Name: 超极化氙磁共振成像的故障排除和质量保证:用于高质量图像采集的工具 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-05T14:10:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: 了解超极化氙-129磁共振成像的故障排除与质量保证方法，用于获取高质量肺部通气图像。该技术为哮喘、COPD和囊性纤维化等肺部疾病研究提供无电离辐射的高分辨率成像工具。

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Obtaining High-Quality Hyperpolarized Xenon-129 Magnetic Resonance Images

<ol><li>Pellegrino, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpretative+strategies+for+lung+function+tests%5BTitle%5D)+AND+%22European+Respiratory+Journal%22%5BJournal%5D)">Interpretative strategies for lung function tests.</a> European Respiratory Journal. 26 (5), 948-968 (2005).</li>
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<li>Kern, A. L., Vogel-Claussen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+gas+MRI+in+pulmonology%5BTitle%5D)+AND+%22The+British+Journal+of+Radiology%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized gas MRI in pulmonology.</a> The British Journal of Radiology. 91 (1084), 20170647(2018).</li>
<li>Möller, H. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+of+the+lungs+using+hyperpolarized+noble+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).</li>
<li>Salerno, M., Altes, T. A., Mugler, J. P., Nakatsu, M., Hatabu, H., de Lange, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+noble+gas+MR+imaging+of+the+lung%3A+Potential+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Radiology%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized noble gas MR imaging of the lung: Potential clinical applications.</a> European Journal of Radiology. 40 (1), 33-44 (2001).</li>
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<li>Nikolaou, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-unity+nuclear+polarization+with+an+open-source+129Xe+hyperpolarizer+for+NMR+and+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (35), 14150-14155 (2013).</li>
<li>Birchall, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((XeUS%3A+A+second-generation+automated+open-source+batch-mode+clinical-scale+hyperpolarizer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">XeUS: A second-generation automated open-source batch-mode clinical-scale hyperpolarizer.</a> Journal of Magnetic Resonance. 319, 106813(2020).</li>
<li>He, M., Zha, W., Tan, F., Rankine, L., Fain, S., Driehuys, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+two+hyperpolarized+129Xe+MRI+ventilation+quantification+pipelines%3A+The+effect+of+signal+to+noise+ratio%5BTitle%5D)+AND+%22Academic+Radiology%22%5BJournal%5D)">A comparison of two hyperpolarized 129Xe MRI ventilation quantification pipelines: The effect of signal to noise ratio.</a> Academic Radiology. 26 (7), 949-959 (2019).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocols+for+multi-site+trials+using+hyperpolarized+129+Xe+MRI+for+imaging+of+ventilation%2C+alveolar-airspace+size%2C+and+gas+exchange%3A+A+position+paper+from+the+129+Xe+MRI+clinical+trials+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129 Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129 Xe MRI clinical trials consortium.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 86 (6), 2966-2986 (2021).</li>
<li>Möller, H. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+of+the+lungs+using+hyperpolarized+noble+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).</li>
<li>Bier, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+thermally+polarized+129Xe+phantom+for+quality+assurance+in+multi-center+hyperpolarized+gas+MRI+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">A thermally polarized 129Xe phantom for quality assurance in multi-center hyperpolarized gas MRI studies.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 82 (5), 1961-1968 (2019).</li>
<li>Wild, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+between+2D+and+3D+gradient-echo+sequences+for+MRI+of+human+lung+ventilation+with+hyperpolarized+3He%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Comparison between 2D and 3D gradient-echo sequences for MRI of human lung ventilation with hyperpolarized 3He.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 52 (3), 673-678 (2004).</li>
<li>Garrison, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lung+volume+dependence+and+repeatability+of+hyperpolarized+129Xe+MRI+gas+uptake+metrics+in+healthy+volunteers+and+participants+with+COPD%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%3A+Cardiothoracic+Imaging%22%5BJournal%5D)">Lung volume dependence and repeatability of hyperpolarized 129Xe MRI gas uptake metrics in healthy volunteers and participants with COPD.</a> Radiology: Cardiothoracic Imaging. 5 (3), e220096(2023).</li>
<li>Ni, W., Qi, J., Liu, L., Li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pulse+signal+preprocessing+method+based+on+the+Chauvenet+criterion%5BTitle%5D)+AND+%22Computational+and+Mathematical+Methods+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">A pulse signal preprocessing method based on the Chauvenet criterion.</a> Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2019, 2067196(2019).</li>
<li>129Xe MRI Clinical Trials Consortium. , https://www.129xectc.org (2023).</li>
</ol>

