优化MPRAGE技术以提高颈动脉成像中的血液抑制效果和斑块内出血检测能力

《Magnetic Resonance Imaging》：Optimizing MPRAGE for enhanced blood suppression and intraplaque hemorrhage detection in carotid artery imaging

本研究旨在优化磁共振成像中的MPRAGE序列，通过调整反转时间和使用宽带脉冲，显著提升颈动脉内源性斑块出血（IPH）的检测准确性和图像质量，为临床提供更可靠的诊断依据。

　　在心血管疾病领域，特别是针对颈动脉粥样硬化斑块的影像学研究中，磁化准备快速梯度回波（MPRAGE）序列因其在检测颈动脉内出血（IPH）方面的潜力而受到广泛关注。颈动脉粥样硬化是导致中风的重要风险因素，占美国缺血性中风病例的10%至25%。MRI技术的发展使得研究者能够更深入地了解斑块内部的病理变化，如炎症、内出血以及斑块表面的破坏，这些因素共同增加了中风的风险。传统的MPRAGE序列在检测IPH方面表现出色，但由于临床扫描参数的限制，其在血液信号抑制方面存在一定的不一致性，导致在某些情况下，血液信号可能未能完全被抑制，甚至呈现出类似IPH的特征，从而影响诊断的准确性。

为了解决这一问题，本研究提出了一种优化MPRAGE序列的方法，旨在提高IPH检测的准确性并增强其在临床环境中的可靠性。优化的核心在于调整非选择性反转脉冲的参数，包括反转时间（TI）和翻转角（flip angle），以改善血液信号的抑制效果并增强组织对比度。研究者通过模拟Bloch方程，评估了不同反转时间对血液信号抑制和组织对比的影响。基于这些模拟结果，他们设计了一种新的扫描协议，并在临床3T磁共振成像系统上进行了测试。

传统的MPRAGE序列通常使用标准的反转脉冲，其覆盖范围和时间安排可能不足以完全抑制所有流入的血液信号，尤其是在距离磁体等中心较远的位置。研究发现，当磁体等中心与颈动脉分叉点之间的距离较远时，心脏可能并不完全位于有效成像区域，导致部分血液在反转期间未被有效抑制，从而在图像中出现残留信号。这些残留信号可能被误认为是IPH，进而影响诊断的准确性。因此，为了克服这一问题，研究者引入了一种宽频带反转脉冲，并将磁体等中心位置向心脏方向移动了50毫米。这一调整确保了反转脉冲能够覆盖更大的血液流动区域，从而提高血液信号的抑制效果。

在实验设计方面，研究者首先对四名健康受试者进行了2D反转恢复快速自旋回波（IR-FLASH）成像，以验证优化后的反转时间是否能够有效抑制血液信号。通过分析不同反转时间下的信号强度，研究团队确定了最佳的反转时间，使得血液信号的抑制效果达到最佳。随后，他们对21名患有颈动脉疾病的患者进行了临床测试，比较了两种扫描方式：一种是使用标准反转脉冲并在磁体等中心位置进行扫描，另一种是使用宽频带反转脉冲并将磁体等中心向心脏方向移动50毫米。结果显示，优化后的扫描方式在血液与肌肉对比度、管腔与斑块壁对比度以及管腔与IPH对比度方面均显著提升。

定量分析表明，优化后的MPRAGE序列在血液-肌肉对比度方面提高了约25%（从0.42±0.08增加到0.61±0.07，p=0.002），在管腔-斑块壁对比度方面提升了约50%（从15.2±3.4增加到22.8±4.1，p=0.01），而在管腔-IPH对比度方面则提高了约37%（从18.7±5.2增加到26.3±6.0，p=0.004）。这些改进不仅增强了血管壁的边界清晰度，也提高了IPH的可见度，有助于更准确地识别斑块内部的异常出血区域。

定性分析方面，两名神经放射科医生对两种扫描方式的图像质量进行了独立评估，采用4分量表对血液信号抑制、运动伪影、血管清晰度以及IPH的可视化效果进行了评分。结果显示，使用宽频带反转脉冲并调整磁体等中心位置的扫描方式在血液信号抑制、血管清晰度和IPH识别方面均获得了更高的评分。总体图像质量评分也表明，优化后的扫描方式在评估中表现更优，为临床提供了更可靠的影像数据。

此外，研究还探讨了不同反转时间对信号强度和对比度的影响。通过比较不同反转时间下的图像表现，研究者发现特定的反转时间能够实现最佳的信号抑制效果，从而提高图像质量。这一发现为临床实践提供了重要的指导，使得在实际扫描过程中可以更精准地选择参数，以确保血液信号的有效抑制。

值得注意的是，尽管优化后的扫描方式在多数情况下表现出色，但仍有部分患者因个体差异而表现出不同的成像效果。例如，患者身高和颈动脉位置的差异可能会影响反转脉冲的有效覆盖范围。因此，研究者建议在临床应用中，根据患者的解剖特征进行个性化调整，以确保所有患者都能获得高质量的图像数据。

研究的局限性也值得进一步探讨。尽管样本量相对较小，但研究结果为后续更大规模的临床试验提供了基础。此外，研究并未测试标准反转脉冲在移动磁体等中心位置下的效果，因此无法单独评估反转脉冲类型和磁体位置调整对血液信号抑制的贡献。未来的研究可以进一步探索这些因素的独立影响，并开发更灵活的扫描参数调整策略。

本研究的意义在于，它为改善颈动脉MRI成像质量提供了新的思路。通过优化反转脉冲的参数和磁体等中心位置，可以有效减少血液信号的残留，提高IPH的检测准确性。这一技术的改进不仅有助于提高诊断的可靠性，也为临床医生在评估患者颈动脉斑块风险时提供了更精确的影像依据。同时，该方法可能进一步推动MRI在心血管疾病诊断中的应用，提升其在临床实践中的价值。

总的来说，本研究通过理论模拟和临床测试相结合的方式，成功优化了MPRAGE序列的参数设置。优化后的序列在血液信号抑制和组织对比度方面均表现出显著的提升，为颈动脉疾病影像学诊断提供了新的工具。未来的研究可以进一步扩大样本量，探索不同反转脉冲类型和磁体位置调整的组合效果，并结合先进的成像技术，如非笛卡尔轨迹序列，以进一步减少运动伪影，提高图像质量。这些改进将有助于提升MRI在颈动脉疾病中的临床适用性，为患者提供更准确的诊断和更有效的治疗方案。