Name: 用于肺通气和灌注 （V/Q） 评估的相位分辨功能性肺 MRI (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-09T12:50:00.000+00:00
Duration: 5 min 56 s
Description: 了解相位分辨功能性肺MRI技术，用于无创评估肺通气和灌注动态。该方法无需造影剂或辐射，可早期检测肺部疾病并量化治疗反应，适用于COPD、肺移植和囊性纤维化患者的临床监测。

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本工作由德国肺研究中心（DZL）资助。作者谨向所有为PREFUL的进一步开发做出贡献并提供支持的人士致以诚挚的感谢，特别是：Marcel Gutberlet、Till F. Kaireit、Lea Behrendt、Julian Glandorf、Sonja Lüdiger、Tawfik Moher Alsady、Katharina Bünemann、Marius Wernz、Robin Müller、Maximilian Zubke、Gesa Pöhler、Agilo Kern、Cristian Crisosto、Milan Speth、Arnd Obert、Julienne Scheller、Jim Wild、Edwin van Beek、Helen Marshall、Jens Gottlieb、Martha Dohna、Diane Renz、Anna-Maria Dittrich、Tobias Welte、Jens Hohlfeld、Patrick Zardo、Giles Santyr、Franz Wolfgang Hirsch、Robert Grimm、Bastian Bier、Bassem Ismail、André Fischer、Berthold Kiefer、Gregor Thoermer 和 Rebecca Ramb。此外，作者还要感谢放射科技师以及研究参与者。特别感谢汉诺威医学院放射科的 Frank Schröder 和 Sven Thiele 在实施MRI检查过程中提供的卓越技术支持。

Advanced Lung Imaging for Disease Detection and Monitoring

Filip Klimeš、Andreas Voskrebenzev 和 Jens Vogel-Claussen 是 BioVisioneers GmbH 公司的股东，该公司对肺部磁共振成像方法具有商业利益。

