3-T MRI体外表征SPION-聚合物球囊导管：一项概念验证研究

《European Radiology Experimental》：3-T MRI in vitro characterisation of a SPION-polymer balloon catheter: a proof-of-concept study

　　

摘要目的：磁共振成像（MRI）引导的血管内介入治疗是X线透视的一种无辐射替代方案，但由于缺乏兼容且可视化的器械而受到限制。本研究旨在表征一种聚合物嵌入超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）的球囊导管作为被动MR可见标记物。材料与方法：SPION球囊由含有整合氧化铁颗粒的聚合物构成。在临床3-T MRI扫描仪上使用平衡稳态自由进动序列进行了定制体模研究。评估了影响球囊成像特性的参数：SPION含量（5重量百分比（wt%）、20 wt%和30 wt%）、翻转角（10°至60°）、球囊相对于主磁场B₀的空间取向、充盈状态以及不同空间取向下的相位编码方向。由两名委员会认证的放射科医生独立进行分割，量化了SPION诱导的磁敏感伪影。结果：所有SPION-聚合物球囊在3-T MRI下均清晰可辨，涵盖了所有测试的SPION浓度。未观察到SPION浓度与伪影尺寸之间存在线性相关性，中等浓度20 wt%产生的伪影尺寸最小。球囊的伪影尺寸随相对于B₀的角度增大而增加。球囊在充盈和未充盈状态下均可显影。翻转角对伪影尺寸影响有限，而较高的翻转角导致信噪比（SNR）增加。相位编码方向的影响通常较小，但有一个例外（90°冠状面，AP至RL）。结论：SPION-聚合物球囊在3-T MRI下无论取向和充盈状态如何均可有效显影。这项体外研究概述了一项概念验证，支持聚合物整合SPIONs在未来介入MRI中用于被动器械可视化。

磁共振成像（MRI）引导的血管内介入治疗因其无辐射和卓越软组织对比度等优势，被视为X线透视的理想替代方案。然而，其临床推广受限于缺乏兼容且可靠可视化的介入器械。现有可视化方法包括主动法（如集成线圈，存在射频加热风险）和被动法（如空气填充，有气栓风险；或造影剂填充，仅适用于充盈状态；或表面标记，可能影响生物相容性）。超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）整合入器械聚合物中，有望克服这些局限，但相关系统表征尚属空白。为此，研究人员开展了一项体外概念验证研究，旨在系统评估SPION-聚合物球囊导管在3-T MRI下的可视化特性，为未来MRI引导介入提供基础。该研究论文发表在《European Radiology Experimental》。

研究人员选用的关键技术方法包括：使用临床3-T MRI扫描仪（Magnetom Vida, Siemens），采用平衡稳态自由进动（bSSFP）序列（参数：TR/TE=5.04/2.52 ms，矩阵128×128，FOV 100×100 mm，层厚1.5 mm，带宽558 Hz/pixel）。自制可调角度体模（丙烯酸玻璃腔室，聚甲醛盖，O型圈密封，3D打印聚酰胺支架，可旋转），填充钆掺杂盐水（1:200）。SPION-聚合物球囊由MagSilica Type 1（Fe₂O₃核+SiO₂涂层）和VESTAMID Care ML21（生物相容性聚酰胺）通过干混制成，三种浓度（5、20、30 wt%），直径6 mm，长20 mm。通过7F血管鞘置入体模。由两名委员会认证放射科医生独立手动分割量化伪影净面积。

研究结果如下：
- **SPION浓度**：所有浓度（5、20、30 wt%）球囊在3-T MRI下均清晰可辨，外轮廓和内轮廓（充盈状态）明显。未观察到浓度与伪影尺寸的线性关系：30 wt%伪影最大（均值310.4 mm2），20 wt%伪影最小（均值214.2 mm2），5 wt%居中（均值253.3 mm2）。
- **翻转角**：翻转角（FA）从10°增至60°时，伪影尺寸仅轻度下降（从257.9 mm2降至211.2 mm2），但信噪比（SNR）显著增加（从4.1增至16.8），表明FA对伪影影响有限，但高FA提升图像质量。
- **空间取向**：球囊相对于主磁场B₀的角度从0°增至90°时，伪影尺寸在冠状面和矢状面均持续增加（充盈状态冠状面90°时较0°增大2.15倍，矢状面增大1.79倍）。在高角度（60°至90°）时，增加幅度趋缓，矢状面甚至出现伪影减小（从488.9 mm2降至391.9 mm2）。
- **球囊配置**：充盈和未充盈（卷曲）状态球囊均产生显著磁敏感伪影，可清晰区分。未充盈状态在成角位置时伪影尺寸大于充盈状态，且无可见管腔。
- **相位编码方向**：总体影响较小，AP方向通常导致最小伪影（如0°时AP 202.9 mm2 vs HF 217.3 mm2）。但90°冠状面时，切换相位编码方向从AP至RL导致伪影大幅增加（从432.7 mm2增至579.2 mm2），为显著例外。
- **评价者间可靠性**：组内相关系数（ICC）为0.904（95% CI: 0.885, 0.913），表明优秀的一致性。

讨论部分指出，SPION-聚合物球囊在可控体模条件下通过磁敏感伪影实现可靠可视化，20 wt%浓度为最佳平衡点。空间取向是最显著影响因子，高角度时伪影增大可能掩盖病变，需临床医生预判。翻转角40°左右兼顾SAR与SNR，相位编码方向影响有限。研究局限性包括静态体模、单次测量、未模拟血流等，未来需流动物理和动物实验验证。结论翻译如下：所提出的SPION-聚合物球囊导管设计在可控体模条件下，通过SPION诱导的磁敏感伪影实现了3-T MRI中的可靠器械可视化。除了所研究的球囊外，将SPION整合到器械聚合物中的一般原则可能是促进MRI引导血管内介入的一种有前景的方法。需要进一步在真实生理条件下进行的研究，确认这些初步发现，以支持这一观点。