Robert Thomen 已向 Polarean, LLC 提供咨询。

解决问题的能力 129Xe MRI 质量控制是一项必要技能，有助于实时缓解问题。在能够从单一供应商获得超极化气体基础设施并得到扫描仪制造商支持之前，这些质量控制任务完全由各独立实验室自行负责。本文旨在为读者提供在数据采集不理想这一不可避免情况下可采用的实用操作建议。尽管我们力求涵盖尽可能多的潜在问题，但仍存在许多其他挑战 129Xe MRI 与扫描仪制造商特定相关，由于知识产权限制，无法详细讨论。然而， 129Xe临床试验联盟，一个旨在开展多中心试验的科研社区 129Xe MRI，包含多个参与机构以及在实施操作方面富有经验的资深专家 129多平台与多软件环境下的氙磁共振成像17建议就本文未涵盖的任何实施和/或故障排除问题，联系任一参与该站点的人员。
应定期对线圈进行性能检查，以早期发现信号减弱或噪声增加的迹象。这些检查包括检查线圈接口和内部连接，以及评估跌落或过重压力对线圈可能造成的影响。除了物理检查外，频繁比较波谱扫描结果也有助于识别线圈性能问题。由于磁共振成像系统的多核功能与质子设备共用组件，因此磁室内任何新引入的设备或仪器都应进行测试，以防止对氙频率造成潜在干扰。除技术因素外，还应注意实验操作中的细节，包括对受试者进行有效指导、确保与研究协调人员的清晰沟通，以及在质量控制扫描期间精确放置氙气袋。这些看似微小的细节不应被忽视，因为它们可显著提高图像质量和整体研究结果。
本文所述方案为研究人员提供了一个全面的框架，用于在成像过程中识别并解决潜在问题。通过系统地执行故障排查步骤，研究人员可优化图像质量，提高数据准确性，并推动超极化氙-129磁共振成像领域的发展。持续优化和调整这些故障排查策略，结合成像技术的进步，将有助于进一步提升超极化氙-129磁共振成像研究的质量与可靠性。