关键步骤 
采集过程中最常见的问题之一是信号缩放不当，这会导致在 DICOM 转换过程中因数字数据表示的精度降低而丢失信息，从而可能在后续处理阶段引发问题。另一个更为严重的问题是以交错方式采集多个层面，这会显著降低各个层面的有效时间分辨率。此外，根据层面之间的距离，还可能影响灌注对比度和定量结果，因为流入依赖于无磁化历史的新鲜自旋。在序列设置过程中需格外注意，特别是梯度强度、非对称回波、带宽和平行成像等参数。若其中任意一个参数偏离建议设置，均可能导致回波时间（TE）和时间分辨率不理想。
后处理包含多个步骤，必须按照所述顺序依次进行。例如，在低通滤波之后进行配准是没有意义的。因此，任何一个步骤的失败都会导致后续步骤的失败，这使得配准阶段尤为重要。由于并不存在单一的配准算法，不同实现方式下需要根据具体情况经验性地设置参数。若未对这些参数进行精细调整，错误的配准将导致无法生成任何有意义的结果。后处理中另一个可能耗时且关键的步骤是分割。错误的分割可能导致最终报告中的参数计算完全错误（例如，因包含了非肺部区域）。当使用深度学习算法时，这类错误分割更易发生，因为这些算法通常适应于特定的图像外观，而当应用于来自其他厂商或设备、图像外观略有差异的数据时，性能可能下降。因此，必须对分割的准确性进行视觉质量检查，并在必要时进行人工修正。
故障排除 
典型的故障排除流程是逐项执行所有步骤，并检查中间结果的合理性。主要步骤的处理流程如下：首先确认图像是在自由呼吸状态下使用正确的序列和参数采集的。接着，检查信号的动态范围是否合适（肺实质中的信号强度约为 50 AU）。如果原始数据仍然可用，可使用适当的缩放因子重新重建图像，以避免重新采集数据。然后检查图像配准是否完成，且无明显伪影和残余运动。接下来，检查小感兴趣区（ROI）的时间序列是否呈现出符合预期的通气和灌注相关调制。随后，检查所应用的滤波器是否以预期方式改变了图像（例如，低通滤波后的数据中不应存在高频调制）。检查合成的呼吸和心脏周期是否符合生理特征，且无突然的跳跃。评估分割的准确性。请注意，一旦确定问题发生的主要步骤，可能需要在更精细的分辨率层级上进行进一步排查。
局限性 
尽管本方案已知可产生可重复且敏感的结果，但在数据采集和后处理过程中涉及的步骤和参数众多，几乎存在无限的优化可能，且这些因素相互关联。因此，应采用自下而上的方法，首先优化序列协议（例如，关于信噪比和功能对比噪声比）。对于后续的后处理优化，采用数字肺模型作为预定义的基准真值可能具有帮助40。如文中所述，该模型可模拟自由呼吸状态下的采集过程，并包含多种类别以模拟通气/血流灌注缺陷。通过引入已知的运动所致形变，还可直接测试配准算法。尽管具有上述优势，但每个模型本质上都受限于将复杂现实映射到有限且简化模型的准确性。
本方案中提供的阈值通过经验分析发现，在健康志愿者及不同患者队列中均表现出合理的结果。然而，如前所述，根据序列、磁场强度和队列的不同，可能需要进行调整。
PREFUL 的一个普遍局限性在于其复杂的后期处理，目前尚无现成的医疗产品可用，尽管西门子医疗（Siemens Healthineers）和 BioVisioneers 已在科研合作或商业环境下为科研目的提供了初步的开发中版本。计算过程通常涉及并行处理，对 CPU 和内存提出了较高要求，可能需要现代工作站或服务器解决方案才能有效处理大量数据。此外，耗时的后期处理步骤目前阻碍了结果的即时呈现，而即时呈现对于临床工作流程而言是十分理想的。
与其他方法的比较 
存在多种类似的方法，如 PREFUL，包括其前身傅里叶分解法及其其他衍生方法，例如矩阵束分解法41，以及略有不同的自门控无对比剂功能肺部 MRI（SENCEFUL MRI）42。虽然傅里叶分解法及类似方法在频域中操作，但 PREFUL 采用较宽松的傅里叶滤波，并在时域中后续计算振幅。因此，无需选择对应于通气/灌注的特定峰值。这可能使 PREFUL 对呼吸变异性具有较低的敏感性，而呼吸变异性在人体受试者中是已知存在的现象。
尽管PREFUL通过图像排序实现，但SENCEFUL采用k空间线的排序，从而提供了更高的灵活性。然而，SENCEFUL需要具备自门控能力的序列，而PREFUL则可使用常规的扰相梯度回波序列实现。类似地，在基于傅里叶分解的方法中常用的bSSFP序列以更高的信噪比和血流对比度著称，但在肺部成像时通常需要更多的优化，尤其是在3T场强下43。然而，除此之外，并无其他原因阻止将PREFUL与bSSFP采集相结合44。
所有这些基于信号的方法均假设某些不希望的信号影响（包括T1、T2/T2*、扩散、层面内运动以及非正交灌注的体素）可以忽略不计。尽管PREFUL的进一步验证间接表明这些影响确实并不关键，Triphan等人却指出，其结果依赖于有效T1和TE，这可通过血液与实质成分在不同TE下的权重差异来解释45。鉴于此，bSSFP利用T2/T1对比度显示血液的初始优势，与SPGRE更简单的对比机制相比，可能为实现精确量化带来额外挑战。然而，仍需要开展更多直接探讨各种MR变量影响的研究——例如Glandorf等人针对对比剂所开展的工作46,47——因为这类研究可直接量化这些因素对PREFUL的影响。
重要性 
作为一种无需屏气、无需对比剂的方法，PREFUL 与前述相关方法具有诸多共同优势：1）无需电离辐射和对比剂使用，2）无需额外的硬件或人员，3）采集过程仅需患者最低限度的配合。这些优势使 PREFUL 成为一种便捷的监测工具，尤其适用于慢性肺病儿童等脆弱人群。尽管 SPGRE 序列的信噪比较低，但该方法具有良好的可及性，且无需额外的序列编程或共享，进一步推动了其广泛应用。
正如引言部分所述，越来越多的研究显示出良好的验证性、可重复性、灵敏度结果以及监测能力，表明该技术及其相应动态参数的重要性正在不断提升，并将通过广泛传播而得到进一步支持。

