利用易获取的磁场梯度检测和表征受限扩散

《PNAS Nexus》：Detecting and characterizing restricted diffusion with accessible magnetic field gradients

　　

摘要

五十多年来，扩散磁共振（dMR）已被广泛应用于化学化合物、多孔介质和生物组织的表征研究中。这些研究几乎 exclusively 采用 Stejskal-Tanner（ST）脉冲序列，该序列对集体平均传播子（EAP）敏感。EAP 是真实扩散传播子的一个折中版本——真实扩散传播子能够完整描述任何系统中的扩散过程，并包含可用于表征复杂样品的丰富信息。最近，一种新的扩散敏感化方法被提出，本文称之为 PROP，并证明其能够在封闭孔隙中获取真实扩散传播子。然而，其充分应用需要大量测量，因而需要较长的采集时间。因此，将其应用于例如临床领域具有挑战性。在此，我们提出了一种简化版 PROP 脉冲序列（rPROP），相较于 ST 序列具有多种优势。得益于其固有的高扩散加权特性，rPROP 擅长分离受限扩散，从而产生高效的自由扩散滤波器。我们利用 rPROP 研究不同样品，并从估计精度和梯度幅值要求方面将其性能与 ST 测量进行比较。此外，我们研究了 rPROP 在以各向同性扩散为主的样品中检测各向异性扩散的能力。最后，我们提出了一种方法，能够通过磁共振测量获取粒子的平均位置分布（类似于通过 ST 数据可获得的 EAP）。需要强调的是，本工作中所有信号和图像均使用台式 MRI 扫描仪采集。