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作者与机构
本研究的主要作者为Fabian Küppers、Seong Dae Yun和N. Jon Shah。研究团队来自德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）的神经科学与医学研究所（Institute of Neuroscience and Medicine），以及亚琛工业大学（RWTH Aachen University）的神经病学系。研究于2022年6月3日发表在《Magnetic Resonance in Medicine》期刊上，DOI为10.1002/mrm.29305。
学术背景
本研究属于医学影像学领域，特别是磁共振成像（MRI）技术的开发与应用。研究的背景是，同时获取梯度回波（Gradient Echo, GE）和自旋回波（Spin Echo, SE）数据的MRI序列在多种应用中具有潜在优势，例如动态追踪氧提取分数（Oxygen Extraction Fraction, OEF）。然而，现有的基于EPI（Echo Planar Imaging）读取的序列在分辨率和回波数量上存在局限性。因此，本研究旨在开发一种新型的10回波多对比度序列，基于EPIK（EPI with Keyhole）技术，以同时量化T2和T2*值，并应用于OEF的计算。
研究流程
研究包括以下几个主要步骤：
1. 序列开发与实现
研究团队开发了一种新型的10回波GE-SE EPIK序列，用于快速量化T2和T2*。该序列通过滑动窗口方法结合EPIK固有的k空间中心全采样，实现了高时间分辨率。具体来说，序列在3T磁场下进行了验证，使用了三个仿体和15名志愿者。序列的矩阵大小为128×128，空间分辨率为1.9×1.9 mm²，最终回波时间为114 ms。
2. 仿体实验
研究使用了三个单室球形仿体进行验证。通过多回波梯度回波序列（MGE）和单回波自旋回波序列（SSE）获取参考数据，并与GE-SE EPIK序列的结果进行比较。此外，还进行了基于单体素自旋回波序列的波谱测量，以进一步验证T2和T2*值。
3. 人体实验
15名健康志愿者（25-52岁，6名女性）参与了研究。研究团队获取了GE-SE EPIK、MGE和重复SSE序列的数据，并进行了T2和T2*映射的计算。此外，还进行了呼吸暂停实验，以动态追踪OEF的变化。
4. 数据分析
使用非线性最小二乘算法（NLSQ）对获取的数据进行拟合，计算T2和T2*映射。为了排除脂肪和颅骨的影响，使用了自主研发的软件进行手动阈值设置。此外，还通过SPM12软件对参考数据进行配准和分割，以分析灰质（GM）和白质（WM）的区域。
5. OEF计算
基于T2和T2*值，使用公式计算OEF。研究团队分析了呼吸暂停实验中的数据，计算了OEF的时间变化，并通过线性拟合量化了OEF的变化斜率。
主要结果
1. 仿体实验结果
GE-SE EPIK序列在仿体实验中表现出与参考方法和波谱测量良好的一致性。三个仿体的T2和T2*值与参考方法和波谱测量结果吻合良好。
2. 人体实验结果
GE-SE EPIK序列在人体实验中获取了无伪影的图像，并展示了预期的对比度演变。T2和T2*映射与参考方法的结果一致，GM和WM的分离也显示出预期的对比度差异。
3. OEF计算结果
呼吸暂停实验显示，OEF在呼吸暂停期间下降，随后在正常呼吸期间恢复。OEF的变化斜率在呼吸暂停和正常呼吸状态之间存在显著差异。
4. 序列性能
GE-SE EPIK序列在分辨率和回波数量上优于之前发表的序列，并且在3T磁场下实现了合理的回波时间。序列能够在57秒内获取20层图像，并动态追踪OEF的变化。
结论
本研究成功开发了一种新型的10回波GE-SE EPIK序列，能够同时量化T2和T2*值，并应用于OEF的计算。序列在仿体和人体实验中表现出良好的性能，与参考方法和波谱测量结果一致。此外，序列在呼吸暂停实验中展示了OEF的动态变化，表明其在临床应用中具有潜在价值。该研究为MRI技术在脑代谢和生理学研究中的应用提供了新的工具，特别是在肿瘤异质性研究和脑血管疾病评估中具有重要意义。
研究亮点
1. 创新性序列设计
研究团队开发的10回波GE-SE EPIK序列在分辨率和回波数量上优于现有技术，并且首次在EPIK序列中实现了两个自旋回波的获取。
2. 高效的时间分辨率
通过滑动窗口方法和k空间中心全采样，序列实现了高时间分辨率，能够在短时间内获取大量数据。
3. 动态OEF追踪
序列能够在呼吸暂停实验中动态追踪OEF的变化，展示了其在临床研究中的潜在应用价值。
4. 广泛的应用前景
该序列在脑肿瘤异质性研究、脑血管疾病评估和脑代谢研究等领域具有广泛的应用前景。
其他有价值的内容
研究团队还讨论了序列在更高分辨率下的潜在应用，并提出了未来工作的方向，例如在多波段特征和部分傅里叶变换方面的进一步优化。此外，研究团队还强调了序列在临床环境中的适用性，特别是在脑肿瘤患者中的应用潜力。