uMR&ISMRM
04-09 MAY 2024
联影磁共振与您 共向未来！
前言 FOREWORD
联影磁共振致力于汇聚全球智慧，与科学界、医学界和工业界建立了一种创新的合作伙伴关系。通过深度融合设备研发与制造、学术与科研以及临床诊断与治疗，联影磁共振与合作伙伴共同推动磁共振成像的创新与进步。
联影磁共振科学家与全球客户深度合作，在2024 年 ISMRM (国际医学磁共振学会年会) 投稿上取得令人瞩目的成绩！本期将详细介绍中国科学院深圳先进技术研究院（后称“深圳先进院”）在 2024 年 ISMRM 中稿的超高场 5T 磁共振成像领域摘要。
超高场磁共振
uMR Jupiter
机遇 挑战 惊喜
两年来，得益于全球医院、高校和研究院所的开放合作，5T磁共振技术得以在丰富的临床实践与科学研究中不断发展成熟。uMR Jupiter 5T 在超高场全身临床应用，如头部、关节、体部、心血管等领域均表现出见所未见的能力，直击临床诊断痛点。在科研探究上，uMR Jupiter 5T 展现出引领精准医学等前沿探索的广阔潜能，在头部、血管、心脏、胰腺、肝脏等领域均有丰硕的科研成果产出，展现蓬勃的生命力。
深圳先进院与联影在超高场磁共振成像领域进行深度合作，打破人体成像极限，共同推进 5T 科学前沿的研究与临床转化。
uMR Jupiter 5T
深圳先进院5T摘要一览
深圳先进院是由中国科学院、深圳市人民政府及香港中文大学共建的国内顶尖科研机构。近期，深圳先进院梁栋研究员、李烨研究员、吴垠研究员、朱燕杰研究员、邹超研究员、张丽娟研究员、张娜副研究员等基于 5T 超高场的 16 篇前沿研究成果在 2024 年 ISMRM 上中稿，包括 3 篇 Oral，1 篇 Oral Power Pitch 。这些成果涉及超高场 AI 算法、定量成像、代谢成像、线圈设计等领域，今天，让我们一起走近部分成果，感受 5T 带来的科研惊喜!
5T高清血管壁成像
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Accelerating whole brain vessel wall imaging of isotropic 0.4 mm3 on 5T by 10-fold using deep learning reconstruction》(Oral)
磁共振血管壁成像 (VWI) 在检测动脉粥样硬化斑块和区分不同管壁病变等方面具有更高的敏感度和特异性。目前血管壁成像主要在 3T 磁共振系统上实施，但受信噪比和扫描时间的双重制约，3T 系统难以实现高于 0.5 mm 分辨率血管壁快速成像。随着联影 5T 磁共振系统的推出，结合 48 通道收发一体头线圈，为实现各向同性 0.4 mm 分辨率血管壁成像奠定了信噪比基础。而基于人工智能的三维智能光梭成像技术 (ACS 3D) 保证了图像的精度和可靠性，同时解决了人工智能应用中黑盒子的难题，可实现高达 10 倍欠采加速血管壁成像数据的精准恢复。
梁栋研究员团队优化了分辨率为各向同性 0.4 mm 的全脑血管壁成像的序列和重建参数，在 10 倍加速时扫描时间只需 6 分钟（0.5 mm 的扫描时间只需 4 分钟）。成像结果表明 5T 场强的提升带来的更高信噪比可显著提高血管壁成像质量，这项技术在临床上对管壁微小病灶的年轻卒中患者血管壁成像有重要作用。
图注: 同一名志愿者分别在 5T 和 3T 上进行相同分辨率血管壁成像 (相同序列和重建参数) 的结果，可以看到 5T 场强的提升可以显著提高血管壁成像质量
基于5T的头线圈创新设计
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Design of an Open-transmit/24-channel flexible receiver head coil for MRI/fMRI of somatosensory and motor cortex at 5T》(Oral)
血氧水平依赖成像 (BOLD) 是一种非侵入性的脑功能活动检测技术。基于血管占空依赖成像 (VASO) 可以实现非侵入性的对大脑皮层微小血管活动的精细检测, 但相较于 BOLD 的信号灵敏度低。射频线圈作为磁共振系统中负责激发和采集信号的关键部件, 线圈的结构和优化决定了脑功能研究中特别是视觉实验范式的适用性和提高信号的灵敏度和成像的分辨率的关键因素，因此对超高场上大脑皮层功能研究显得尤为重要。
李烨研究员团队基于 5T 磁共振系统，通过线圈的构造设计改善受试者使用上的幽闭感和提高脑功能成像应用的适用性。发射线圈部分的物理设计打破了传统屏蔽式鸟笼的封闭性，使用了优化的非周期性鸟笼结构获得了开放式视野且具有较传统屏蔽式鸟笼等同的发射场效果，另外在接收线圈部分的设计上采用了 24 通道的头戴式柔性阵列布局，相较于传统基于刚性壳体上布局的多通道阵列天线, 天线覆盖大脑皮层的触觉和运动区具有更佳的填充性, 提升了磁共振及功能信号的检测灵敏度。