呼吸系统因其复杂的机制而容易受到多种疾病的侵袭。其中，慢性阻塞性肺疾病（COPD）、囊性纤维化（CF）和慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）等慢性呼吸系统疾病显著降低了患者的预期寿命1。因此，早期诊断、病情监测以及治疗反应评估变得至关重要。
肺功能测试（PFT）可获得诸如蒂夫诺-皮内利指数（Tiffeneau-Pinelli index）等整体肺功能参数，该指数定义为1秒用力呼气容积（FEV1）与用力肺活量（FVC）的比值2。此类参数在临床常规中已得到广泛应用，但缺乏区域性信息，且对患者的配合度要求较高。在此方面，影像学技术可提供额外的洞察力，并有望实现更为敏感的参数评估。计算机断层扫描（CT）能够对肺实质形态进行高分辨率成像，而近年来发展的参数响应映射等技术还可获取功能信息3。然而，单光子发射计算机断层扫描（SPECT）仍是目前显示肺通气与灌注（V/Q）的金标准4。上述所有影像学方法的共同局限在于需要暴露于电离辐射，在监测性应用及脆弱人群中的使用需特别审慎。因此，目前正持续推动磁共振成像（MRI）作为替代性影像技术的发展。
由于肺部固有的低质子密度和快速信号衰减，肺部本身就是磁共振成像（MRI）中具有挑战性的器官5。在众多成像方法中，目前应用最广泛的技术包括使用超极化气体（例如129Xe MRI）评估通气功能6，以及静脉注射基于钆的对比剂以显示灌注情况7。这些方法具有较高的信噪比（SNR），被磁共振领域广泛视为金标准。一种较新的方法无需使用任何对比剂，可在自由呼吸状态下利用常规质子磁共振成像实现，每层图像的总采集时间约为1分钟。因此，该方法避免了对比剂可能引起的不良事件以及近年来备受争议的长期影响，同时无需额外的超极化设备或多核硬件，更易于推广应用。此外，由于采用自由呼吸采集方式，避免了寻找合适肺部充气状态这一难题，而该问题可能会影响所获得的通气缺陷值8。
这种基于间接MR信号的方法最初由Zapke等人提出，他们利用了质子加权信号S与肺容积V之间的倒数关系：S~1/V。9 该方法基于将自由呼吸状态下采集的图像转换至一个共同的膨胀状态（通常位于呼气末与吸气末之间的中间位置），从而补偿运动影响，并允许对每个体素内的信号时间序列进行分析。随后，可通过使用Klimeš等人提出的公式（1）10，从这些所谓的配准图像中推导出通气量测量结果：
<img alt="肺通气量方程；呼吸容积、比值及调节分析；公式展示。" src="/files/ftp_upload/66380/66380eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 1">     (1)
在吸气（Insp）、呼气（Exp）和注册状态（Reg）下的容积/信号基础上，该方法进一步引入了傅里叶分解，以区分与呼吸频率（通气）和脉搏频率（灌注）相关的信号调制，从而仅通过一次采集即可生成完全空间匹配的通气/血流（V/Q）图11。由于呼吸频率与心率之间通常存在明显差异，原本在时域中重叠的两个信号成分可通过傅里叶分析在频域中有效分离，从而实现上述目标。随着设备从低场强（0.35 T）过渡到1.5 T，并采用优化的平衡稳态自由进动序列（bSSFP）12，该方法逐渐受到更多关注，并在多项后续研究中得到验证13,14,15。
由于呼吸和脉搏存在变异性，且在1.5T下商业可用的平衡稳态自由进动（bSSFP，梯度补偿）成像可能产生显著的带状伪影（明显的信号缺失条带），因此提出了一种相关方法，即采用扰相梯度回波序列（SPGRE）结合宽频低通和高通滤波技术16,17这能够捕捉到与真实呼吸和脉搏相关的更复杂的信号调制谱。随后在时域中计算振幅，避免了必须选择某一特定频率峰值的需要。通过将传统的一次性向一个参考状态配准分解为两个独立步骤，进一步实现了优化。该方法利用了自由呼吸过程中，在吸气末与呼气末之间采集到的不同呼吸相位，其向固定状态所需形变程度各不相同这一事实。在选择若干组图像并确定各单幅图像所属的呼吸状态组后，执行以下流程：1）在各自呼吸状态组内进行配准；2）逐组进行组间配准，从一个相邻组依次配准至下一组（例如，1-&gt;2, 2-&gt;3，…) 分配给代表参考组的组别。该方法进一步通过为每幅图像进行相位估计，以建立更高的表观时间分辨率，从而促进对通气和灌注动态的分析，由此形成了相位解析功能肺（PREFUL）磁共振术语，以将此技术分支与其他相关技术区分开来18后续研究利用了完整的呼吸和心动周期所提供的附加信息，显示出这些参数的潜在敏感性可能有所提高19,20,21.
与金标准SPECT进行验证，结果显示缺陷区域的Dice系数≥67%22，且使用129Xe进行更直接的通气测量显示，在混合的慢性阻塞性肺病/囊性纤维化/健康人群中，通气缺陷百分比的相关性≥62%23 以及在CF多中心、多厂商队列中的84%24，该研究还显示PREFUL与129Xe的肺清除指数具有相似的相关性（r = 0.82 和 r = 0.91）。同一研究的灌注分析表明，在所评估的各中心之间，与DCE在空间重叠性方面无显著差异。25. 一项纳入九个中心的前瞻性子研究还报告了PREFUL结果与DCE的一致性以及各中心间PREFUL结果的符合率26在慢性阻塞性肺疾病患者中的可重复性分析结果显示，所有参数的变异系数均低于15%27目前的研究表明，与仅考虑吸气末和呼气末阶段的“静态”通气参数相比，区域流量-容积环（FVL）参数在检测治疗变化方面具有更高的预测能力和敏感性。在慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中，使用茚达特罗-格隆溴铵（indacaterol-glycopyrronium, IND/GLY）吸入治疗后，通过区域流量-容积环（FVL）测量已证实其对治疗具有响应性。28与之相应，FVL 参数可预测双肺移植患者的移植物丢失，而肺量计检查则不能（P = .02 对比 P = 0.33）。29初步可行性研究表明，使用标准临床 MRI 设备，可在自由呼吸的婴儿和新生儿中实现基于 PREFUL 的功能性肺部成像30,31Glandorf 等人比较了在 1.5T 和 3T 场强下（SPGRE 序列）PREFUL 参数的表现，发现大多数参数无显著差异，且尽管磁场强度不同，这些参数仍具有高度可重复性32这一点可能具有重要意义，因为并非所有机构都能获得1.5T或更低磁场强度的扫描仪。最近，通过使用PREFUL方法分析0.55T下的bSSFP数据，已证明了在感染COVID-19后检测持续症状的可行性和有效性。33.
总之，尽管PREFUL仍是一种相对较新的技术，但已得到广泛研究。研究人员已评估了若干重要标准，包括与更直接且成熟测量方法的验证对比、可重复性、对病理变化的敏感性，以及对治疗和病情进展变化的响应能力。然而，尽管该技术对设备要求较低，目前仍仅有少数专业中心在使用。因此，本研究的目的是以文字和可视化形式总结PREFUL MR的最新操作方法。这些信息可用于在更多机构中推广该技术，从而从长远来看推动该技术走向成熟。

