深圳先进院在磁共振快速三维成像研究中获进展

内容来源：中国科学院

近日，中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像中心副研究员王海峰和医学人工智能中心研究员梁栋开展合作，在磁共振快速三维成像研究中取得新进展。研究人员基于波浪鸡尾酒（Wave-CAIPI）快速三维成像技术，提出波浪（wave）梯度参数优化方案；针对波浪梯度存在的梯度零阶矩不为“零”问题，提出新的截断式波浪梯度，不仅完善磁共振快速三维成像理论基础，并进一步推动相关的高级磁共振快速三维成像技术走向临床应用。

扫描速度慢是磁共振三维成像的重要问题，制约其扫描流量及重大疾病相关的高级临床应用，因此，研究人员致力于研究磁共振快速三维成像。波浪鸡尾酒技术是磁共振快速三维成像技术（图1），该技术使用的波浪梯度直接决定其加速性能，而两者之间的关系尚缺乏理论描述。为从理论上指导波浪梯度的设计以最优化加速性能，研究人员基于最大瞬时频率和平均几何因子（g-factor）计算，提出波浪梯度的参数理论优化方案。与先前研究相比，该研究获得的图像在不同设备及加速倍速下得到11%~28%的信噪比提升（图2）。

此外，波浪鸡尾酒技术使用波浪梯度的零阶矩不为“零”，用于加速平衡稳态自由旋进（bSSFP）序列时，导致带状伪影，从而限制其在磁共振心血管成像等领域的推广。针对该问题，研究人员提出零阶矩等于“零”的截断式波浪梯度技术，在实现高倍加速的同时，消除传统波浪梯度引入的图像带状伪影（图3）。该技术基于3T磁共振成像系统，实现12倍加速的0.8×0.8×0.8 mm3高分辨率人体全脑三维成像（图4），以及高倍加速的高分辨率人体脊柱和腹部三维成像。

该研究缩短磁共振三维扫描时间，提高临床扫描效率，且有望拓宽磁共振三维成像的临床应用范围。目前，相关成果已申请国内外专利。相关研究成果以Parameter optimization framework on wave gradients of Wave-CAIPI imaging为题，发表在Magnetic Resonance in Medicine上，王海峰和博士研究生丘志浪为论文的共同第一作者，梁栋为论文通讯作者；以Accelerated 3D bSSFP Using A Modified Wave-CAIPI Technique with Truncated Wave Gradients为题，发表在IEEE Transactions on Medical Imaging上，助理研究员苏适和丘志浪为论文的共同第一作者，梁栋和王海峰为论文的通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、广东省自然科学基金和深圳市科技创新委员会项目的资助。

图1.波浪鸡尾酒（Wave-CAIPI）技术原理示意图

图2.不同参数下波浪鸡尾酒技术用于加速梯度回波序列的全脑成像结果（a）以及细节放大图像（b），从上至下分别为采用经验参数（第一行）、优化参数（第二行）和最大参数（第三行）扫描所得结果

图3.截断式波浪梯度和传统波浪梯度的仿体测试结果，其中，（a）为不同设备所获得的参考图像。相比于传统波浪梯度，截断式波浪梯度在获得优异加速性能/低几何因子（c）的同时，消除了其所引入的带状伪影（b）

图4.研究团队所提出技术（Wave-bSSFP）和鸡尾酒技术（2D-CAIPI-bSSFP）用于加速平衡稳态自由旋进成像结果（a），以及所对应的误差图（b）和几何因子图（c）