研究通过对比了与传统 48 通道全脑线圈的信噪比及定量分析，结果表明了 24 通道头戴式柔性接收线圈的设计不仅提升了皮层区域空间信噪比的性能，最高达 3 倍以上，并提升了时间信噪比 tSNR 的性能。同时在 0.2mm 亚毫米级 T2* 的大脑图像上得到了更好的图像细节，在脑功能分析结果上采集的 VASO 信号可以在大脑运动皮层精细划分区域上获得了与 7T 公开结果相较一致的信号特异性曲线。该研究验证了一种新型脑功能线圈设计的可行性, 也揭示了 5T 介观尺度下的大脑皮层的特定分层和神经环路研究的潜力。
图注: 基于专用脑功能线圈采集下的 BOLD 和 VASO 成像的脑功能激活图示及在人体大脑运动皮层精细划分区域下的信号变化曲线和特异性
5T CMR高效射频匀场优化策略
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Efficient RF Shimming Strategies for Cardiac MRI at 5T》(Power Pitch)
超高场 (>3T) 磁共振心脏成像 (CMR) 可以提供更高的心肌血池对比度和解剖分辨率，更利于心功能的评估。然而，较高的场强加剧了心脏中的射频场的不均匀性，由于介电效应导致的暗带伪影，阻碍了临床诊断，多通道射频匀场是一种常见的解决方案。李烨研究员团队提出了一种针对 5T CMR 的高效射频匀场技术，在提高射频场均匀性的同时提高激发效率，降低射频激发功率，并降低射频热沉积 (SAR) 过高的风险。通过仿真结果和体内成像验证，在维持射频场均匀性的合理范围内，显著降低了 SAR 的风险。未来的实验将进一步扩大样本规模及成像区域。
射频匀场优化通常被视为幅值最小二乘的最优化问题 (MLS)。所提出的方法将在均匀性优化损失函数之上加入了对激发强度的限制，除此之外，还在优化方程中为心脏以外区域的均匀性分配一定的损失，防止磁场突变过大。这种方法被称为 Eff-MLS。
图 1 显示了 Duke 仿真模型的匀场结果，所提出的 Eff-MLS 与传统的 MLS 优化算法相比，心脏的均匀性略有减少。手臂区域的热点数量和强度减少，且激发效率显著增加，局部效能增加了 34.10%，全局 SAR 降低了 48.92%。图 2 为 15 例仿真样本在不同匀场参数下所获得的射频场信息，结果显示，在所有样本中，Eff-MLS 相对 MLS 平均 CV 的绝对值提升了 3.38%，但平均激发效率增加了 24.32%，全局 SAR 最少可以降低约 20%。图 3 显示了一名健康男性志愿者在不同射频匀场方法得到的匀场参数下的 T2-FSE 图像和相应的射频场图。相比 MLS，Eff-MLS 在四腔位中保持了心脏的均匀性，射频场 CV 的绝对值增加了 2.8%。但激发效率可以提高 50.0%。在短轴位的成像中，保持了一致的效果，同时保持了 T2-FSE 一致的心肌/血池对比度。
图注: 不同匀场算法下的人体 T2-FSE 序列成像结果及对应的射频场图
CEST定量成像B1不均匀性解决方案
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要: 《B1 inhomogeneity corrected APT MRI based on direct saturation removed omega plot model at 5T》(Poster)
氨基质子转移 APT 是基于组织内游离蛋白和多肽进行成像的磁共振分子影像技术，在肿瘤、卒中以及中枢神经系统疾病中有广泛的应用。尽管超高磁场有利于获取高信噪比图像，但是严重的射频场 B1 空间不均匀性影响 APT 信号准确定量。
吴垠研究员团队提出了一种基于直接水饱和移除信号的线性模型校正方法。基于 5T 磁共振系统的人脑 APT 成像研究显示，该方法可通过最少两组 B1 对应的 CEST 数据实施稳定校正，有效移除 B1 不均匀性伪影对 APT 成像的影响。此外，该方法可泛化应用于其他基团 CEST 定量成像，为超高磁场 CEST 定量成像面临的 B1 不均匀性共性问题提供全新解决方案。
图注:健康志愿者的多参数磁共振图像。射频场 B1 不均匀性严重影响 APT 定量成像。新方法可从最少两组 B1 对应的 CEST 数据实施稳定校正，有效移除 B1 不均匀性影响，助力超高磁场 CEST 精准定量成像
超高场3D-CEST新序列