<table><tbody><tr><td>高级归一化工具（Advanced Normalization Tools, ANTs）</td><td>-</td><td></td><td>图像配准工具箱（https://stnava.github.io/ANTs/; https://github.com/fordanic/image-registration）</td></tr><tr><td>Forsberg</td><td>-</td><td></td><td>图像配准工具箱</td></tr><tr><td>MRI</td><td>西门子医疗公司（Siemens Healthineers AG），德国慕尼黑</td><td></td><td>0.55T / 1.5T / 3T 扫描仪</td></tr><tr><td>PREFUL 应用程序（PREFUL App）</td><td>德国 BioVisioneers 有限公司，德国拉岑</td><td></td><td>PREFUL 分析、图表与报告</td></tr></tbody></table>

基于相位分辨功能肺部磁共振成像的肺通气与灌注（v/q）评估

Phase-Resolved Functional Lung MRI for Pulmonary Ventilation and Perfusion (V/Q) Assessment

傅里叶分解是一种无需对比剂的¹H MRI 方法，用于评估肺灌注（Q）和通气（V）。在图像配准后，对每个体素的时间序列进行分析，以提取心脏和呼吸频率成分。
采用标准的二维扰相梯度回波序列，时间分辨率为约300 ms，开发了一种图像排序算法，以实现具有更高时间分辨率的相位解析功能肺成像（PREFUL）。因此，可在潮气量呼吸期间评估区域性流量-容积环（FVL），并描绘心动周期中脉搏波的传播过程。该方法可在1.5T或3T磁共振系统上，使用标准MR硬件实施，无需进行序列编程，因为所述方案可在大多数系统上通过默认的SPGRE序列实现。
PREFUL 通气 MRI 已通过129Xe 和19F 气体成像技术进行了验证，区域一致性良好。PREFUL 灌注加权 MRI 已通过单光子发射计算机断层扫描（SPECT）以及动态对比增强（DCE）MRI 进行了验证。PREFUL 已在双中心、双厂商环境下进行了测试，目前正应用于多项正在进行的多中心试验中。此外，该技术在多种磁场强度（0.55T–3T）和不同年龄组（包括新生儿）中均具有可行性。
定量通气/灌注（V/Q）PREFUL MRI 已被用于囊性纤维化、慢性阻塞性肺疾病、慢性血栓栓塞性肺动脉高压以及冠状病毒病-2019患者，以量化疾病程度并监测治疗后的变化。此外，PREFUL V/Q 成像已被证明可预测肺移植术后因慢性肺移植物功能障碍导致的移植功能丧失。综上所述，PREFUL MRI 是一种经过验证的技术，可用于区域性肺部疾病的定量通气及肺脉搏波/灌注成像，在疾病检测、量化评估和治疗监测方面具有潜在的临床应用价值，可为当前临床常规提供额外信息。

