決定其加速性能，而兩者之間的關(guān)系尚缺乏理論描述。為從理論上指導(dǎo)波浪梯度的設(shè)計(jì)以最優(yōu)化加速性能，研究人員基于最大瞬時頻率和平均幾何因子（g-factor）計(jì)算，提出波浪梯度的參數(shù)理論優(yōu)化方案。與先前研究相比，該研究獲得的圖像在不同設(shè)備及加速倍速下得到11%~28%的信噪比提升（圖2）。

圖1 波浪雞尾酒（Wave-CAIPI）技術(shù)原理示意圖

圖2 不同參數(shù)下波浪雞尾酒技術(shù)用于加速梯度回波序列的全腦成像結(jié)果（a）以及細(xì)節(jié)放大圖像（b），從上至下分別為采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)（第一行）、優(yōu)化參數(shù)（第二行）和最大參數(shù)（第三行）掃描所得結(jié)果

此外，波浪雞尾酒技術(shù)使用波浪梯度的零階矩不為“零”，用于加速平衡穩(wěn)態(tài)自由旋進(jìn)（bSSFP）序列時，導(dǎo)致帶狀偽影，從而限制其在磁共振心血管成像等領(lǐng)域的推廣。針對該問題，研究人員提出零階矩等于“零”的截?cái)嗍讲ɡ颂荻燃夹g(shù)，在實(shí)現(xiàn)高倍加速的同時，消除傳統(tǒng)波浪梯度引入的圖像帶狀偽影（圖3）。該技術(shù)基于3T磁共振成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)12倍加速的0.8mm x 0.8mm x 0.8mm高分辨率人體全腦三維成像（圖4），以及高倍加速的高分辨率人體脊柱和腹部三維成像。

圖3 截?cái)嗍讲ɡ颂荻群蛡鹘y(tǒng)波浪梯度的仿體測試結(jié)果，其中，（a）為不同設(shè)備所獲得的參考圖像。相比于傳統(tǒng)波浪梯度，截?cái)嗍讲ɡ颂荻仍讷@得優(yōu)異加速性能/低幾何因子（c）的同時，消除了其所引入的帶狀偽影（b）

圖4 研究團(tuán)隊(duì)所提出技術(shù)（Wave-bSSFP）和雞尾酒技術(shù)（2D-CAIPI-bSSFP）用于加速平衡穩(wěn)態(tài)自由旋進(jìn)成像結(jié)果（a），以及所對應(yīng)的誤差圖（b）和幾何因子圖（c）

該研究縮短磁共振三維掃描時間，提高臨床掃描效率，且有望拓寬磁共振三維成像的臨床應(yīng)用范圍。目前，相關(guān)成果已申請國內(nèi)外專利。相關(guān)研究成果以Parameter optimization framework on wave gradients of Wave-CAIPI imaging為題，發(fā)表在Magnetic Resonance in Medicine上，王海峰和博士研究生丘志浪為論文的共同第一作者，梁棟為論文通訊作者；以Accelerated 3D bSSFP Using A Modified Wave-CAIPI Technique with Truncated Wave Gradients為題，發(fā)表在IEEE Transactions on Medical Imaging上，助理研究員蘇適和丘志浪為論文的共同第一作者，梁棟和王海峰為論文的通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金和深圳市科技創(chuàng)新委員會項(xiàng)目的資助。

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