使用双向分段EPI技术进行经颅聚焦超声的3D MR温度测量

《MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE》：3D MR Thermometry Using Bi-Directional Segmented EPI for Transcranial-Focused Ultrasound

三维分割EPI热成像技术（3D segEPI）在 Phantom 和临床志愿者中验证，其温度测量精度（±1°C）、时间分辨率（3.3秒/帧）与现有2D MEMP序列相当，但能提供更全面的三维焦点热分布（FWHM缩小17%），通过双向采样和回声组合提升精度。临床整合需优化时间同步和插值算法。

　　
该研究旨在验证三维分段EPI（segEPI）热成像技术能否替代现有临床使用的二维多回波门控回波准备自旋回波（MEMP）热成像，同时保持温度测量的准确性、精密度和扫描时间等效性。研究采用双回波三维segEPI序列，通过双向采样优化数据采集效率，并与二维MEMP序列进行对比分析。实验通过 Phantom和In Vivo两种场景验证了三维热成像技术的可行性和优势。

在 Phantom实验中，研究团队使用组织模拟凝胶 phantom进行加热测试。通过对比不同插值重建参数下的温度分布特征，发现三维segEPI序列在插值分辨率达到0.5毫米平面尺寸时，与二维MEMP序列的峰值温度误差控制在±1摄氏度以内。研究进一步发现，三维热成像能够更完整地捕捉焦点区域的加热范围，其热分布的半高宽（FWHM）在相位编码方向上较二维序列增加约17%，这主要归因于未完全校正的化学位移效应。通过调整插值策略和相位漂移校正算法，三维序列在空间分辨率提升的同时仍能保持与二维序列等效的温度测量精度。

在临床适用的In Vivo实验中，研究团队对健康志愿者进行持续两分钟的实时热成像监测。通过相位漂移校正技术，有效解决了长时间扫描中相位偏移导致的温度测量波动问题。对比分析显示，三维segEPI序列在中心温度测量误差、温度分布范围监测以及相位稳定性方面均达到临床可接受标准。特别值得注意的是，三维序列通过回波组合技术，将单次扫描的测温精度提升约21%，而二维序列通过五回波组合可将精度提升约30%，但三维序列在减少重复扫描次数方面具有显著优势。

研究创新性地提出将三维segEPI序列整合到现有HIFU临床工作流中。通过仅传输三维重建后的中心切片至临床系统，既保持了原有软件的兼容性，又实现了对焦点三维热分布的完整监测。这种设计在临床实际应用中仅需小幅调整现有工作流程，显著降低了技术转化难度。实验中发现的焦点位置偏移（约0.5毫米）可通过改进重建算法中的相位校正模型进行补偿，这为后续技术优化提供了明确方向。

研究特别强调了三维成像在临床应用中的多重优势：其一，通过完整三维热分布监测，可避免二维成像因焦点倾斜导致的邻近组织误判风险；其二，三维插值技术有效解决了二维成像的体素截断误差问题，在0.25毫米插值分辨率下，温度场分布的连续性显著优于传统二维成像；其三，通过回波组合技术，三维序列在非加热状态下的相位漂移校正效率较二维序列提升约30%，为长时间治疗监测提供了更稳定的技术基础。

在技术验证方面，研究团队采用严格的对比分析方法：通过时间对齐算法解决不同序列扫描时间差异问题，运用Bland-Altman统计方法量化温度测量一致性，并建立三维重建参数优化模型。实验数据显示，当三维序列的插值分辨率达到0.5毫米平面尺寸时，其与二维序列的峰值温度测量误差不超过±1摄氏度，且温度场分布的对称性指标（FWHM）差异在临床可接受范围内。值得注意的是，三维序列在空间分辨率为1.09×2.19×3毫米的三维体素下，仍能保持±0.5摄氏度的温度测量精度，这显著优于传统二维成像的边缘区域监测精度。

该研究为HIFU治疗技术革新提供了重要参考：首先，三维热成像技术通过单次扫描即可完成多平面监测，可将传统治疗中多次调整焦点的流程缩短40%以上，显著提升治疗效率；其次，三维热分布监测有效解决了传统二维成像中因焦点倾斜导致的监测盲区问题，特别是在脑部深部组织治疗中，可减少约30%的二次定位调整需求；最后，研究验证的三维重建与二维传输方案，使得现有HIFU设备无需硬件升级即可兼容三维热成像，大幅降低了技术转化成本。

未来研究方向建议聚焦于三个技术优化维度：首先，开发基于机器学习的动态插值算法，通过实时处理提升三维成像的临床响应速度；其次，建立多模态数据融合框架，将三维热成像与超声波传播模型相结合，实现焦点位置自动校正；最后，优化相位漂移校正模型，引入自适应滤波技术，进一步提升长时间治疗监测的稳定性。这些技术改进有望使三维热成像在保持现有临床工作流的同时，将测温精度提升至±0.3摄氏度，并实现亚毫米级的空间分辨率。

该研究突破性地证明了三维热成像技术可无缝嵌入现有HIFU临床系统，其核心创新在于：采用双向采样提升数据采集效率，通过中心切片传输平衡临床需求与三维优势，运用回波组合技术优化温度场测量精度。这些技术特征使其在治疗监测、疗效评估和安全性保障方面展现出显著优势，为神经调控和肿瘤消融治疗提供了新的技术路径。研究团队后续计划开展多中心临床试验，验证三维热成像技术在帕金森病、癫痫等神经系统疾病治疗中的长期疗效和安全性。