通过低能耗绝热脉冲和快速螺旋采样实现的神经系统三维核磁共振光谱成像

摘要

目的 提高三维(3D)核磁共振(MR)光谱成像系统的定位精确度和采样速度.材料与方法 本研究所涉及的内容经机构审查委员会(Institutional Review Board)批准并获得患者知情同意.用一台配有32通道头部线圈系统的3T核磁共振成像仪采集体模、5位健康的志愿者以及5位胶质母细胞瘤患者的数据.信号激发手段为定位绝热自旋回波聚焦(LASER),此法采用GOIA-W(16,4)型脉冲信号,脉冲时长3.5ms,带宽20kHz,振幅维度0.81kHz,回讯时间45ms.一组频域信号和两组空间信号由成像系统沿等密度螺旋线隔行扫描获得.在LASER激发步骤之后,传统的相位编码手段(Phase Encoding,PE)给出的每像素lcm3的数据被用作参照标准.在更短时间,同样或者更高空间解析度下,由螺旋采样方法获取的谱图被用于和PE手段获取的谱图进行对比.相关的生化指标水平由分析软件分析谱图获得,并用Bland-Altman方法进行分析.结果 在低空间解析度(每像素1cm3)条件下,螺旋采样获取医用三维核磁共振谱图的速度4倍于传统的椭圆相位编码方法.提高空间解析度至每像素0.39cm3,螺旋采样的速率仍是2倍于每像素1cm3条件下的椭圆相位编码方法.上述提及的螺旋采样成像技术所成的谱图中,信噪比(SNR)均＞5,依此可以判断谱图中生化物质能够被明显地从背景噪声中区分出来.像素点尺寸减小导致的信噪比损失并非线性,因为缩小像素点尺寸需要延长T2阶段.在高空间解析度下,谱图中谱线的宽度由4.8Hz提高至3.5Hz.使用Bland-Ahman方法对螺旋采样和PE的成像结果进行分析,结论为二者之间相互吻合:二者的相似程度为95％(均值分别为0.12和0.18).GIOA-W(16,4)型脉冲信号的使用有效地将化学位移误差降低至2.1％,并把激发过程的不一致度降低至5％,而且可以降低其他干扰抑制技术的需求.结论 上述绝热螺旋采样三维MRI技术可以通过标准的MRI系统实现.该手段能够给予更高的成像质量和更短的成像时间,与现有技术相比能够保障更多的日常核磁共振数据的收集.