MRM 封面文章 | 深圳先進(jìn)院研發(fā)快速精準(zhǔn)腹部脂肪與鐵定量成像新技術(shù)
代謝功能障礙相關(guān)脂肪性肝病(?Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease,MASLD,此前稱為非酒精性脂肪肝)已成為全球最常見的慢性肝病,影響約全球四分之一人口。疾病譜從單純肝脂肪變性可進(jìn)展為脂肪性肝炎、肝纖維化、肝硬化乃至肝癌,早期精準(zhǔn)評(píng)估肝臟脂肪含量至關(guān)重要。磁共振質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)(Proton Density Fat Fraction, PDFF)成像是目前無創(chuàng)定量肝臟脂肪的“金標(biāo)準(zhǔn)”, 但通常需在屏氣狀態(tài)下進(jìn)行三維采集,對(duì)兒童、老人及呼吸困難者適用性差,限制了其廣泛臨床使用。
近日,醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所鄒超研究員、程傳力副研究員等在磁共振物理領(lǐng)域權(quán)威期刊Magnetic Resonance in Medicine上以封面文章發(fā)表了題為?"Fast and Accurate Abdominal PDFF and R2* Mapping With Model‐Fitted Flip Angle Modulation and Simultaneous Multi‐Slice (SMS) 2D Imaging"?的研究成果。該研究提出了一種基于模型擬合翻轉(zhuǎn)角調(diào)制(Flip Angle Modulation, FAM)與同步多層(SMS)加速的二維自由呼吸成像新方法,實(shí)現(xiàn)了在自由呼吸狀態(tài)下快速、高信噪比、高一致性的肝臟脂肪與鐵定量成像。
研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)現(xiàn)有二維FAM方法中翻轉(zhuǎn)角組合需隨相位編碼步數(shù)重復(fù)迭代優(yōu)化、計(jì)算效率低的問題,提出一種高斯函數(shù)模型擬合法,可直接根據(jù)編碼步數(shù)快速計(jì)算最佳翻轉(zhuǎn)角曲線,避免重復(fù)優(yōu)化,大幅提升計(jì)算效率與協(xié)議設(shè)計(jì)的靈活性。
同時(shí),該方法創(chuàng)新性地將同步多層成像(SMS)技術(shù)引入二維FAM序列,通過多層同時(shí)激發(fā)與重建,在保持高信噪比的前提下將掃描時(shí)間縮短近一半,并有效抑制了傳統(tǒng)并行成像(如GRAPPA)在高加速比下的噪聲放大問題。
研究通過脂肪‐水體模與多例志愿者進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證,對(duì)比了所提方法(FAM-SMS)與傳統(tǒng)三維屏氣法、二維FAM結(jié)合GRAPPA(FAM-GRAPPA)以及混合加速(FAM-Hybrid)等多種方案:
1)體模實(shí)驗(yàn)顯示,模型擬合翻轉(zhuǎn)角曲線與優(yōu)化結(jié)果高度一致,PDFF與R2*測量無顯著偏差(p>0.05),與三維參考方法相關(guān)性極高(PDFF: 0.994–0.995,R2: 0.978–0.988)。?
2)在體實(shí)驗(yàn)中,F(xiàn)AM-SMS在自由呼吸下獲得的PDFF與R2*圖像噪聲水平與三維屏氣采集相當(dāng),且PDFF與R2*的標(biāo)準(zhǔn)差較FAM-GRAPPA分別降低18.7%?與18.5%,表現(xiàn)出更優(yōu)的噪聲性能與定量穩(wěn)定性。
該方法不僅解決了屏氣困難患者的成像難題,還通過縮短單層采集時(shí)間、抑制運(yùn)動(dòng)偽影,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“自由呼吸、運(yùn)動(dòng)魯棒”定量成像。其在保持高定量準(zhǔn)確性的同時(shí),大幅提升掃描效率,為肝臟脂肪與鐵沉積的臨床篩查、隨訪與療效評(píng)估提供了更加高效、穩(wěn)定的成像手段。
該研究由中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭,通訊作者為鄒超研究員,第一作者為程傳力副研究員。研究獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目支持。
未來,研究團(tuán)隊(duì)將聯(lián)合多家臨床中心,開展大規(guī)模、多中心的前瞻性臨床研究,進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)在更廣泛人群(包括不同程度脂肪肝、鐵過載及兒童、老年等呼吸配合困難患者)中的定量準(zhǔn)確性、可重復(fù)性及臨床實(shí)用性。通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的成像協(xié)議與后處理流程,推動(dòng)該技術(shù)從科研工具向臨床常規(guī)檢查方案轉(zhuǎn)化,助力代謝相關(guān)脂肪性肝病及肝鐵過載的早期篩查、精準(zhǔn)分型與療效評(píng)估。
同時(shí),團(tuán)隊(duì)將拓展該方法在全身脂肪定量、心外膜脂肪及腎周脂肪評(píng)估等更多臨床場景中的應(yīng)用,探索其在不同解剖部位、不同疾病狀態(tài)下的適用性。通過推動(dòng)多中心數(shù)據(jù)共享與算法優(yōu)化,形成基于自由呼吸、快速精準(zhǔn)脂肪定量的臨床指南,為我國肝病及代謝性疾病防控提供更加普適、高效的影像解決方案。

圖1:文章上線截圖

圖2:研究提出的模型擬合算法與迭代算法具有很好的一致性

圖3:在體成像結(jié)果及期刊封面
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