近日，中國科學院深圳先進技術研究院勞特伯生物醫學成像中心副研究員王海峰和醫學人工智能中心研究員梁棟開展合作，在磁共振快速三維成像研究中取得新進展。研究人員基于波浪雞尾酒（Wave-CAIPI）快速三維成像技術，提出波浪（wave）梯度參數優化方案；針對波浪梯度存在的梯度零階矩不為“零”問題，提出新的截斷式波浪梯度，不僅完善磁共振快速三維成像理論基礎，并進一步推動相關的高級磁共振快速三維成像技術走向臨床應用。

掃描速度慢是磁共振三維成像的重要問題，制約其掃描流量及重大疾病相關的高級臨床應用，因此，研究人員致力于研究磁共振快速三維成像。波浪雞尾酒技術是磁共振快速三維成像技術（圖1），該技術使用的波浪梯度直接決定其加速性能，而兩者之間的關系尚缺乏理論描述。為從理論上指導波浪梯度的設計以最優化加速性能，研究人員基于最大瞬時頻率和平均幾何因子（g-factor）計算，提出波浪梯度的參數理論優化方案。與先前研究相比，該研究獲得的圖像在不同設備及加速倍速下得到11%~28%的信噪比提升（圖2）。

圖1 波浪雞尾酒（Wave-CAIPI）技術原理示意圖

圖2 不同參數下波浪雞尾酒技術用于加速梯度回波序列的全腦成像結果（a）以及細節放大圖像（b），從上至下分別為采用經驗參數（第一行）、優化參數（第二行）和最大參數（第三行）掃描所得結果

此外，波浪雞尾酒技術使用波浪梯度的零階矩不為“零”，用于加速平衡穩態自由旋進（bSSFP）序列時，導致帶狀偽影，從而限制其在磁共振心血管成像等領域的推廣。針對該問題，研究人員提出零階矩等于“零”的截斷式波浪梯度技術，在實現高倍加速的同時，消除傳統波浪梯度引入的圖像帶狀偽影（圖3）。該技術基于3T磁共振成像系統，實現12倍加速的0.8mm x 0.8mm x 0.8mm高分辨率人體全腦三維成像（圖4），以及高倍加速的高分辨率人體脊柱和腹部三維成像。

圖3 截斷式波浪梯度和傳統波浪梯度的仿體測試結果，其中，（a）為不同設備所獲得的參考圖像。相比于傳統波浪梯度，截斷式波浪梯度在獲得優異加速性能/低幾何因子（c）的同時，消除了其所引入的帶狀偽影（b）

圖4 研究團隊所提出技術（Wave-bSSFP）和雞尾酒技術（2D-CAIPI-bSSFP）用于加速平衡穩態自由旋進成像結果（a），以及所對應的誤差圖（b）和幾何因子圖（c）

該研究縮短磁共振三維掃描時間，提高臨床掃描效率，且有望拓寬磁共振三維成像的臨床應用范圍。目前，相關成果已申請國內外專利。相關研究成果以Parameter optimization framework on wave gradients of Wave-CAIPI imaging為題，發表在Magnetic Resonance in Medicine上，王海峰和博士研究生丘志浪為論文的共同第一作者，梁棟為論文通訊作者；以Accelerated 3D bSSFP Using A Modified Wave-CAIPI Technique with Truncated Wave Gradients為題，發表在IEEE Transactions on Medical Imaging上，助理研究員蘇適和丘志浪為論文的共同第一作者，梁棟和王海峰為論文的通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項、廣東省自然科學基金和深圳市科技創新委員會項目的資助。

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