由上海交通大學(xué)、瑞金醫(yī)院與聯(lián)影醫(yī)療集團(tuán)共建的醫(yī)學(xué)影像先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡稱“研究院”）在超高場磁共振領(lǐng)域取得重大突破。該院醫(yī)工交叉科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)多項(xiàng)5T超高場磁共振神經(jīng)血管成像新技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)對動脈血氧合水平及血腦屏障功能的精準(zhǔn)可視化，為腦血管疾病的早期診斷與動態(tài)評估提供了全新解決方案。多項(xiàng)成果于近期中國體式學(xué)會磁共振成像分會年會展示。

一、多模態(tài)技術(shù)拓展成像邊界，構(gòu)建完整解決方案

在瑞金醫(yī)院放射科主任、研究院副院長嚴(yán)福華教授的帶領(lǐng)下，邵星鋒副研究員團(tuán)隊(duì)在5T磁共振平臺上的多模態(tài)技術(shù)研究取得系列重要進(jìn)展，形成了覆蓋神經(jīng)與體部的完整技術(shù)方案群。

在腦功能復(fù)雜度分析方面，研究團(tuán)隊(duì)提出多變量樣本熵分析算法，在利用原始fMRI信號進(jìn)行復(fù)雜度分析的同時，結(jié)合T2信號協(xié)同計算神經(jīng)活動復(fù)雜度。該算法在年輕與老年人群中進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在部分腦區(qū)中年輕組與年老組之間存在顯著差異，有效提升了fMRI復(fù)雜度分析的可靠性。

多變量樣本熵算法在年老組和年輕受試組的fMRI時間復(fù)雜度分析結(jié)果

在磷核磁共振波譜（31PMRS）領(lǐng)域，研究團(tuán)隊(duì)首次報道了5T場強(qiáng)下31P波譜代謝物的T1弛豫時間。結(jié)果顯示，大多數(shù)代謝物的T1值介于文獻(xiàn)中報告的3T和7T數(shù)值之間，與預(yù)期相符。初步研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動人群的無機(jī)磷酸鹽（Pi）T1值顯著低于普通人群，降幅約為10.5%。

31P波譜數(shù)據(jù)采集流程及多TI翻轉(zhuǎn)恢復(fù)譜線展示

在薄層CEST成像方面，研究團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院張孝勇研究員團(tuán)隊(duì)合作，基于臨床5T超高場平臺，設(shè)計了結(jié)合頻率穩(wěn)定模塊與液體抑制算法的序列與后處理方案，實(shí)現(xiàn)了2mm薄層CEST掃描，獲得與臨床3T厚層掃描相當(dāng)?shù)男旁氡?，提升了對早期微小病灶的檢測能力。

結(jié)合頻率穩(wěn)定模塊和液體抑制算法的2mm等體素APTw成像

在腎臟多參數(shù)功能評估中，研究團(tuán)隊(duì)與瑞金醫(yī)院高血壓科合作，采用5T-ASL及BOLD技術(shù)，深入探索發(fā)現(xiàn)健康人群、高血壓人群以及高血壓腎病患者的皮髓質(zhì)灌注及氧合水平均存在顯著差異。研究結(jié)果表明，通過5T超高場下的ASL與BOLD技術(shù)，能夠有效無創(chuàng)測量腎臟灌注及氧合功能，證實(shí)了該技術(shù)在評估高血壓CKD進(jìn)展方面的有效性與實(shí)用性。

健康志愿者（第一行）、高血壓患者（第二行）、高血壓伴CKD患者（第三行）的ASL、皮髓質(zhì)ROI標(biāo)記、RBF及BOLDR2*結(jié)果（從左到右）

二、精準(zhǔn)“解碼”腦血流與氧合動態(tài)變化

研究團(tuán)隊(duì)基于5T超高場磁共振，提出一種結(jié)合時間演化采集與可變重聚翻轉(zhuǎn)角（RFA）的動脈自旋標(biāo)記新方法，首次實(shí)現(xiàn)動脈血T2值的精準(zhǔn)定量成像。該技術(shù)通過重排k空間采樣順序和優(yōu)化RFA，提升回波信號信噪比，顯著改善T2擬合準(zhǔn)確性。水模與數(shù)值模擬證實(shí)其優(yōu)于傳統(tǒng)方法；在12名志愿者中穩(wěn)定測得灰質(zhì)與白質(zhì)動脈血T2值；并在一例右側(cè)大腦中動脈（MCA）狹窄患者中，顯示患側(cè)T2升高，反映血流延遲，驗(yàn)證了臨床敏感性。

右側(cè)MCA狹窄患者的TEA-ASL序列采集的動脈血T2成像（A）及傳統(tǒng)多PLDASL計算得到的血流到達(dá)時間ATT圖像（B）。放大圖像顯示患處因血流延遲效應(yīng)（長ATT，D），血氧含量偏高，導(dǎo)致動脈血T2增高（C）。MCA狹窄處如圖E所示。

三、智能算法開啟非增強(qiáng)灌注成像“分鐘級”新時代

研究團(tuán)隊(duì)利用5T超高場磁共振的高信噪比，結(jié)合物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PINN），將動脈自旋標(biāo)記（ASL）掃描時間從3.5分鐘大幅縮短至1分鐘（單次采集+4個PLD），同時保持診斷所需的圖像質(zhì)量與定量精度。ASL無需造影劑，對中風(fēng)、阿爾茨海默病等具有重要價值，但因信噪比低，傳統(tǒng)方法需多次采集和多PLD，限制臨床應(yīng)用。新方法峰值信噪比（PSNR）、組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）及病灶檢測方面均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)非線性擬合方法，展現(xiàn)出ASL邁向大規(guī)模臨床應(yīng)用的巨大潛力。

健康志愿者和中風(fēng)病人在不同采集時間下使用直接擬合和PINN擬合的腦血流量（CBF）和動脈到達(dá)時間（ATT）定量圖

四、產(chǎn)學(xué)研醫(yī)深度融合，鑄就自主創(chuàng)新引擎

這些突破得益于研究院構(gòu)建的“產(chǎn)學(xué)研醫(yī)”協(xié)同創(chuàng)新體系，有效融合高校前沿科研、醫(yī)院臨床資源與企業(yè)工程能力，形成了從基礎(chǔ)研究到技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品轉(zhuǎn)化及臨床落地的完整創(chuàng)新鏈條，充分驗(yàn)證了“以臨床需求引導(dǎo)科研攻關(guān)，以產(chǎn)業(yè)協(xié)同促進(jìn)技術(shù)落地”模式的有效性。

隨著相關(guān)技術(shù)不斷優(yōu)化并在臨床中深入應(yīng)用，5T超高場磁共振有望在腦血管病、腫瘤、退行性疾病等重大疾病的精準(zhǔn)診療中發(fā)揮更大作用，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，最終造福更多患者。

素 材丨醫(yī)學(xué)影像先進(jìn)技術(shù)研究院

編 輯丨溫兆琦