一个多世纪以来，肺功能评估主要依赖于肺量计和体描法提供的整体测量指标。然而，这些传统的肺功能检查（PFTs）在捕捉早期疾病区域特征及肺组织细微变化方面存在局限性1。利用吸入放射性示踪剂的核医学技术已广泛用于评估常与肺栓塞相关的通气/灌注不匹配情况，但该方法涉及电离辐射，且分辨率较低。相比之下，计算机断层扫描（CT）已成为肺部成像的金标准，其空间和时间分辨率明显优于核成像2。尽管低剂量CT扫描可降低辐射暴露，但仍需考虑潜在的辐射风险3,4。由于肺组织密度低且信号衰减迅速，质子磁共振成像（MRI）在肺部应用较少，尽管近期技术进展可在信号可能较弱的情况下仍提供功能信息。另一方面，超极化氙磁共振成像（HP 129Xe MRI）是一种非侵入性成像方式，可实现具有区域特异性的肺功能成像5,6。该技术可使升量级的气体产生高度非平衡的核磁化。随后，受试者在磁共振扫描仪内单次吸入这种惰性气体，并由扫描仪直接成像。因此，成像对象是吸入的气体本身，而非肺组织。该技术已被用于评估多种疾病的肺通气情况，包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、囊性纤维化、特发性肺纤维化、2019冠状病毒病（COVID-19）等3。2022年12月，HP 129Xe MRI获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，作为磁共振成像通气对比剂，用于美国12岁及以上成人和儿科患者7。目前，临床医生可利用129Xe MRI为患者制定更优或个体化的治疗方案，从而提升诊疗水平。
传统上，临床磁共振成像（MRI）仅专注于成像在几乎所有人体内脏中大量存在的氢核（质子）。MRI 扫描仪、成像序列及质量控制通常由扫描仪制造商根据现场许可和保修条款负责维护。然而，129Xe 成像需要具备多核功能的磁共振扫描仪，并且需要专门的研究团队来运行超极化设备、定制的射频（RF）线圈、专用脉冲序列以及离线重建/分析软件。这些组件可由第三方供应商提供，也可由研究机构自行研发。因此，质量控制的责任通常落在 129Xe 研究团队身上，而非扫描仪制造商或个别第三方。因此，持续获取高质量的 129Xe 数据具有独特挑战性，因为 129Xe MRI 流程中的每个组件都可能引入误差，必须由 129Xe 团队密切监控。这些情况不仅令研究人员极为困扰——他们必须排查并调查可能出现问题的各种原因，而且可能带来高昂成本，因为这会减缓患者成像和受试者招募的进度。与故障排查相关的成本包括 MRI 使用时间费用、129Xe 的超极化过程（涉及多种气体的消耗）以及材料的使用。此外，随着近期美国食品药品监督管理局（FDA）的批准以及 129Xe 成像技术的发展，制定标准化的质量控制方案对于避免 129Xe 操作中的常见问题和延误显得尤为必要8,9。
本文介绍129Xe MRI中一些较为常见的问题，包括射频线圈故障、出现多种导致信噪比（SNR）降低的噪声模式，以及图像质量差等问题10。我们旨在提供一些简明的质量控制（QC）指南和操作规程，以确保获得高质量的图像数据，并解决129Xe MRI中可能出现的一些常见问题。本文提供的见解同样适用于超极化氦-3成像问题的排查。

<table><tbody><tr><td>偏振测量站&amp;nbsp;</td><td>Polerean</td><td>42881</td><td>https://polarean.com/</td></tr><tr><td>带柱塞阀的压力容器</td><td>Ace glass</td><td>8648-85</td><td>https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf</td></tr><tr><td>特氟龙采样袋（Tedlar袋）</td><td>Jensen inert</td><td>GST381S-0707TJO&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>http://www.jenseninert.com/</td></tr><tr><td>氙气超极化仪 9820</td><td>Polerean</td><td>49820</td><td>https://polarean.com/</td></tr><tr><td>氙气环形线圈</td><td>临床磁共振解决方案公司（Clinical MR Solutions）</td><td>定制设备</td><td>https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc</td></tr><tr><td>氙气背心式线圈</td><td>临床磁共振解决方案公司（Clinical MR Solutions）</td><td>定制设备</td><td>https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc</td></tr></tbody></table>

