缺血存活心肌定量检测的磁共振化学交换饱和转移成像研究

Accurate detection of dysfunctional viable myocardium plays a key role in the therapy and assessment of myocardial infarction. Primarily providing morphological and structural information, conventional MR imaging techniques are limited for sensitive detection. MR chemical exchange saturation transfer (CEST) has the ability of imaging creatine, an important metabolite in myocardium energetic metabolism, and thus emerges as a novel way to differentiate dysfunctional viable myocardium. However, creatine CEST imaging is vulnerable to static magnetic field inhomogeneity, and also hindered by its inferior imaging efficiency and low CEST ratio. In this proposal, a new CEST imaging method with variable Z-spectrum sampling density and variable RF saturation power is proposed to correct magnetic field and improve imaging efficiency simultaneously. In addition, single-shot multi-echo echo planar imaging as well as Z-spectrum deconvolution strategy are developed to improve creatine CEST effect. Compared with conventional MR imaging techniques and histological analysis, the feasibility and accuracy of the proposed creatine CEST imaging in the detection of dysfunctional viable myocardium is investigated. The study may not only advance CEST imaging, but also provide a reliable molecular imaging approach for dysfunctional viable myocardium detection, which is of great clinical importance.

缺血存活心肌的准确检测是心肌梗死治疗和评估的关键。常规磁共振成像方法主要从形态结构上进行识别，具有较大局限性。磁共振化学交换饱和转移（CEST）成像可针对细胞能量代谢产物肌酸成像，为缺血存活心肌的检测提供全新敏感途径。然而心肌CEST肌酸成像面临巨大技术挑战，包括：磁场均匀性不佳、成像效率较低和肌酸CEST效应灵敏度有限。针对上述问题，本项目拟研究变Z谱采集密度、变射频饱和脉冲能量的全新Z谱采集方法，同时实现主磁场均匀性校正和成像效率改善；发展单激发多回波平面回波成像技术，并建立反卷积模型精细化Z谱，提高肌酸CEST效应；综合多种常规心脏磁共振成像技术，对照组织病理学结果，探索CEST肌酸成像方法在缺血存活心肌定量检测中的有效性和准确性。该项目的实施，不仅有望推动CEST肌酸成像方法的发展，提高其成像能力和应用范围；而且为缺血存活心肌的检测提供可靠的分子影像手段，具有重要的临床应用价值。

缺血存活心肌的准确检测是心肌梗死治疗和评估的关键。常规磁共振成像方法主要从形态结构上进行识别，具有较大局限性。磁共振化学交换饱和转移（CEST）成像可针对细胞能量代谢产物肌酸成像，为缺血存活心肌的检测提供全新敏感途径。然而心肌CEST肌酸成像面临巨大技术挑战，包括：磁场均匀性不佳、成像效率较低和肌酸CEST效应灵敏度有限。针对上述问题，本项目的主要研究目标包括：（1）解决上述局限，开发适用于3T磁共振系统的心肌CEST肌酸成像技术，实现肌酸的高质量定量成像，为缺血存活心肌检测提供全新的分子影像手段；（2）结合心脏电影成像、灌注成像、延迟增强成像等多种常规心脏磁共振成像方法以及组织病理学研究，明确心肌CEST肌酸成像在缺血活性心肌检测中的可行性和有效性。项目组经过4年的不懈努力，圆满完成预期目标，具体包括：（1）在3T磁共振系统上成功开发心脏CEST成像技术，可在自由呼吸状态下，通过心电触发和呼吸导航配合，实现心脏CEST数据采集。此外，配合开发的小体素波谱匀场技术以及主磁场快速成像，可分别在成像过程中及数据后处理环节分别校正主磁场不均匀性，确保定量准确性；（2）主磁场快速成像仅需1 s左右时间，相对常规WASSR算法获取主磁场的场图需要若干分钟相比，大幅压缩扫描时间，提高成像效率；（3）项目组提出直接水饱和校正（DISC）CEST技术，可实现复杂强背景下微弱信号的提取，为肌酸CEST效应精准定量提供支撑；（d）项目组基于心肌梗死猪模型，开展心脏电影成像、灌注成像、延迟增强成像等多参数心脏磁共振成像，结合TTC等组织病理学研究，证实肌酸等内源性对比剂CEST成像在检测和评价心肌缺血损伤中的有效性。该项目的实施和开展，不仅推动了CEST肌酸成像方法的发展，提高其成像能力和应用范围；而且为缺血存活心肌的检测提供可靠的分子影像手段，具有重要的临床应用价值。