关键词：7T超高场 MRI 介观尺度 MRF 定量成像
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高分辨率、多参数、全脑覆盖的快速定量成像，是磁共振研究领域的热点话题。近期，来自斯坦福大学、加州大学伯克利分校等院校的研究团队在Magnetic Resonance in Medicine发表了该领域的最新成果。
团队通过专门设计的3D-SPI MRF（磁共振指纹）序列，配合Skope动态场检测技术，在NexGen 7T上实现了前所未有的360μm 介观尺度全脑MRF成像，刷新了人体多参数定量影像的空间分辨率上限。
点击查看360μm分辨率下的T1,T2,质子密度（PD）图动态呈现
本文将呈现该研究的核心挑战与四大创新思路，解析超高分辨率背后的技术支撑。
高性能平台与挑战
NexGen 7T
该研究依托的是Siemens头线圈专用NexGen 7T系统，具备高达200 mT/m的最大梯度强度和900 T/m/s的最大切换率，配置有96通道接收线圈。
尽管超高的梯度性能为高分辨成像提供了极大潜力，但在进行快速MRF扫描时，也面临以下技术挑战：
场不均匀性（B0 / B1⁺）：引发反转角偏差与信号污染，进而影响组织参数估计准确性
梯度不完美：高速梯度切换导致轨迹回绕不完全（imperfect rewinding），带来伪影的同时导致T₂定量出现系统性偏差
运动敏感性：被扫描对象轻微移动即可造成亚毫米成像中的显著模糊。
NexGen 7T的横截面渲染图。点此深入了解这台专为超高场人脑成像而生的划时代MR扫描仪！你听说过吗？
创新一：将快速B0 / B1⁺校准整合进MRF序列
为了在不增加额外时间的前提下解决场强不均的难题，研究团队将快速B0与B1⁺校准模块整合在MRF序列开头，巧妙取代传统的“空扫”（dummy scan）环节，省去了一组长达8.7秒的采集时间。
快速B1⁺与B0估计模块示意。采用Bloch-Siegert脉冲设计的B1⁺映射模块（A–C）可在15秒内获得高一致性结果；B0估计模块（D）基于ΔTE相位差计算，在短时间内获取与标准序列相当的精度（E）。
创新二：基于Skope场检测数据的梯度回绕补偿
传统的重建算法往往假设硬件是完美的，但该研究指出，3D-SPI MRF中螺旋轨迹的TR内回绕不完全，会破坏FISP信号的相位重聚，造成T2定量结果失真。
figure S5A： B0涡流电流（eddy current）导致仿真预测的相位误差（蓝色曲线）与Skope实测数据（红色曲线）存在显著差异
通过在每个TR中加入Skope实时场检测，并根据实际测量数据施加回绕补偿梯度，可将残余梯度面积从50 μs·mT/m降至<5 μs·mT/m，精度提升十倍以上。
使用补偿后，三轴残余梯度面积大幅减少至原来的1/10以内，有效提升信号重聚与T2定量精度。
560μm分辨率下使用回绕补偿与Skope轨迹修正后，T2图更均匀清晰，接近低速扫描的参考图像（绿色箭头：明显可见梯度补偿后的T2一致性提升；粉色箭头：纳入梯度轨迹重建后图像更清晰）。
创新三：改良激发脉冲设计，强化水脂分离与B0鲁棒性
为解决超高场下脂肪信号干扰与B0不均匀导致的激发效率下降，研究团队使用SLR算法设计了宽通带（passband）、陡阻带（stopband）的水选择性激发脉冲。结合实际频率响应与B0场图，进一步构建了FA 演化补偿模型，实现频率响应校正。
基于SLR算法设计的水激发脉冲（2.86 ms）展现更宽的通带与极低的脂肪激发，显著减少伪影。
脉冲频率响应结合ΔB0图与B1⁺图计算实际激发角因子，从而进行FA校正。
创新四：超高分辨率下的针对性运动导航与图像重建
在MRF序列的间歇期（Dead time）内，研究采用了一套时间分辨率达8.7s的2mm螺旋投影导航器（SPI Navigator），实现了高精度的运动轨迹监测。
在48分钟采集中，轻微头动（最大0.5mm）已导致PVS等细结构（红色箭头）模糊不清。通过导航器估计与重建运动校正，可显著提升成像清晰度。
重建阶段则结合了局部低秩约束（LLR）与多频率解调（MFI）技术，并引入了基于B0/B1+及射频频率响应修正的字典匹配算法，显著提升定量值的准确度。
对比不同校正策略下T1/T2图像，频率响应修正对T2偏差的改善尤为显著。
实验成果
实现360μm全脑MRF成像
560μm MRF：使用全套补偿机制，3分43秒即可完成全脑T1 / T2映射，较传统方案节省3倍时间，显著减少伪影与偏差。
与传统MRF方法的采集时间对比
不使用研究提出的优化手段，即使扫描时间延长至12分钟，仍存在严重T2偏差与aliasing伪影（红色箭头：不正确的RF脉冲响应，黄色箭头：不准确的B1⁺估计；粉色箭头：严重的欠采样伪影；绿色箭头：由梯度不完美带来的偏差和模糊）；而应用所有补偿与优化后，更短时间内即可获得高质量T1/T2图（最右列）。
360μm MRF：通过两次24分钟采集、整合运动校正，在海马、灰质核团等细结构上展现出卓越成像质量。研究人员清晰地观察到传统成像难以捕捉的血管周围间隙（PVS），对神经退行性疾病的研究具有重要意义。
360μm分辨率下获得的T1与T2图，展示了海马体、视放射、小脑蚓部等结构。红色箭头：卓越的成像结构细节；黑色箭头（自上而下）：视放射、小脑蚓部及脑桥核；黄色箭头：深部脑核团。
在T1图中无法区分SN与STN等深部核团，而T2图表现出更明显差异。；合成T2-weighted对比图显示，加入T2权重可提升这类临床关键结构的识别能力，说明多参数定量成像优于单一权重，该方案在功能区分和病理前瞻中具备实际应用潜力。
T1（A）和T2（B）定量图。对比发现，黑质（SN，黑色箭头）与丘脑下核（STN，红色箭头）的 T1值与周围白质接近，但STN的T2值略高于SN。在合成的T1-MPRAGE图像（C）中，STN与SN的对比度较差；而通过引入T2加权可显著提升这两个核团的分辨效果（D）。
通过集成多项关键技术（Skope动态场检测后梯度补偿、B1⁺与B0校准、频率响应修正、运动导航、局部低秩重建等），该研究首次在NexGen 7T上实现了360μm的人体全脑MRF定量成像，标志着定量MRI空间分辨率进入“介观尺度”时代。
未来，结合pTx均匀激发、深度学习重建等新方法，这一方案有望进一步缩短时间、提升鲁棒性，成为科研与临床中的标准工具。
Skope的动态场检测技术，已在7T高场系统的亚毫米MRF应用中展现出决定性价值。如需了解Skope产品将如何提升您的重建质量，欢迎点击下方联系我们获取解决方案或预约演示。
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Skope磁共振技术成立于2011年，为磁共振成像（MRI）市场开发传感器技术和信号处理的解决方案。Skope的客户使用这些解决方案可达到MR成像前所未有的精确性和速度。Skope向全世界的患者提供先进的诊断成像。
点击“阅读原文”查看X. Cao, A. Beckett, C. Liao, et al., “ In Vivo Meso-Scale Whole-Brain Quantitative Imaging With Tailored MRF on the NexGen 7T Scanner,” Magnetic Resonance in Medicine (2025): 1–16, https://doi.org/10.1002/mrm.70234.