超极化氙磁共振成像中的故障排除与质量保证：高质量图像采集的工具

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition

超极化（HP）氙磁共振成像（129Xe MRI）是一种近期获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的成像技术，可通过吸入氙气产生高分辨率图像，用于肺功能研究。然而，129Xe MRI 的实施具有独特挑战性，因其需要专门的超极化硬件与设备、氙成像线圈及其配套软件、多核磁共振成像序列的开发与编译，以及所采集数据的重建与分析。若缺乏足够的专业知识，这些任务可能令人望而生畏，且无法获取高质量图像的情况不仅令人沮丧，而且代价高昂。&#160;本文介绍了一些适用于 129Xe MRI 实施单位的质量控制（QC）规程、故障排查方法以及实用工具，有助于获取优化的高质量数据和准确结果。本文首先概述实施 HP 129Xe MRI 的整体流程，包括超极化实验室的建设要求、129Xe MRI 线圈硬件与软件的配置、数据采集与序列设计的考虑因素、数据结构、k空间与图像特性，以及信号与噪声特性的测量。在上述每个必要步骤中，均可能存在导致图像质量下降或成像失败的错误、挑战和不利情况，本论述旨在解决其中一些常见问题。特别是，识别并表征所采集数据中的异常噪声模式对于避免图像伪影和低质量图像至关重要；本文将提供实例，并讨论相应的缓解策略。我们的目标是为新开展 129Xe MRI 的单位简化实施过程，同时提供一些实时故障排查的指导原则与策略。

图4展示了在噪声扫描上进行的噪声表征分析结果。该图显示了规则噪声和不规则噪声对k空间的影响，其中可观察到与理想参考线y=x的偏离情况。规则噪声在k空间中形成连续的模式，而不规则噪声则在QQ图中产生高值离群点。
接下来介绍图5，该图展示了使用HPG MRI获取的一系列肺部图像。上排显示了图像空间中的示例，包括参考扫描图像、受规则和/或不规则噪声影响的肺部图像，以及无信号的图像。下排展示了相应的k空间模量表示。
在图5A中，k空间中心出现一个明显的亮斑，表明肺部信号清晰且噪声较低。相反，图5B显示图像中分布有规则的噪声（高斯噪声）。在图5C中，可见不规则噪声，在k空间中产生高幅值尖峰，并在图像空间中形成条纹状图案。图5D展示了一种同时存在规则噪声和不规则噪声的情形，影响了肺部图像的质量。最后，图5E表示在所获取的肺部图像中未检测到任何信号。
图6 展示了粗略数据离散化与适当缩放的k空间数据的对比。在计算信噪比（SNR）后可以明显看出，离散化数据表现出较低的信号水平。
<img alt="氙气加压装置，玻璃管置于液氮杜瓦瓶中，示意图与实物照片，化学技术。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：制备氙气模型的示意图。 将压力容器置于少量液氮中，使氙气在约 -203.15 °C（70 K）下冻结。将一袋129Xe直接连接至容器。当氙气扩散进入容器时，接触到低温容器壁后即发生冻结，形成类似雪状的固态结构。完全冻结后，密封容器，随后让氙气逐渐融化，导致容器内部压力升高。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="使用¹H和¹²⁹Xe模体及背心式线圈的磁共振波谱成像装置，用于成像研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图2"> 
图2光谱学实验装置 (A129-氙气模体置于两个质子模体之间，三者均被封装于一个内部 129Xe 背部线圈。B用绑带固定氙气背心线圈。C将组装好的部件插入磁体的孔径中进行定位。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="信号分析，可变带宽激发，频率响应图，4000-12000 Hz 比较。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：在恒定氙频率（34,081,645 Hz）下，信号响应与可变带宽激发的关系。 带宽增加会导致噪声基底升高。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="噪声分析：K空间图、直方图、QQ图展示噪声水平；数据拟合结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图4"> 
图4：三种类型的噪声扫描：可接受噪声、规则噪声和不规则噪声。（A）图A展示了每种噪声模式的k空间模量表示，其中规则噪声呈现条纹模式，而不规则噪声显示为尖峰（亮斑）。（B）每次噪声扫描k空间数据实部和虚部的直方图。（C）k空间数据实部/虚部的QQ图，将采集到的数据集与具有相同均值和标准差的正态分布数据集按升序进行比较。红线代表y = x参考线。偏离该线的情况表明采集数据中存在非高斯成分。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="噪声对MRI扫描的影响；结合k空间数据分析的对比示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图5"> 
图5：HPG 129Xe 肺部成像中不同噪声模式的示意图。 上排显示图像空间的示例，包括参考扫描图像、带有规则和/或不规则噪声的肺部图像，以及无信号的图像。下排显示对应的k空间模量表示。在含有信号的图像中，k空间中心出现一个亮斑，代表肺部信号。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="K空间图与信噪比，分析数字精度对磁共振图像的影响。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6高/低数字精度影响的示意图 129Xe测试袋重建数据 对于高数字精度图像（上排），图像具有600的高信噪比，模量为55th K空间的一行显示了呈现数据精细细节的平滑曲线。然而，在低数字精度图像（底行）中，各个数据点被“量化”到覆盖信号范围的有限数量的数字层级上，导致重建图像的信噪比降低（SNR = 98）。该问题只能通过仔细检查原始信号数据才能发现，因为它并不会妨碍生成看似满意的图像。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>

