高敏感快速磁共振化学交换饱和转移成像方法的研究

Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) Imaging is an emerging and fast-developing field in Magnetic Resonance Imaging. There has been numerous ground-breaking development with high translational potentials in CEST imaging recently. However, CEST imaging is hampered by low sensitivity and long acquisition time, which have limited the application of CEST in the routine clinic and the further development of CEST. In order to address the aforementioned technical obstacles, this research proposal plans to study the following three areas: 1) Overcome the current limit of CEST saturation duration on clinical MRI scanners, with the use of interleaved dual-channel RF transmission, which will improve the sensitivity of CEST detection; 2) Develop new CEST fitting methods in order to eliminate the negative contribution of background signals to the target CEST signal, which will improve the sensitivity of CEST imaging; 3) Develop novel variable-acceleration acquisition methods, and optimize the 3D image reconstruction algorithm, which will increase the overall speed of CEST acquisition. The successful implementation of this proposal will greatly facilitate the translation of CEST imaging in clinical diagnosis. A more sensitive and faster CEST imaging technique may become a routine clinical MRI sequence.

磁共振化学交换饱和转移（CEST）成像是磁共振成像领域一个新兴的、仍在快速发展中的分支，该技术近期取得了诸多极具临床应用潜力的突破性进展。然而CEST成像技术仍受到敏感度不足和成像速度慢等问题的限制，这些技术上的不足严重限制了CEST成像在医学临床工作中的应用和进一步发展。针对这些技术问题，本项目拟从以下三个方面开展研究工作：1）利用双射频发射通道交替工作的原理，突破现有医用磁共振成像设备对CEST饱和脉冲时间的限制，从而提高CEST成像敏感度；2）发展新型CEST谱线拟合方法，消除背景信号对目标信号的负影响，进而提高CEST成像敏感度；3）发展新型变提速因子的数据采集方式，优化三维图像重建的算法，从而提高CEST成像的整体采集速度。本项目的成功实施，将有力推动CEST成像在临床诊断中的应用，具有更高敏感度、扫描速度更快的CEST成像技术将有望成为临床常规扫描序列。

磁共振化学交换饱和转移（CEST）成像是磁共振成像领域一个新兴的、仍在快速发展中的分支，该技术近期取得了诸多极具临床应用潜力的突破性进展。传统磁共振成像技术只能探测水分子在人体内的空间分布，而CEST技术可以探测到蛋白质和代谢产物在人体的分布，是一个新型的分子磁共振成像技术。然而CEST成像技术仍受到敏感度不足和成像速度慢等问题的限制，这些技术上的不足严重限制了CEST成像在医学临床工作中的应用和进一步发展。针对这些技术问题，本项目开展了三个方面的技术研究工作。首先，本项目设计、优化和实现了一种基于并行激发技术（pTx）技术的新型pTx-CEST扫描序列，同时实现了100%占空比以及长达4.2秒的饱和时间，大幅增强了CEST成像敏感度。然后，本项目提出了一个新型的CEST定量拟合算法NEMR，该方法将MT效应的线型融入到Bloch-McConnell方程中，通过对该方程的数值求解可以消除MT背景的干扰，对于B1+不均匀性也有高度鲁棒性，显著提高了CEST成像的敏感度。最后，本项目设计和改进了新型的vSENSE快速三维成像方法，实现了对CEST成像高达8倍的提速，达到了快速全脑CEST成像的目标。本项目累积产出SCI论文12篇，其中包括5篇《Magnetic Resonance in Medicine》、2篇《NMR in Biomedicine》、2篇《European Radiology》等这些发表于磁共振成像技术领域和临床应用领域一流期刊的学术论文。此外，本项目共授权专利4项，包括3项国内发明专利和1项国际发明专利。本项目研发的新型磁共振CEST成像序列在国内外多家医院和科研机构得到了装机使用，并开展了卓有成效的国内和国际学术合作，有力推动了我国在磁共振CEST成像领域的技术进步，也推动了CEST成像在临床诊断中的应用。