上海交通大学生物医学工程学院杜一平教授团队与瑞金医院放射科程增辉博士携手联影医疗合作开展磁共振肺部成像研究，成果近期发表于磁共振领域国际权威期刊Magnetic Resonance in Medicine。该研究开发了自由呼吸状态下肺部四维动态磁共振成像（MRI）技术，能够实现全肺结构与通气功能的同步检测。

01 研究背景

随着影像技术的发展，磁共振成像技术已经具有检查诸如肺结节、肺部栓塞、肺炎等肺部疾病的能力。与计算机断层扫描（CT）技术相比，肺部磁共振成像可以在无电离辐射的情况下提供良好的软组织对比度和肺部解剖结构信息，更加适用于儿童和其他需要长期随访检查的患者。

传统肺部磁共振成像技术借助呼吸门控进行数据采集，扫描效率低，且只能获得单一呼吸状态的静态图像。相较于此，动态肺部磁共振成像扫描无需屏气、患者依从性高，同时借助动态图像可以评估肺部通气功能。然而，肺部质子密度低、信号衰减快（T2*短）、呼吸过程中肺实质信号强度改变等综合因素，对肺部动态MRI带来较大挑战。

02  研究突破

本研究开发了基于超短回波(UTE)采集与运动补偿重建肺部四维动态MRI技术，包括交错螺旋叶序型三维径向UTE采集、采集导航信号的呼吸状态监测、基于压缩感知的运动分解重建和运动信息估计，以及一种新型动态MRI重建算法：运动状态加权的运动补偿重建（MostMoCo），该算法的主要优点是利用运动补偿来增加动态图像序列中图像间的时间相关性，减少重建伪影；并应用运动状态加权方法来适应肺实质信号强度随时间变化的先验信息，提高重建质量。在获得肺部动态图像后，采用基于雅各比行列式的方法预测肺部通气功能图像。研究团队招募健康志愿者在联影医疗高端科研型 uMR790 3.0T平台上对该技术的性能进行了评估验证。

研究团队对比了使用不同算法进行肺部动态图像重建的效果，如图2所示， MostMoCo重建结果中肺部结构和膈肌区域比XD-UTE的更清晰，如绿色箭头；此外MostMoCo重建结果中肺实质的对比度更高，位于红圈区域内的一些肺实质微小结构更清晰。

图1. 肺部四维动态磁共振成像流程。（a）带SI导航功能的UTE序列采集方式；（b）从SI导航信号中提取出的呼吸曲线；（c）基于运动分解重建的结果，估计运动信息；（d）MostMoCo重建算法框图。

图2. 不同算法肺部动态图像重建结果对比。

图3、4中展示了本研究中肺部四维动态磁共振成像技术在10分钟自由呼吸扫描下获得的肺部动态图像（图3及图4左), 以及利用动态图像估计出的肺部动态通气功能图像（图4右), 图3从左到右、图4从上到下依次为冠状面、横断面及矢状面。

图3. 肺部四维动态磁共振结构成像。

图4. 肺部四维动态磁共振结构成像（左）与通气功能成像（右）结果展示。

03  研究展望

本研究开发的新型肺部四维动态磁共振成像技术，提升了肺部磁共振结构图像的质量，同时利用所得的肺部动态图像实现了肺部通气功能的评估，有望开启临床肺部磁共振成像新局面。

参考文献：