本文介绍了一种获取高质量超极化氙-129磁共振图像的实验方案，涵盖硬件、软件、数据采集、序列选择、数据管理、k空间利用以及噪声分析。

超极化（HP）氙磁共振成像（129Xe MRI）是一种近期获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的成像技术，可产生……

在超极化氙气磁共振成像中，可直接对实际吸入的气体进行成像。该气体在健康个体的肺部中均匀分布，但在患有哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）或囊性纤维化等肺部疾病的患者中则分布不均。我们旨在利用这一技术更深入地理解这些疾病。X射线计算机断层扫描（CT）目前是肺部结构成像的临床标准，但涉及电离辐射，且仅能显示肺组织，无法显示吸入的气体。通过吸入或注射放射性示踪剂的核医学成像也可用于评估肺通气和灌注，但同样具有电离辐射，且分辨率相对较低。然而，氙气磁共振成像（Xenon MRI）能够提供个体肺通气及气体交换的高分辨率图像。实施氙磁共振成像具有独特挑战性，需要专用硬件、氙成像线圈以及序列开发。但这还远未结束，所获取的数据必须经过细致的重建与分析。如果没有适当的专业知识，这些任务可能会令人望而生畏，导致令人沮丧且代价高昂的结果。本方案提供了关于氙-129磁共振成像（Xe MRI）站点的质量控制、故障排除及工具使用的深入指导。我们探讨了超极化设备实验室的搭建、磁共振线圈的选择、数据采集的注意事项以及图像特性。我们的目标是引导观众了解可能影响图像质量或实验结果的潜在错误、挑战和各种情况。解决氙-129 MRI 中出现的问题对于应对实际应用中的各种困难至关重要。由于目前缺乏专用的超极化气体基础设施，且扫描仪制造商提供的支持有限，质量控制任务完全由各个实验室独立承担。本视频旨在为观众提供实用建议，以应对挑战并确保成功获取数据。首先，应按照制造商的指南设置并启动氙-129超极化仪。接下来，在超极化或超极化测量工作站使用核磁共振（NMR）对具有代表性的超极化氙-129气体样品进行T1弛豫时间测量。确保从氙气收集点到指定用于成像的磁体室之间具有直接且高效的路径，以尽量减少氙气运输过程中的延迟。在运输前，使用所示公式测量超极化氙-129气体的初始剂量当量（DE）。应避免沿途存在额外的射频信号，因为这些信号可能导致极化度损失。完成气体从测量站经磁体孔径往返运输至偏振测量站的整个过程后，再次测量DE，以量化气体运输过程中预期的信号损失。首先制备一个热极化的129Xe模体。为此，将一个玻璃压力容器连接至装有氙气的气袋，气袋的尺寸和体积应与容器的容量相匹配。然后将压力容器浸入少量液氮中，使氙气扩散并冻结。待氙气在容器内部形成固态雪状物后，密封容器。在计算容器内压力之前，使其在加压条件下解冻。为了检测峰值频率，将模体放入氙-129线圈内，并将其放置位置调整至与受检患者相似的状态。首先进行质子频率扫描，因为某些扫描仪在未执行初始质子频率定位扫描的情况下，可能不允许进行多核扫描。若条件允许，使用宽带发射脉冲，采用高带宽、高分辨率的读出实验，以精确定位氙的频率峰值。当检测到一个清晰明确的峰时，应完整记录其频率值。