深圳先進院在超高場磁共振電子學及成像方法研究獲新進展
磁共振成像技術(shù)精密、體系復(fù)雜,是醫(yī)學診斷最尖端的設(shè)備之一,是心腦血管、神經(jīng)和腫瘤等全身多種重大疾病臨床影像診斷的關(guān)鍵工具。目前全球醫(yī)學臨床上最高場強的磁共振是3T,誕生于2001年。20多年來行業(yè)一直追求高于超高場磁共振全身成像系統(tǒng),以獲得更高的全身時空分辨率,從而實現(xiàn)對亞毫米或更微小病灶的精準診斷。然而超高場磁共振系統(tǒng)由于存在高場射頻偽影、掃描速度和熱安全問題,一直以來沒有形成有效的臨床解決方案。針對于上述挑戰(zhàn),深圳先進院鄭海榮研究團隊在超高場全身成像系統(tǒng)射頻技術(shù)、超高場成像方法及功能代謝成像方面取得一列進展。
團隊基于國際首創(chuàng)5T 超高場全身磁共振平臺上,發(fā)明了新體制多源非均勻激發(fā)磁共振成像方案,研制了48通道頭部收發(fā)一體射頻線圈,相對于3T系統(tǒng)的32通道頭部線圈,5T系統(tǒng)的信噪比是3T系統(tǒng)的1.6倍左右,同時在5T系統(tǒng)上的大腦解剖像具有更高的信噪比和圖像分辨率,血管圖像展示了此前難以觀測到的豆紋動脈、髓靜脈等微細結(jié)構(gòu)和更多的細節(jié)。該成果“5T magnetic resonance imaging: radio frequency hardware and initial brain imaging”發(fā)表于Quantitative Imaging in Medicine and Surgery(2023,13(5):3222-3240),并入選該期封面文章。在腹部成像方面,研究團隊在前期攻克的8通道體部容積激發(fā)線圈研究基礎(chǔ)上,利用新型射頻勻場算法可顯著提高心臟成像自適應(yīng)激發(fā)的穩(wěn)定性。相關(guān)工作受邀在2023中國生物醫(yī)學工程大會暨創(chuàng)新醫(yī)療峰會進行匯報。
在超高場功能磁共振T1ρ弛豫定量成像方面,團隊首次在5.0 T磁共振平臺上測試了大腦T1ρ成像的可行性,并比較了使用3.0 T和5.0 T掃描儀所得的T1ρ值。實驗結(jié)果表明,5.0T下獲得了信噪比更高的T1ρ加權(quán)圖像。在高分辨率成像中,5.0T的信噪比優(yōu)勢更明顯。該成果發(fā)表在Frontiers in Physics(2022,10:1016932)。團隊還提出一種用于基于擴散的MR重建方法——HFS-SDE,并將這種新方法應(yīng)用于MR T1ρ映射,實現(xiàn)14倍的高加速度,相對于VP-SDE的高速倍數(shù)下沒有顯示偽影,nRMSE值明顯優(yōu)于VP-SDE,并且圖像的高頻細節(jié)得到了更好的重建,該成果“Diffusion generative prior-based highly accelerated MR T1ρ mapping”在2023 ISMRM會議被收錄為Power Pitch。
無創(chuàng)反映活體內(nèi)細胞分子代謝特征對于了解腫瘤和神經(jīng)退行性疾病等重大疾病的發(fā)病機制、制定疾病治療方案和監(jiān)測疾病進展至關(guān)重要。目前,能用于人體臨床的分子代謝成像主要依賴于正電子發(fā)射型計算機斷層顯像技術(shù)(PET)或磁共振波譜技術(shù)(MRS)。磁共振氘(deuterium,D)代謝成像(DMI)技術(shù)是近年來興起的一種分子代謝成像手段,機體攝入氘標記的探針后,通過磁共振波譜成像技術(shù)檢測氘標記探針以及它們的下游代謝產(chǎn)物,實現(xiàn)代謝流的定量檢測。與PET技術(shù)相比,它不僅能夠反映機體對探針的攝取,還能提供了更多代謝下游的細節(jié),無電離輻射且易于實施。然而,氘標記探針價格昂貴,人體掃描使用量費用高達數(shù)千甚至上萬元,昂貴的價格是該技術(shù)臨床應(yīng)用的障礙之一。近期,團隊成員聯(lián)合研制了新的氘標記化合物[2,3,4,6,6'-2H5]-葡萄糖,合成成本顯著低于現(xiàn)有商用[6,6'-2H2]-葡萄糖,團隊還在超高場下證明了這種新化合物可以反映大鼠膠質(zhì)瘤模型的糖酵解通量,這些工作將有力的推動超高場磁共振氘代謝成像的臨床應(yīng)用。該成果“A new deuterium-labeled compound [2,3,4,6,6’-2H5]-D-glucose for deuterium magnetic resonance metabolic imaging”發(fā)表于磁共振分子代謝成像領(lǐng)域重要期刊NMR in Biomedicine上,并選為當期封面文章。

圖1 5T系統(tǒng) 48通道線圈頭部收發(fā)一體射頻線圈(A),在國際首創(chuàng)5T系統(tǒng)(B)上首次實現(xiàn)了采集分辨率為0.3 mm ×0.3 mm ×1.2 mm的高分辨磁敏感加權(quán)成像(C),較3T系統(tǒng)(E)展示如髓靜脈等更豐富的細節(jié)。

圖2 利用新型統(tǒng)計初值的射頻勻場算法, 顯著提高心臟成像自適應(yīng)激發(fā)的穩(wěn)定性。

圖3首次在5.0 T MR平臺上測試了大腦T1ρ功能成像。

圖4 團隊提出的HFS-SDE方法不僅提高了擴散模型的穩(wěn)定性,并在5T時實現(xiàn)了T1ρ定量成像的高加速,而且更準確地恢復(fù)MR圖像中的高頻細節(jié)。

圖5:一種磁共振功能成像的新型氘標記[2,3,4,6,6'-2H5]-葡萄糖探針及其在大鼠膠質(zhì)瘤模型成像。
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