图2 的下半部分展示了适当和不适当缩放对动态范围所产生的相应影响。图6 显示了信号分布的不均匀性，分别代表了未进行线圈归一化和已进行线圈归一化的扫描结果。建议避免低动态范围以及未进行线圈归一化的图像。
<img alt="MRI线圈校正效果；校正前后对比；胸部扫描比较；成像结果分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6：未进行线圈校正（错误）与进行线圈校正（正确）后采集的代表性图像。 注意靠近线圈元件的体表边界处存在人为的信号增强现象。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
图7展示了成功与失败的自动分割结果。请注意，失败的分割未能包含全部肺部体素，这将导致后续分析和统计结果失真。对于存在渗出病变的病例需格外注意，因为此类体素可能因信号强度较高而被人工智能模型误判为血管，或完全未被分割出来。
<img alt="CT肺部分割过程示意图，比较受试者A和B的切片分割阶段。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig07.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图7"> 
图7：自动化分割结果示例，显示失败结果（受试者A：83岁男性，慢性阻塞性肺疾病）与成功结果（受试者B：30岁女性健康对照）。 第一行为输入AI模型的图像。第二行为第一阶段分割结果，即肺边界识别结果。第三行为排除血管后的最终结果。如蓝色箭头所示，算法因高信号肺部变异而受到挑战，导致肺边界检测错误。需注意，图像已通过最大信号进行归一化处理，但由于受试者A的扫描未进行线圈归一化，导致结果存在差异。红色区域显示自动检测出的感兴趣区域（ROI），用于灌注期排序。缩写：COPD = 慢性阻塞性肺疾病；ROIs = 感兴趣区域。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
图8 和 图9 展示了一名健康对照者（30岁，女性）和一名慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者（60岁，男性）的代表性参数图。请注意，健康对照者的通气和灌注更为均一，因此缺陷体素较少。表4 和 表5 中列出了相应感兴趣区域（ROI）统计结果的报告。
<img alt="灌注-通气分析示意图；肺部成像，定量灌注，区域性通气，V/Q" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig08.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图8"> 
图830岁健康女性对照者的PREFUL参数图。 灌注（1st 行），区域通气（2nd 行），流量-容积环相关度量指标（3rd 行）以及阈值化后的V/Q图（4th 行）。注意实质值的均匀分布及较低的缺损百分比。缩写：PREFUL = 相位解析功能肺成像；V = 通气；Q = 灌注。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig08large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="利用流量-容积评分在彩色编码解剖图像中进行肺灌注与通气显像。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig09.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图9"> 
图960岁男性COPD患者的PREFUL参数图。 灌注（1st 行），区域通气（2nd 行），流速-容积环相关度量指标（3rd 行）以及经阈值处理的V/Q图（4th 行）。注意实质值的异质性分布及较高的缺损百分比。缩写：COPD = 慢性阻塞性肺疾病；PREFUL = 相位解析功能肺；V = 通气；Q = 灌注。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig09large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
表4：健康对照者（30岁女性）的PREFUL参数示例报告。 注意变异系数和缺陷值均较低，这与同一受试者在图8中所示的参数图一致。另见表5和图9。缩写：PREFUL = 相位解析功能性肺成像。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380_Table_4_rev.xlsx" target="_blank">请点击此处下载该表格。</a>
表5：一名慢性阻塞性肺疾病患者（60岁男性）的PREFUL参数示例报告。 请注意较高的变异系数和缺陷值，这些结果与同一受试者在图9中所示的参数图一致。另见表4和图8。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380_Table_5_rev.xlsx" target="_blank">请点击此处下载该表格。</a>
补充材料：PREFUL 算法的动画说明。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/JOVE_All_Screen_Recordings.mp4" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>

本文介绍了一种无需对比剂的质子磁共振技术——相位分辨功能性肺部MRI，用于评估肺通气和灌注动力学。该技术已在不同磁场强度和年龄组中得到验证并具有适用性，未来可能通过辅助疾病定量分析和治疗监测，提升临床决策水平。

