关键词：7T超高场成像 非笛卡尔成像 CBV fMRI 螺旋采样 动态磁场检测
本文共1826字
预计阅读时长为5分钟
VASO fMRI以其更贴近神经活动源（微血管和毛细血管床）的对比机制，在层级功能成像中越来越受关注。它通过抑制血液信号，间接测量神经活动引发的局部脑血容量（CBV）变化，从而获得更具空间特异性的成像结果。
一项来自荷兰马斯特里赫特大学脑成像中心的研究将VASO与螺旋采样和3D采集结合，有望在保留层级特异性的同时提升成像灵敏度与效率，为高分辨率fMRI提供了新的可能。
结论速览
哪种组合最适合层级fMRI？
在超高场fMRI中，信号来源与采样轨迹对最终的成像效果至关重要。本文对比了4种组合方式的表现差异，核心结论如下：
我们将从以下维度展开分析：
信噪比（tSNR）与时间一致性：不同采样方式在VASO与BOLD中各自表现如何？
层级定位特异性：是否更聚焦于皮层灰质中部，规避脑脊液（CSF）或大血管影响？
成像实测
多角度评估成像性能
信噪比优势：spiral在VASO和BOLD中双双胜出
tSNR直接影响fMRI激活图的质量与稳定性。在VASO中尤为关键，因为其对比度原本就较弱。热力图（上）展示了5位受试者的tSNR和“归一化信噪比”（即tSNR除以成像的空间分辨率）情况。
3D spiral在VASO中平均tSNR约为18，明显高于EPI的10，而BOLD中的提升幅度也很显著。
上图则补充了tSNR分布的密度和变化范围，可以看出螺旋方案在不同受试者间的表现更一致。螺旋采样不仅提升了信号强度，也让结果更具可重复性。
时间一致性验证：VASO稳定跟踪脑活动
这张图展示了受试者在执行视觉-运动任务时，VASO与BOLD信号在大脑中的激活分布，以及信号随时间的变化轨迹。
从时间曲线可以看到，螺旋采样下的VASO信号（蓝线）在每轮任务激活期间都会出现规律的下降，随后在休息阶段回升，整体波动清晰，节奏一致。而EPI采样下的VASO信号则相对任务时间有延后性，规律性较差。
这一差异说明，螺旋采样在实际任务中能够更稳定地反映血容量的动态变化，其时间一致性明显优于EPI，这对于提高fMRI的可重复性和解释力具有重要意义。
层级定位特异性：螺旋采样下的VASO更贴近神经活动源
下图展示了3D spiral和3D EPI两种采样方式下的激活图像。可以看到，在spiral采样下，VASO激活主要集中在皮层中部，而BOLD可能受到大血管影响，向脑表面偏移。VASO对毛细血管床更加敏感，更贴近神经元本身。
为更全面地评估两种采样方式的激活表现，研究还使用了z-score分布图对受试者的个体结果进行了对比。
在VASO条件下，3D spiral方案下的激活z-score整体更高，分布也更集中，表明其在保持层级特异性的同时具有更强的信号检测能力。而在BOLD条件下，EPI由于较长的TE和BOLD敏感性，整体激活显著性更高，符合预期。
相对特异性定量评估：spiral VASO在灰质中更可信
为进一步评估不同采样方式对激活定位准确性的影响，研究引入了灰质与白质中激活体素的对比分析。
下图的ROC曲线横轴代表白质区域中的激活体素百分比，纵轴则代表灰质区域中的激活体素百分比。理想状态下，信号应尽量集中在灰质中，说明定位更准确，特异性更高。
可以看到，VASO对比中螺旋采样（红线）在所有5位受试者中均表现出更高的曲线面积（AUC），即灰质激活比例始终高于EPI采样（蓝线），说明螺旋采样能更准确地收集来自灰质层的信号。而在BOLD对比中，两种采样方式的差异并不明显。
伪影控制能力：动态场检测带来质变提升
螺旋采样具备更高的采样效率和更短的回波时间，适用于某些对时间分辨率和信号保留要求较高的fMRI应用。但与此同时，它也更容易受到磁场变化的影响，尤其在超高场环境下，图像中更可能出现模糊或几何扭曲。
动态磁场变化带来的伪影及多种校正策略效果（左右滑动查看更多）
未校正图像存在明显伪影，而引入磁场校正信息后，图像质量显著改善，红色箭头标出的伪影区域也大多被成功去除。研究中使用了Skope的Clip-on Camera™记录扫描过程中实际的k₀轨迹变化，并将其用于重建阶段的校正，有效提升了spiral图像的空间稳定性与几何准确性。
对于希望在超高场环境下实现高分辨率螺旋采样的研究，是否具备精确的磁场检测与重建校正手段，将直接影响序列性能的可实现程度。
技术方案
兼容、开放与可及
本研究中所使用的3D spiral SS-SI-VASO序列，完全基于Pulseq和MRIReco.jl等开源平台实现，配套的扫描协议、重建脚本与分析流程均可复现，降低了应用门槛。
研究所用序列设计示意
从定位特异性、成像灵敏度到伪影控制，本研究展示了螺旋采样在VASO fMRI中的显著优势。这一组合不仅提供了一种更精细的功能成像方式，也进一步推动了fMRI向层级解析迈进。在拥有动态场检测能力的研究环境中，该序列将是一种值得优先尝试的高分辨率fMRI采集方案。
想了解更多关于动态磁场检测在fMRI研究与应用中的能力？欢迎点击下方联系我们，获取完整技术方案。
了解更多Skope产品
产品介绍|Clip-on Camera “Cranberry” Edition
长按扫码关注我们
微信公众号｜Skope医疗科技
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A. Monreal-Madrigal et al., “Combining the benefits of 3D acquisitions and spiral readouts for VASO fMRI at UHF,” Imaging Neuroscience, vol. 2, pp. 1–14, 2024, doi: 10.1162/imag_a_00308.