三维快速高分辨头颈联合磁共振血管壁成像方法研究

Stroke is the leading cause of death and disability in China, intracranial and extracranial atherosclerotic plaque rupture is the major cause of ischemic stroke. Magnetic resonance vessel wall imaging is an important method to evaluate the vulnerability of the atherosclerotic plaques, however, traditional intracranial vessel wall imaging and carotid vessel wall imaging were performed in two different scan, and the acquisition time of the sequences were relative long, meanwhile, these techniques only provide one contrast weighting per sequence. The project aims to develop a novel fast MRI technology to acquire three dimension high resolution joint intracranial and extracranial artery wall imaging. To address the several challenges including long acquisition time and single contrast weighting sequence, several key issues will be investigate including (1) reconstruction framework based on convolution features and its effect on signal-to-noise ratio of MR images; (2) design a novel multi-contrast MRI pulse sequence. We expect to achieve joint intra- and extracranial arterial wall imaging in 5 minutes with 0.5mm isotropic resolution, and design a dual contrast MRI pulse sequence which could generate both T2 weighting and proton density weighting in a single acquisition. The study may enable fast one-stop-shop assessment of both intracranial and extracranial vulnerable plaques, and provide imaging solutions for early prevention and precise diagnosis of ischemic stroke patients.

脑卒中是我国死亡率和致残率最高的疾病，颅内动脉和颈动脉粥样硬化斑块破裂是导致缺血性脑卒中的主要原因。磁共振血管壁成像是评估动脉粥样硬化斑块易损性和稳定性的重要手段，传统的磁共振血管壁成像颅内血管和颈动脉是分开扫描，扫描序列的采集时间过长，而且一个序列仅提供单一对比度图像。本项目拟开发三维快速高分辨头颈联合磁共振血管壁成像新技术，针对现有成像技术采集时间过长和对比度单一等问题，采用基于压缩感知的快速重建算法、设计新型的多对比磁共振脉冲序列，重点解决卷积特征图像重建框架及其对信噪比的影响、设计新型多对比脉冲序列。保证在5分钟内实现0.5mm各向同性头颈联合一体化成像，同时实现双对比脉冲序列，特点是一次扫描便可获得T2加权和质子密度加权图像。本项目研究有望实现针对颅内动脉和颈动脉斑块易损性和稳定性的快速一站式评价，为缺血性脑卒中病人的早期预防，精确诊断提供影像学解决方案。

目前磁共振颅内血管和颈动脉血管壁成像是分开扫描，单一序列的采集时间过长，而且一个序列仅提供单一对比度图像。本项目利用压缩感知（Compressed Sensing, CS）快速成像技术，将头颈一体血管壁成像序列压缩至5分钟，分辨率为0.55mm各向同性。我们将5分钟的CS的序列和9分半的并行成像的序列（Parallel Imaging, PI）进行对比，利用线性回归分析CS和PI的血管壁厚度，结果显示志愿者（r=0.99）和病人（r=0.99）测得的血管壁的厚度高度一致。血管壁的客观评分结果显示CS的评分只比PI稍微差一点（3.13 ± 0.41 vs. 3.31 ± 0.79）。两个放射科医生的评分结果一致，组内相关系数（ICC）都大于0.75（p<0.001）。压缩感知技术极大的缩短了血管壁的扫描时间，且没有改变血管壁的厚度和诊断结果。我们提出了一种新型的T2加权的颅内血管壁序列，实现了0.6mm各项同性分辨率、全脑覆盖。它利用T2IR准备模块来抑制脑脊液信号，三维快速自旋回波脉冲序列（SPACE）进行信号采集。我们将T2IR-SPACE序列与传统的T2w-SPACE和FLAIR-SPACE序列进行对比，发现T2IR-SPACE的组织对比度（CNR：血管壁-脑脊液）最高（11.01 ± 6.75），FLAIR-SPACE次之（4.49±3.15; p<0.001），T2w-SPACE的脑脊液信号比血管壁信号高（-56.16±18.58; p<0.001）。客观血管壁评分结果显示T2IR-SPACE的评分比FLAIR-SPACE和T2W-SPACE的评分都高（2.35 ± 0.59; 0.52±0.54; 1.67±0.58），两个放射科医生的评分的一致性也很高（ICC=0.883）。结果显示：我们提出的新型T2加权颅内血管壁序列能在不降低其他脑组织信号（i.e. 灰白质，血管壁）的同时抑制脑脊液信号，能更清晰的显示颅内血管壁。此新型T2加权序列可与常规的T1加权序列配合使用，获得多对比度颅内血管壁图像，用于分析斑块成分，判断斑块的稳定性。本项目研究结果可以实现颅内动脉和颈动脉斑块的快速、多对比成像，提供斑块易损性和稳定性的快速一站式评价，为缺血性脑卒中病人的早期预防，精确诊断提供影像学解决方案。在项目执行期间，发表SCI文章6篇，国际会议摘要3个，发明专利3个