基于Pilot Tone导航的自由呼吸与屏气qRF-MRF腹部定量成像的多扫描仪可重复性与可重复性研究

《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》：Multi-scanner repeatability and reproducibility of qRF-MRF breath-held and free-breathing with pilot tone in the abdomen

本刊推荐：为突破腹部MRI中呼吸运动伪影与定量参数采集瓶颈，研究团队开展了基于Pilot Tone（PT）导航的自由呼吸（FB）与屏气（BH）二次射频相位磁共振指纹成像（qRF-MRF）的多扫描仪可重复性研究。通过8名健康志愿者在两种西门子3T Vida扫描仪上的重复扫描对比，证实FB qRF-MRF可同步生成配准的T1、T2、T2*及B0场图，其定量结果与临床金标准具有良好一致性（T1偏差<30 ms，T2/T2*偏差<3 ms），为肝病纵向随访提供了跨扫描仪兼容的定量影像学生物标志物。

　　

在临床磁共振成像（MRI）实践中，腹部器官的定量评估长期面临两大挑战：一是呼吸运动导致的图像伪影，二是传统序列无法同步获取多参数定量图谱。尽管磁共振指纹成像（Magnetic Resonance Fingerprinting, MRF）技术自2013年提出以来，已在大脑、肝脏、肾脏等器官展现出定量化潜力，但其临床转化始终受制于可重复性（repeatability）与可重复性（reproducibility）验证的缺失。尤其对于自由呼吸（free-breathing, FB）采集模式，如何在不依赖患者屏气配合的前提下保证定量参数的稳定性，成为亟待解决的关键问题。

为攻克这一难题，Case Western Reserve大学的研究团队在《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》发表了题为“Multi-scanner repeatability and reproducibility of qRF-MRF breath-held and free-breathing with pilot tone in the abdomen”的研究论文。该工作首次系统评估了基于Pilot Tone（PT）导航的自由呼吸二次射频相位磁共振指纹成像（quadratic RF phase MRF, qRF-MRF）技术在腹部的跨扫描仪性能，并与屏气（breath-held, BH）版本及临床标准序列进行对标。

研究团队通过一项严谨的多扫描仪实验设计展开探索：招募8名25-38岁健康志愿者，在同一医疗中心的两台西门子3T MAGNETOM Vida扫描仪（分别运行XA20与XA50软件版本）上完成重复扫描。每位志愿者均接受中肝切片和多器官切片的采集，扫描顺序严格标准化：先进行临床金标准T₁MOLLI（Modified Look-Locker Inversion recovery）和T₂^*LiverLab序列，随后执行BH qRF-MRF（单层15.1秒）及FB qRF-MRF（10次重复采集，总时长约4分钟）。FB方案的核心创新在于整合了PT导航系统——通过外置函数发生器产生与扫描仪10 MHz时钟同步的信号，经定制环形天线发射至扫描腔，在接收阵列线圈中同步编码呼吸信号，从而实现个体化呼吸时相（吸气末/呼气末）的精准识别与 retrospective reconstruction（回顾性重建）。

关键技术方法包括：（1）qRF-MRF序列设计：采用TR=8.6 ms、1.6×1.6×5 mm³分辨率、1758个时间点的采集方案，通过Bloch模拟生成覆盖T₁（10-5000 ms）、T₂/T₂^*（2-2000 ms）的字典；（2）PT导航信号处理：从原始数据中提取呼吸运动轨迹，重建终末吸气相数据以补偿spin history effects（自旋历史效应）；（3）ROI分析：由具有2年腹部MRI经验的放射科医师在肝左叶、肝中叶、肝右叶、脾脏及椎旁肌绘制感兴趣区，取中位数进行Bland-Altman一致性分析。

研究结果

定量参数可视化对比

代表性图谱（图1）显示FB与BH qRF-MRF的T₁、T₂图高度一致，T₂^*图存在轻微差异。qRF-MRF的多参数共配准特性允许ROI从T₁图映射至T₂/T₂^*图，显著提升分析效率。肝组织定量值（表1）表明FB与BH qRF-MRF的T₁（794.68±101.75 ms vs 827.55±108.90 ms）、T₂（24.81±4.00 ms vs 24.59±4.09 ms）、T₂^*（22.35±3.42 ms vs 21.55±4.09 ms）均处于相近范围。

可重复性分析

BH qRF-MRF的扫描-再扫描可重复性标准差为T₁43.48 ms、T₂1.57 ms、T₂^*2.81 ms（约1-2个字典单元误差），而FB qRF-MRF因呼吸运动影响略高（T₁92.88 ms、T₂5.95 ms、T₂^*5.02 ms），但仍控制在2个字典单元内（图2-4）。临床序列的可重复性标准差与BH qRF-MRF接近，但需注意其需分次采集单参数。

可重复性分析

扫描仪间（S1-to-S2）比较显示，FB与BH qRF-MRF的T₁偏差分别为30.94 ms与2.70 ms，T₂/T₂^*偏差均<2.5 ms（表2）。这种微小偏差证实了该方法在不同软件版本扫描仪上的稳定性。

方法间一致性验证

BH与FB方法直接比较（图5）显示平均偏差为T₁-29.59 ms、T₂1.13 ms、T₂^*1.51 ms，证明两种采集模式可互换使用。最严苛的“全场景”分析（忽略呼吸模式与扫描仪差异）进一步显示总体偏差可低至T₁6.70 ms、T₂-0.04 ms、T₂^*0.57 ms。

讨论与结论

本研究首次为自由呼吸定量MRI建立了可重复性分析框架，证实PT导航的qRF-MRF技术在跨扫描仪、跨呼吸模式下均能提供稳定的肝组织参数映射。尽管FB方案因呼吸补偿残留误差导致标准差略高于BH方案，但其偏差范围（T₁<31 ms，T₂/T₂^*<3 ms）完全满足临床随访需求。该技术突破尤其适用于无法配合屏气的重症患者，为肝铁沉积、脂肪变性等疾病的纵向评估提供了标准化工具。未来通过优化自旋历史效应补偿算法或缩短采集时间（如实时自适应重建技术），有望进一步提升FB qRF-MRF的精度与临床适用性。此项工作不仅推动了腹部定量MRI的标准化进程，更为多中心临床试验的影像学生物标志物验证奠定了方法论基础。