在新的频率下重复实验，使用约1000赫兹的低带宽，以最大化信噪比（SNR）和峰频率的精确度。当检测到满意的高信号峰时，保存该实验方案，用于未来的质量控制测试。使用少量高极化氙-129进行成像，该气体应高度浓缩且无氧。在成像前立即准确测量氙-129的剂量当量（DE）。设置测试成像方案，使其尽可能接近预期的体内参数。获取并保存氙气袋的图像，作为扫描仪性能的基线测量值。测量并记录所获取图像的信噪比（SNR），同时记录所有扫描参数和氙气DE。为测量翻转角α，执行一次完整的容积扰相梯度回波扫描，使用相同的序列参数连续成像两次视野（FOV）。测量两幅图像在直流偏置处的信噪比S0和S1。统计相位编码步数n，并计算翻转角。首先，为质量控制（QC）目的创建一个对照噪声谱。使用一种特定的定制二维梯度回波（2D GRE）序列，包括较大的视野以捕获该区域的最大信号，较高的每像素带宽以识别邻近的噪声共振，以及尽可能低的重复时间（TR）和回波时间（TE）。使用氙气背心或环形线圈采集噪声谱的质量控制图像，在线圈中不放置超极化氙-129样品的情况下获取图像。该图像将用于表征噪声特征。检查所获取的噪声数据，特别是K空间中的非高斯元素，例如尖峰、模式或离散化或分箱的数值。通过将获取的实部或虚部数据与一个具有相同均值、标准差和向量长度的合成高斯数据集进行对比绘图，创建分位-分位（Q-Q）图，两者均按从小到大的顺序排列。Q-Q 图中偏离直线 y 等于 x 的情况表明所获取的数据中存在非高斯成分，需要进一步调查。请选用合适的图表来识别噪声分布模式及潜在的离群值。为排除扫描仪作为噪声源的可能性，应采用标准站点协议获取图像，同时禁用各种脉冲序列参数并关闭电子组件。请参考屏幕上的列表以查找可能的噪声源。为消除房间内的噪声源，可使用一个调谐至氙-129频率的简单表面环形线圈，在磁体室内仔细探测噪声来源。将氙线圈元件物理靠近可能存在故障的设备，并运行测试序列以检测被放大的噪声。检查K空间和图像数据，以精确定位相干噪声的来源。若已确定具体来源，可尝试将其关闭，或使用铝箔、导电材料或铜网覆盖，以降低噪声。在关闭或屏蔽噪声源后重新进行扫描，观察噪声是否消除。继续此过程，直至所有噪声源均被消除，仅保留低均方根高斯噪声。将不规则噪声识别为基于单个样本的像素中出现的高信号尖峰，这些尖峰在实部或虚部通道中表现出异常高或异常低的信号。在不同的相位编码方向上进行成像，包括前到后、头到脚以及左到右。通过选择性启用或禁用各个梯度，消除 X、Y 或 Z 梯度可能引起的问题。系统性地检查所得图像，以确定是哪个特定梯度方向导致了噪声。在噪声扫描上进行的噪声特征分析结果表明，常规噪声和不规则噪声均对 K 空间产生了影响。规律性噪声在K空间中产生连续的模式，而不规则噪声则在Q-Q图中表现为高值离群点。一系列采用HPG MRI获取的肺部图像显示，K空间中心出现明显的亮点，表明肺部信号清晰且噪声较低；相反，规律性噪声在图像中呈弥散分布。不规则噪声明显导致K空间出现高值尖峰，并在图像空间中形成条纹状图案。当规则噪声和不规则噪声同时存在时，也会影响肺部图像。

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