采用自旋回波平面成像技术实现的自由呼吸多切片心脏T1、T2及ADC同步成像

《MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE》：Free-Breathing Multi-Slice Co-Registered Cardiac T1, T2, and ADC Mapping With Spin-Echo Echo Planar Imaging

心脏MRI自由呼吸多切片配准T1/T2/ADC成像方法研究。采用单次 shot SE-EPI序列，结合非选择性反转脉冲、多TE时间和运动补偿扩散梯度，实现T1、T2、ADC参数的同步采集与配准。实验验证显示该方法在phantom、健康志愿者及心肌梗死、心肌淀粉样变性患者中能有效获取配准参数，扫描时间短于5分钟，但图像质量评分低于参考方法。该技术为心脏组织多对比度整合分析提供了新途径。

　　这项研究提出了一种新颖的自由呼吸方法，用于在心脏磁共振成像（CMR）中获取多层共注册的T1、T2和ADC（表观扩散系数）图。该方法基于单次激发回波平面成像（SE-EPI）读取，能够在5分钟以内完成五层的心肌参数图的采集。通过这一技术，研究人员实现了在一次扫描中获取多种对比度的定量数据，从而有助于全面的心脏组织评估。该方法在实验和临床应用中均显示出良好的性能，能够检测心肌的多种病理状态，如心肌梗死（MI）和心脏淀粉样变性（CA），并具有临床可行性。

研究的核心目标是克服传统心脏MRI中因呼吸和心脏运动导致的图像失配问题，同时减少扫描时间，提高患者的舒适度。传统的T1和T2图通常需要多次扫描，并且依赖于患者进行呼吸保持，这在实际操作中可能受到患者配合度和呼吸质量的影响，导致图像对齐困难。而扩散加权成像（DWI）则通常需要单独的EPI序列，进一步增加了扫描时间。因此，开发一种能够同时获取T1、T2和ADC图，并且在自由呼吸状态下完成的扫描方法，对于临床应用具有重要意义。

为了实现这一目标，研究团队设计了一种基于SE-EPI的脉冲序列，该序列采用非选择性自适应翻转脉冲、不同回波时间（TE）和二阶运动补偿的扩散梯度，以获取不同对比度的图像数据。通过这种方法，研究人员能够在一次扫描中完成五层的图像采集，并将这些图像与一个目标图像进行配准，然后进行参数拟合，生成共注册的T1、T2和ADC图。该方法在体模实验、健康志愿者、心肌梗死猪模型以及心脏淀粉样变性患者中进行了验证，结果显示其在精度和可重复性方面与传统方法具有良好的一致性。

在体模实验中，所提出的T1和T2图与参考方法的测量值显示出高度的一致性，相关系数均大于0.96，表明该方法在体模中的性能优异。对于ADC图，研究团队发现其与参考方法（如cDTI）得到的平均扩散系数（MD）值非常接近，具有统计学上的显著性。然而，在图像质量评分方面，所提出的T1和T2图得分较低，而ADC图的得分与参考方法相近。这一现象可能与SE-EPI读取的固有图像失真有关，包括由于磁场不均匀性和化学位移伪影引起的几何畸变。

在临床研究中，该方法在健康志愿者中成功获取了五层的T1、T2和ADC图，扫描时间仅为4.44分钟，显著优于传统的呼吸保持方法。与MOLLI和T2prep-FLASH等参考方法相比，所提出的T1值略高，而T2值则较低，但这些差异在统计学上并不显著，说明该方法在实际应用中具有较高的可靠性。对于ADC图，所提出的平均ADC值与参考方法得到的MD值非常接近，进一步验证了其在定量评估中的有效性。

在心肌梗死猪模型中，该方法能够准确地识别出梗死区域的T1、T2和ADC值的变化，并且与传统的参考方法（如LGE成像）表现出一致的特征。在心脏淀粉样变性患者中，该方法也能够检测出心肌的整体T1、T2和ADC值的升高，这与既往研究结果相符。此外，通过共注册的T1、T2和ADC图，研究团队还发现梗死区域与正常区域在参数值上存在显著差异，这有助于识别和评估心肌的病理状态。

该研究的一个重要发现是，尽管所提出的SE-EPI方法在图像质量上略逊于传统的呼吸保持方法，但它在自由呼吸状态下能够实现快速、共注册的多参数成像，为临床提供了一种更高效、更舒适的替代方案。特别是在需要同时获取多种参数图的疾病诊断和治疗监测中，该方法具有显著的优势。此外，该方法能够减少因呼吸运动引起的图像失配问题，提高图像的空间一致性，从而为区域组织评估提供更准确的数据支持。

研究团队还讨论了该方法的局限性，例如SE-EPI读取可能导致的几何畸变和图像模糊，以及当前扫描时间的限制。他们提出，未来可以通过引入多次激发读取或使用blip-up/blip-down（BUDA）方案来减少这些影响，并通过深度学习图像去噪技术进一步提高图像质量。此外，还可以考虑使用bSSFP（平衡稳态自由进动）读取方法，以减少图像失真并提高分辨率，但这种方法会增加扫描时间，因此需要在临床需求和扫描效率之间进行权衡。

总体而言，这项研究为心脏MRI中多参数共注册成像提供了一种新的方法，具有重要的临床应用价值。它不仅能够提高扫描效率，还能减少患者的不适，同时保持较高的参数准确性。尽管在图像质量上仍存在一定的改进空间，但该方法在多种病理状态下的表现表明其在实际应用中的潜力。未来的研究将集中在优化图像质量、扩展临床适应症以及改进扫描协议，以实现更广泛的应用。此外，研究团队还强调了该方法在心肌病理研究中的重要性，特别是其在检测心肌微结构变化和早期损伤标志物方面的潜力。