3T磁共振双侧脑深部刺激导线射频加热的双通道射频匀场优化研究

本文创新性地提出利用临床3T磁共振双通道射频发射系统，通过低比吸收率(SAR)校准扫描优化射频匀场(RF shimming)参数，在双侧脑深部刺激(DBS)导线配置中实现射频(RF)加热最小化而非完全消除。研究构建了配备双侧DBS导线和光纤温度传感器的人体模型，通过多方位实验证实该方法能同时降低双侧导线尖端温度升幅和图像伪影，为3T场强下DBS患者安全成像提供了新思路。

　　

ABSTRACT

研究背景聚焦于3T磁共振在双侧脑深部刺激(DBS)患者应用中的安全性挑战。DBS作为治疗帕金森病、震颤等神经系统疾病的有效手段，其精确的电极定位对疗效至关重要。然而射频(RF)加热效应限制了3T MRI在DBS患者中的应用，特别是在双侧导线配置时，传统双通道射频匀场(RF shimming)无法同时消除双侧导线的感应电流。

METHODS

研究团队构建了包含颅骨和躯干的人体模型，内部填充模拟脑白质电特性的凝胶介质。模型植入双侧DBS导线（Boston Scientific Vercise Cartesia定向电极），并在导线尖端绑定光纤温度传感器。通过四组低SAR梯度回波(GRE)校准扫描（TR/TE=200/3.26 ms）获取不同线性极化条件下的Tx-null伪影特征，结合B₁⁺映射定量分析感应电流。采用高斯滤波与中值滤波相结合的半自动图像处理方法，精确定位导线与伪影的相对位置（半径r₀和相位φ₀）。

创新性地提出B₁⁺效率优化公式：在最大化平均B₁⁺场强的同时，最小化双侧导线感应电流的最大值。相比单独优化单侧导线电流的IF_right/IF_left模式，新提出的IF_combi模式展现出更好的综合性能。

RESULTS

实验数据显示：

1. 1.

   温度控制：在314秒高SAR快速自旋回波(FSE)序列中，IF_combi模式将最高温升控制在0.68°C±0.01°C，较正交模式降低达11.4倍

2. 2.

   伪影改善：Tx-null伪影面积在IF_combi模式下最小，各方位平均缩小62%

3. 3.

   方位稳定性：模型在-3°至+10°偏转范围内，IF_combi始终保持最优性能

4. 4.

   图像质量：FSE图像显示IF_combi模式在抑制伪影的同时，未出现明显信号强度损失

DISCUSSION

研究突破在于：

• 首次实现临床双通道系统对双侧DBS配置的优化

• 四组校准扫描设计增强了方法鲁棒性

• 轴向扫描平面选择规避了电极 susceptibility 伪影干扰

• 为建立患者特异性安全扫描协议奠定基础

未来方向包括拓展至不同DBS几何构型验证，以及开发基于残余电流的个性化SAR限制算法。该技术有望突破当前3T场强下DBS患者MRI扫描的安全限制，为术后电极定位提供更精准的影像学评估手段。

研究团队特别指出，虽然方法在人体组织对比度差异环境下仍需验证，但初步志愿者实验显示白质区域对比度比（0.02-0.15相对脑脊液）应不影响导线检测。该成果为推进3T MRI在神经调控领域的临床应用提供了重要技术支撑。