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Simultaneous 3D CEST imaging of phosphocreatine and glycogen in skeletal muscle at 5T》(Oral)
磷酸肌酸 (PCr) 和糖原在骨骼肌能量供应中扮演着重要角色。CEST 技术能够进行二维高分辨率成像，但人体代谢的高度异质性需要更大的成像范围，而传统的三维成像采集时间过长，导致应用受限。
图注:使用 NUFFT 和所提出方法重建后，得到 Z 谱中提取的 PCr 和 glycoNOE 信号和 map。上图为 PCr (浅紫色) 和 glycoNOE (浅红色) 信号的幅值经积分后得到信号面积。下图为受试者 3 第 11 层小腿肌肉 ROI 中 PCr 和 glycoNOE 的分布图
5T同时定量 wT1/PDFF/ 的可行性
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Multi-parametric imaging in muscle based on chemical shift encoded multi-echo variable flip angle sequence: initial experience at 5T system》(Poster)
邹超研究员团队通过结合可变翻转角多回波序列以及 B1 测量序列 (preTFL)，实现了大腿肌肉的在体多参数定量成像，并通过校正射频发射场提升了 wT1 定量的均匀性。研究验证了在 5T 系统下同时定量 wT1/PDFF/ 的可行性。
相比于 3T 系统，5T 磁共振系统的射频发射场 B1 不均匀的情况更为显著，有可能会影响到 T1 的测量。通过 preTFL 序列校正，在射频场从 0.37 变化到 1.12 的范围内，依旧得到了均匀的 T1 定量结果。根据以往的文献结果，3T 系统下大腿肌肉的 wT1 大概在1200 ms 左右，本研究在 5T 系统下测得的 wT1 约为 1600 ms。在未来的工作中会通过磁共振波谱等方式验证定量结果的准确性。此外课题组也会通过进一步的优化的序列采集参数，提升定量结果的信噪比。
图注:有 B1 校正 (绿色背景) 和没有 B1 校正 (白色背景) 的情况下，两名志愿者的 wT1 分布
Cr-CEST无创脑温成像新技术
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Brain Temperature Mapping Based on Chemical Exchange Saturation Transfer of Creatine at 5.0T》(Poster)
脑温是表征物质代谢、组织灌注、血管自主调节功能等组织生理特征的综合指征。无创脑温成像技术对于探究脑温调节的生理、病理机制具有重要意义。
张丽娟研究员团队基于内源性、可交换氢质子的化学位移对温度的敏感性，提出基于肌酸-化学交换饱和转移成像 (Cr-CEST) 的无创脑温成像技术。依托 5T 超高场磁共振成像平台，本研究在仿体实验中验证了 Cr-CEST 化学位移与温度之间的线性关系 (+0.005ppm/℃)，并在离体猪脑实验中生成了高空间分辨率的大脑温度图，充分证明了 Cr-CEST 成像用于无创、高效脑温测量的可行性。
图注: (A) 仿体实验: Cr-CEST化学位移对温度的线性依赖关系；(B) 离体猪脑实验: 高分辨率大脑温度图
5T超高分辨率图像重建新技术
RESEARCH ACHIEVEMENT
摘要:《Unsupervised MRI Super-Resolution Reconstruction Using a Hybrid Regularizer Powered Deep Image Prior》(Poster)
高分辨率的磁共振图像能提供更多的解剖细节，对临床上实现早期诊断至关重要。然而，提升空间分辨率通常意味着更长的扫描时间，这在临床应用中并不现实。近年来，基于深度神经网络的超分辨率重构技术能在不改变硬件条件的前提下提高图像的空间分辨率。但这种方法通常需要依赖大量成对的高低分辨率图像，而在实际应用中，获取这样的成对数据集是非常困难的。张娜副研究员团队提出了一种基于混合正则项优化的深度图像先验的技术，将高分辨率图像参数化为网络权值进行表征，建立联合正则项的优化模型，通过交替迭代的方式得到网络的最优权重，从而实现无需训练就能从低分辨率图像生成高分辨率图像。
表注：定量分析了 Bicubic、DIP、TV 和本研究所提出的方法在 5T 图像超分辨率重建中的性能
图注: 视觉结果比较。A、B 分别为上小脑半球和灰质交界处的 T1 加权图像。C、D 分别为海马和灰质交界处的 T2 加权图像。对比可见，我们的方法具有更好的解剖细节
