中国科学院深圳先进院突破3T磁共振心脏T1ρ定量成像技术

新型tan/tanh绝热脉冲显著提升成像稳定性与临床可用性

近日，中国科学院深圳先进技术研究院的研究成果《A Robust Adiabatic Constant Amplitude Spin-lock Preparation Module For Myocardial T1ρ Quantification at 3T》在国际权威期刊《NMR in Biomedicine》发表，并被选为期刊封面文章。该研究由朱燕杰研究员担任通讯作者，杨育昕为第一作者，基于联影医疗高端科研型3T磁共振uMR 790开展实验，成功设计出一种基于tan/tanh函数的T1ρ准备脉冲，有效解决了B0和B1场不均匀性导致的信号震荡问题，显著提升了心脏T1ρ定量成像的稳定性和鲁棒性。

根据《中国心血管健康与疾病报告2021》，心血管病已成为我国城乡居民首要死亡原因。心肌纤维化检测对评估心肌重构及心源性猝死风险具有重要意义。目前临床常用晚期钆增强心血管磁共振（LGE-CMR）进行检测，但钆造影剂在肾功能不全患者中可能引发肾源性系统性纤维化，且存在脑部沉积风险，安全性备受关注。因此，发展无需造影剂的心肌纤维化无创检测技术成为迫切需求，T1ρ定量成像因其对化学交换过程高度敏感，展现出在心肌、肝脏及关节等组织纤维化诊断中的巨大潜力。

T1ρ成像通过在图像采集前施加自旋锁定（SL）准备模块，结合不同旋转锁定时间（TSL）的加权图像拟合生成T1ρ量化图。然而，在高场强（如3T）下，SL脉冲易受B0/B1场不均匀影响，常导致心脏区域出现严重带状伪影，限制了其临床应用。现有方法如复合SL脉冲或双曲割线（HS）绝热脉冲难以完全消除此类伪影，尤其在右心室等区域表现明显。

本研究创新性地提出基于tan/tanh函数的绝热恒幅自旋锁定准备模块，优化激发与翻转脉冲波形，并使自旋锁定频率与脉冲最大幅值相匹配，从而在较短激发时间内实现更均匀的激发效果，显著增强对B0/B1场变化的抗干扰能力。

图1. tan/tanh自旋锁定准备模块的振幅和频率波形。AHP：绝热半通道；rAHP：反向绝热半通道；TSL：旋转锁定时间

与传统HS脉冲相比，新方法在Tp=8ms、4ms和2ms条件下均表现出更优的ΔQ和K参数分布，表明其具备更强的场不均匀性适应能力。

图2. 不同Tp值下tan/tanh与HS-SL准备脉冲的ΔQ图和K图对比

人体实验结果显示，采用tan/tanh SL脉冲在心脏四腔视图和短轴切面均获得良好成像质量，图像均匀性显著提升，黑带伪影明显减少。相比之下，PSC-SL、B-SL及HS-SL等传统方法在相同条件下均出现不同程度的带状伪影，尤其是在右心房和左心耳附近区域。

图3. 心脏四腔视图中的T1ρ加权图像与T1ρ图对比。黄色箭头指示带状伪影位置

图4. 心脏短轴视图中的T1ρ加权图像与T1ρ图。黄色箭头表示带状伪影。B-SL：平衡旋转锁定；HS：双曲割线；PSC-SL：成对自补偿自旋锁；SL：旋转锁定；TSL：旋转锁定时间

该tan/tanh SL准备脉冲已拓展应用于心脏、脑部及关节等多个部位的T1ρ定量成像，显著提高了成像鲁棒性，有望推动T1ρ技术在多领域的临床转化与广泛应用。

[1] Yuxin Yang, Che Wang, Yuanyuan Liu, Zhongmin Chen, Xin Liu, Hairong Zheng, Dong Liang, Yanjie Zhu*. A robust adiabatic constant amplitude spin-lock preparation module for myocardial T1ρ quantification at 3T. NMR in Biomedicine (2023).

[2] Yuanyuan Liu, Dong Liang, Zhuo-Xu Cui, Yuxin Yang, Chentao Cao, Qingyong Zhu, Jing Cheng, Caiyun Shi, Haifeng Wang, Yanjie Zhu*. Accelerating magnetic resonance T1ρ mapping using simultaneously spatial patch-based and parametric group-based low-rank tensors (SMART). IEEE Transactions on Medical Imaging (2023).