基于相位分辨功能肺部磁共振成像的肺通气与灌注（V/Q）评估

傅里叶分解是一种无需对比剂的¹H MRI 方法，用于肺灌注（Q）和通气（V）评估。图像配准后，时间……

本研究的主要目标是动态可视化并量化整个心动周期和整个通气周期中的肺通气与肺灌注，以实现肺部疾病的早期检测、治疗反应的量化评估，并最终有助于肺部疾病患者的预后判断。近期的技术发展引入了用于通气周期三维各向同性容积重建的序列，相比二维方案具有更高的空间分辨率，从而形成了三维PREFUL变体。尽管这一进展意义重大，但其缺乏对肺灌注的洞察，因此将三维与二维方案视为互补工具，可实现更全面的肺功能分析。我认为近年来，PREFUL MRI 在多种临床场景中取得了相当成功的效果。我想重点指出以下三种情况。首先是慢性阻塞性肺疾病（COPD）。我认为我们可以非常有说服力地证明，吸入治疗后通气功能得到改善，同时我们还能证明肺实质灌注也得到改善，并且通气/血流匹配情况也随之改善。其次，关于肺移植，重要的是能够预测肺移植后的功能丧失情况，并了解患者术后状况，而PREFUL恰好能够实现这一目标。PREFUL 可以预测因慢性肺移植排斥导致的移植物功能障碍而引起的未来移植器官丢失。最后但同样重要的是，在儿童患者中，我认为这一点尤为重要，因为儿童通常不配合进行肺功能检测，而通过该技术，我们能够观察并量化囊性纤维化儿童在接受治疗后的治疗反应。总体而言，我认为 PREFUL MRI 正处于从实验室走向临床应用的优良发展路径上。我们的方案——相位解析功能性肺部 MRI，能够在无需额外硬件、对比剂或辐射的条件下实现自由呼吸成像，且仅使用广泛可用的 MRI 序列。该方法支持回溯性图像排序，可对通气和灌注动态进行详细分析。这种兼具可及性、无创性以及全面诊断能力的特点，使其区别于其他技术。未来，我们的实验室将致力于通过优化序列协议、设计以及人工智能驱动的重建技术来缩短扫描时间并提高图像质量。我们还致力于开发、优化和验证新的定量生物标志物，包括定量灌注、脉搏波速度和肺动脉压力测量。首先，在患者到达后，向他们讲解检查过程中的磁性特性及相关风险。指导患者取下所有个人金属物品。然后，让患者以仰卧位头先进方式置于0.55 T、1.5 T或3 T系统中。提供听力保护装置、紧急呼叫铃、衬垫和毛毯，以确保安全与舒适。接下来，将一个多通道柔性线圈置于患者下巴正下方，以确保所有肺部区域获得最佳的线圈灵敏度，并固定线圈位置，同时不阻碍患者的呼吸。然后，指导患者闭上眼睛，并使用MR激光标记肺部中心。在将肺部中心与ISIS中心对齐后，扫描初始定位像以建立大致方位，再进行横断面形态学扫描以识别气管分叉。然后，以气管分叉处作为解剖标志，将第一张冠状面切片定位，以确保可重复性。根据扫描方案，可采集三张切片间距为100%层间距的图像，或以20%或33%的层间距采集覆盖整个肺部的多张切片。接下来，获取已采集的相位分辨功能肺部MRI图像。选择主路径并点击处理，以根据切片位置和时间序列，利用头部信息分离DICOM图像。选择使用交叉相关性度量的ANTs B样条SyN算法，或选择带有弹性与流体正则化的Forsberg多项式展开作为配准算法。一名30岁健康女性的功能性肺成像图显示肺实质值分布均匀，且缺陷百分比较低；而一名60岁男性慢性阻塞性肺病（COPD）患者的功能性肺成像图则显示肺实质值分布不均，且缺陷百分比较高。

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用于肺通气和灌注 （V/Q） 评估的相位分辨功能性肺 MRI

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供体心脏功能评估 离体 灌注：来自压力-容积环与表面超声心动图的见解

了解相位分辨功能性肺MRI技术，用于无创评估肺通气和灌注动态。该方法无需造影剂或辐射，可早期检测肺部疾病并量化治疗反应，适用于COPD、肺移植和囊性纤维化患者的临床监测。

基于相位分辨功能肺部磁共振成像的肺通气与灌注（V/Q）评估

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