本文介绍了一种利用超短回波时间（UTE）磁共振成像（MRI）生成肺部高分辨率结构图像的实验方案。该方案可在自由呼吸状态下，通过简单的MRI脉冲序列实现图像采集。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
肺部的高质量磁共振成像（MRI）面临组织密度低、MRI信号弛豫快以及呼吸和心脏运动等挑战。因此，肺部结构成像几乎完全依赖于计算机断层扫描（CT）。然而，CT成像具有电离辐射，因此不太适用于某些易感人群（如儿科患者）或研究用途。作为一种替代方案，采用超短回波时间（UTE）的MRI正受到越来越多的关注。该技术可在自由呼吸状态下完成，扫描时间约为5-10分钟。呼吸运动信息被同时编码到图像中，可用于实现图像的“自门控”。自门控技术因此免除了对复杂MRI脉冲序列编程或使用呼吸气囊的需求，从而简化了图像采集过程。本方案介绍了一种简单、稳健且计算效率高的肺部高质量UTE MRI采集与重建方法。该方案最初为3T MRI扫描仪设计，但其基本原理同样适用于较低磁场强度的设备。本方案包括三维径向UTE图像采集的推荐参数设置，以及用于生成不同呼吸相位图像的自门控重建步骤。通过实施本方案，使用者可获得高分辨率的肺部UTE图像，且运动伪影极少甚至无明显伪影。这些图像可用于评估肺部结构，在多种肺部疾病的研究中具有应用价值。
引言
肺部结构的高分辨率成像对于多种肺部疾病的诊断评估至关重要。通常采用计算机断层扫描（CT）进行成像，该技术非常适合获取肺部的高分辨率图像1。然而，CT成像会带来不可忽视的电离辐射剂量，因此不适合频繁重复成像、在多个不同呼吸时相进行成像，或用于特定人群（如儿科患者）的成像。磁共振成像（MRI）不具有电离辐射的风险，因此更适合此类成像任务。但由于肺部组织密度低、存在呼吸和心脏运动以及信号弛豫非常迅速，利用MRI对肺部成像仍具有挑战性2,3,4。
一种能够缓解这些挑战的磁共振成像技术是超短回波时间（UTE）磁共振成像4,5,6。在UTE磁共振成像中，磁共振信号在激发后立即进行采样，从而减少了快速信号弛豫的影响。此外，该技术从k空间中心向外进行采样，导致k空间中心区域显著过采样。这种k空间中心的过采样使该成像技术对运动具有较强的鲁棒性。除了这种固有的抗运动能力外，对k空间中心的重复采样还编码了呼吸运动的信息，从而实现了图像的自门控7<....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
所有人体成像研究均经堪萨斯大学医学中心机构审查委员会（KUMC IRB）批准。所有参与者均签署了书面知情同意书。本研究中的图像采集是在一项通用的技术开发方案下进行的，纳入/排除标准 deliberately broad。纳入标准：年龄 ≥ 18 岁。排除标准：根据MRI筛查问卷的回答判定为不适合进行MRI检查，以及妊娠状态。本研究所用的附件和设备列于材料表中。
1. UTE 图像采集
- 准备成像序列。仅需准备一次成像序列，并在所有受试者中使用相同的序列。
- 根据表1设置参数。
- 将MRI模体置于MRI设备的中心位置，并运行成像序列。
注意：由于该序列需要快速的梯度性能和大量射频脉冲，因此在对人类受试者进行测试之前，必须验证该方案设置能否正常运行。
- 为受试者准备MRI检查。采用机构标准的MRI安全筛查程序，确保受试者可以安全进入MRI检查区域。
- 将受试者安置在MRI检查床上，并在其躯干上方放置胸部线圈。将线圈放置于靠近受试者下颌的位置，以确保肺尖区域被完全覆盖。
- 将受试者送入MRI扫描仪。将定位标志置于受试者胸骨下方稍低位置。
- 采集定位像，以确认受试者的肺部位于UTE扫描的视野范围内。不得更改UT....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
代表性结果（图3）使用 表1 所示的设置生成。所采用的成像持续时间可获得高质量图像，且大多数受试者均可耐受。
图3：生成的代表性UTE图像。 显示同一患者在使用基于图像和基于k空间的门控方法，以及硬门控和软门控重建数据集后所得的冠状面、矢状面和轴向切片图像。每幅.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
进行肺部超短回波（UTE）成像时，可采用多种不同的采集和重建方法来生成肺部图像。本方案侧重于实施的简便性和计算效率。使用三维径向UTE成像相对简单，成像序列通常可由主要的MRI设备供应商提供。本文提供了基于MATLAB的数据处理和自门控工具。由于大多数学术机构均可获得MATLAB授权，因此该代码具有广泛的适用性且易于实施。所提供的MATLAB代码专为在西门子3T MRI扫描仪上使用自研成像序列进行图像采集而设计。其他序列和MRI平台可能需要对代码进行部分修改，以正确读取成像数据。
这些图像的原始成像数据文件非常大（>10 GB），因此重建算法在计算上代价高昂，导致图像重建可能非常耗时。伯克利高级重建工具箱（Berkely Advanced Reconstruction Toolbox，BART；https://mrirecon.github.io/bart/）26,27 提供高质量的图像重建工具，易于实现且计算效率高。BART 可轻松集成到所提供的.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
Peter Niedbalski 获得硬皮病基金会、美国心脏协会和美国国立卫生研究院的研究资助。他是 Polarean Imaging Plc. 的顾问，该公司致力于开发超极化129Xe MRI 技术。
致谢
本方案的开发及作为代表性结果展示的图像得到了美国硬皮病基金会的资助。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 胸部MRI线圈 | 西门子、通用电气、飞利浦，或其他临床MRI成像线圈供应商 | 不适用 | 应使用26至32通道的胸部线圈 |
| 高性能工作站 | 惠普、苹果，或其他计算机硬件公司 | 不适用 | 图像重建需要至少配备64 GB内存的计算机 |
| Matlab | Mathworks | R2016A或更新版本 | 需要Matlab授权以运行所提供的计算机代码 |
| MRI模体 | 西门子、通用电气、飞利浦，或其他MRI模体供应商 | 不适用 | 可在人体受试者使用前，采用任意模体对MRI序列进行测试 |
| MRI扫描仪 | 西门子、通用电气、飞利浦，或其他临床MRI扫描仪供应商 | 不适用 | 本方案在3T扫描仪上开发完成，但1.5T或0.55T扫描仪经最小程度调整后亦可适用 |
参考文献
- Raju, S., Ghosh, S., Mehta, A. C. Chest ct signs in pulmonary disease: A pictorial review. Chest. 151 (6), 1356-1374 (2017).
- Biederer, J., et al. MRI of the lung (2/3). Why, when, how. Insights Imaging. 3 (4), 355-371 (2012).
- Biederer, J., et al.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
