使用自由呼吸、自门控超短回声时间成像的肺部结构 MRI

摘要

描述了一种使用超短回波时间 （UTE） 磁共振成像 （MRI） 生成肺部高分辨率结构图像的协议。该协议允许在自由呼吸期间使用简单的 MRI 脉冲序列获取图像。

摘要

高质量的肺部 MRI 受到组织密度低、MRI 信号快速松弛以及呼吸和心脏运动的挑战。由于这些原因，肺部的结构成像几乎完全使用计算机断层扫描 （CT） 进行。然而，CT 成像提供电离辐射，因此不太适合某些弱势群体（例如儿科）或研究应用。作为替代方案，使用超短回波时间 （UTE） 的 MRI 引起了人们的兴趣。该技术可以在 ~5-10 分钟扫描过程中的自由呼吸过程中进行。呼吸运动信息与图像一起编码;此信息可用于“自我设控”图像。因此，自门控消除了对高级 MRI 脉冲序列编程的要求或使用呼吸波纹管，从而简化了图像采集。在该协议中，提出了用于获取肺部高质量 UTE MRI 的简单、稳健且计算高效的采集和重建方法。该协议是为在 3T MRI 扫描仪上使用而开发的，但相同的原理可以在较低的磁场强度下实现。该协议包括用于 3D 径向 UTE 图像采集的推荐参数设置以及自门控图像重建的方向，以在不同呼吸期生成图像。通过实施该协议，用户可以生成肺部的高分辨率 UTE 图像，运动伪影最小或最小甚至没有。这些图像可用于评估肺结构，可用于各种肺部疾病的研究用途。

引言

肺部结构的高分辨率成像是许多肺部疾病诊断性检查的重要组成部分。通常，这是使用计算机断层扫描 （CT） 成像进行的，该成像非常适合生成肺部的高分辨率图像¹。然而，CT 成像提供非平凡剂量的电离辐射，使其不适合定期重复成像、多个不同呼吸期的成像或某些人群（例如儿科）的成像。磁共振成像 （MRI） 没有相同的电离辐射风险，因此适用于此类成像任务。然而，由于 MRI 的组织密度低、呼吸和心脏运动以及非常快的信号弛豫，因此使用 MRI 对肺部进行成像具有挑战性 ^2,3,4。

一种能够缓解这些挑战的 MRI 技术是超短回声时间 （UTE） MRI ^4,5,6。在 UTE MRI 中，MRI 信号在信号激发后立即采样，这减少了快速信号弛豫的影响。此外，该技术从中心向外对 k 空间进行采样，这会导致 k 空间中心出现明显的过采样。k 空间中心的这种过采样使这种成像技术对运动具有鲁棒性。除了这种固有的运动稳健性....

研究方案

所有人体成像均经建国大学 IRB 批准进行。已获得所有参与者的书面知情同意书。本研究中的图像是根据通用技术开发方案获得的，并且纳入/排除标准故意宽泛。纳入标准：年龄 ≥ 18 岁。排除标准：根据对 MRI 筛查问卷的回答，MRI 禁忌症和怀孕。用于本研究的附件和设备列在 材料表中。

1. UTE图像采集

1. 准备成像序列。准备一次成像序列，并对所有参与者使用相同的序列。
   1. 参数设置请参见 表 1。
   2. 将 MRI 模型放在 MRI 的中心并运行成像序列。
      注意：由于此序列需要快速梯度性能和许多 RF 脉冲，因此在人体测试之前验证协议设置是否可以运行非常重要。
2. 为参与者准备 MRI。使用机构标准的 MRI 安全筛查，以确保参与者可以安全地进入 MRI。
3. 将参与者放在 MRI 床上，并在参与者的躯干上放置一个胸环。将线圈靠近参与者的下巴，以确保完全覆盖肺尖。
4. 将参与者移动到 MRI 扫描仪中。将定位标志放在参与者胸骨的正下方。
5. 收集定位器扫描以确保参与者的肺部在 UTE 扫描的视野内。不要移动 UTE 扫描的几何。如果参与者的肺部不在视野内，请移动参与者并收集....

讨论

在进行肺部 UTE 成像时，可以使用采集和重建的许多变体来生成肺部图像。该协议侧重于易于实现和计算效率。使用 3D 放射状 UTE 进行成像相对简单，成像序列通常可从主要 MRI 供应商处获得。提供了基于 MATLAB 的工具，用于数据处理和自门控。由于大多数学术机构都可以访问 MATLAB 许可证，因此此代码应广泛使用且易于实现。提供的 MATLAB 代码是为使用 Siemens 3T MRI 扫描仪?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Chest MRI Coil	Siemens, GE, Philips,, Other Clinical MRI Imaging Coil Vendor	N/A	A 26 - 32 channel Chest coil should be used
High Performance Workstation	HP, Apple, or other Computer Hardware company	N/A	A computer with a minimum of 64 GB of Memory is needed for image reconstruction
Matlab	Mathworks	R2016A or newer	A Matlab license is needed to run the provided computer code
MRI Phantom	Siemens, GE, Philips, or Other MRI Phantom Vendor	N/A	Any Phantom can be used to test the MRI sequence prior to its use in human subjects.
MRI Scanner	Siemens, GE, Philips, or Other Clinical MRI Scanner Vendor	N/A	The protocol was developed on a 3T scanner, but 1.5T or 0.55T would also work with minimal adaptation