超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)：原理、優(yōu)勢與多元應(yīng)用

超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)：原理、優(yōu)勢與多元應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，磁共振成像（MRI）憑借其無電離輻射損傷、出色的軟組織對比以及多參數(shù)成像等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于人體各個系統(tǒng)的檢查。然而，常規(guī)MRI序列在面對一些T2值極短的組織時，卻存在明顯的局限性。這些短T2組織，如骨皮質(zhì)、肌腱、韌帶、鈣化灶以及肺部組織等，其T2值通常小于10ms，部分甚至小于1ms。在常規(guī)MRI掃描過程中，由于回波時間（TE）相對較長，當(dāng)還未完成K空間中心的填充時，這些組織的T2信號就已衰減至零，導(dǎo)致無法對其進(jìn)行有效編碼，進(jìn)而造成圖像對比差，組織的解剖結(jié)構(gòu)和生理信息大量丟失，嚴(yán)重影響了疾病的準(zhǔn)確診斷。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和臨床需求的日益增長，對短T2組織的精準(zhǔn)成像和定量分析變得愈發(fā)迫切。超短回波時間（UTE）磁共振成像定量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它通過獨(dú)特的成像原理和脈沖序列設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒒夭〞r間大幅縮短至1/10至1/200，使得原本在常規(guī)MRI中難以顯示的短T2組織得以清晰成像，為醫(yī)學(xué)診斷和研究開辟了新的道路。從臨床應(yīng)用的角度來看，UTE技術(shù)具有不可忽視的重要意義。在骨骼系統(tǒng)疾病的診斷中，骨質(zhì)疏松癥是一種常見的全身性骨骼疾病，其引發(fā)的骨折給患者帶來了極大的痛苦和健康風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國，每年因骨質(zhì)疏松癥引發(fā)的骨折數(shù)超過150萬個，醫(yī)療費(fèi)用高達(dá)約150億美元。骨皮質(zhì)作為骨骼的重要組成部分，約占骨骼重量的80%，其微觀結(jié)構(gòu)在確定骨折風(fēng)險(xiǎn)方面起著關(guān)鍵作用。UTE脈沖序列能夠以與常規(guī)脈沖序列相當(dāng)?shù)目臻g分辨率、信噪比和對比噪聲比直接對骨皮質(zhì)進(jìn)行成像，還可對骨皮質(zhì)的組成成分，如礦物質(zhì)、膠原蛋白和水等進(jìn)行測量、評估，有助于早期發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥患者骨皮質(zhì)的細(xì)微變化，為骨折風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測提供重要依據(jù)。在關(guān)節(jié)疾病的診斷和治療中，關(guān)節(jié)軟骨的健康狀況至關(guān)重要。關(guān)節(jié)軟骨是一層薄薄的結(jié)締組織，由軟骨細(xì)胞、水、膠原蛋白和蛋白多糖組成，其厚度、細(xì)胞密集度和基質(zhì)成分等在不同關(guān)節(jié)內(nèi)呈現(xiàn)出不同的差異。正常軟骨為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外分別為鈣化層、放射層、移行層及切線層。常規(guī)MRI主要通過與周圍高信號組織形成對比來進(jìn)行關(guān)節(jié)軟骨的成像，僅能使關(guān)節(jié)軟骨的最表層顯示高信號，對于軟骨深層的病變難以準(zhǔn)確診斷。而UTE序列對關(guān)節(jié)軟骨成像可直接顯示軟骨深層，使關(guān)節(jié)軟骨的全層均顯示為較清晰的線狀高信號，還能夠?qū)浌堑纳煞诌M(jìn)行定量分析。通過對關(guān)節(jié)軟骨UTET2值的測量，可以在骨關(guān)節(jié)炎患者骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化之前，更早地發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的生化成分微變化，短T2水含量可作為軟骨退變的生物標(biāo)志物，為關(guān)節(jié)疾病的早期診斷和治療提供有力支持。在肺部疾病的診斷方面，肺癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一，肺結(jié)節(jié)作為肺癌的重要早期表現(xiàn)形式，其準(zhǔn)確檢測和定性對于肺癌的早期診斷和治療至關(guān)重要。目前，CT檢查是肺結(jié)節(jié)早期篩查和隨訪管理的主要手段，但CT檢查存在電離輻射的問題，長期頻繁檢查可能對患者造成潛在危害。UTE序列作為目前最優(yōu)化的肺MRI序列，由于其無電離輻射的特點(diǎn)，一直被期望作為肺CT檢查的可替代方法。在與胸部CT肺結(jié)節(jié)成像的對照研究中，UTEMRI檢查呈現(xiàn)出對肺結(jié)節(jié)較高的檢測能力和較好的分類一致性，有望為肺部疾病的診斷提供一種更加安全、有效的影像學(xué)檢查方法。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的出現(xiàn)，為解決常規(guī)MRI在檢測短T2組織時面臨的困境提供了有效的解決方案，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。通過對該技術(shù)的深入研究，不僅可以進(jìn)一步提高醫(yī)學(xué)影像診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，還能夠?yàn)榧膊〉脑缙谠\斷、治療方案的制定以及預(yù)后評估提供更為豐富和準(zhǔn)確的信息，對推動醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展和臨床醫(yī)療水平的提升具有重要意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的研究在國內(nèi)外均取得了顯著進(jìn)展，涵蓋了從技術(shù)原理探索到臨床應(yīng)用拓展的多個層面。在技術(shù)原理方面，國內(nèi)外學(xué)者深入研究了如何進(jìn)一步縮短回波時間以及提高信號采集效率。早期，研究主要集中在脈沖序列的設(shè)計(jì)上，通過采用硬脈沖激發(fā)并直接檢測自由感應(yīng)衰減的方式，實(shí)現(xiàn)了回波時間縮短至1/10至1/200，使得短T2組織信號得以有效采集。隨著研究的深入，新型的成像技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如k空間徑向成像技術(shù)的引入，不僅再次縮短了回波時間，還結(jié)合三維放射數(shù)據(jù)采集，使圖像成為更立體的三維技術(shù)，進(jìn)一步提升了圖像的質(zhì)量和分辨率。在應(yīng)用研究領(lǐng)域，國外的研究起步較早，成果豐碩。在骨肌系統(tǒng)方面，針對骨質(zhì)疏松癥的研究，UTE技術(shù)能夠?qū)瞧べ|(zhì)進(jìn)行直接成像，并測量其組成成分，為骨折風(fēng)險(xiǎn)評估提供了重要依據(jù)。例如，美國的研究團(tuán)隊(duì)利用UTE脈沖序列對骨皮質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其在確定骨折風(fēng)險(xiǎn)方面起著關(guān)鍵作用。在關(guān)節(jié)軟骨研究中，UTE序列不僅可以清楚顯示關(guān)節(jié)軟骨的全層結(jié)構(gòu)，還能對軟骨的生化成分進(jìn)行定量分析。通過對關(guān)節(jié)軟骨UTET2*值的測量，能夠在骨關(guān)節(jié)炎患者骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化之前，更早地發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的生化成分微變化，為早期診斷和治療提供了有力支持。國內(nèi)在超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的應(yīng)用研究方面也取得了長足進(jìn)步。在肺部疾病的診斷中，針對肺癌早期篩查的關(guān)鍵——肺結(jié)節(jié)的檢測，國內(nèi)學(xué)者通過與胸部CT肺結(jié)節(jié)成像的對照研究，發(fā)現(xiàn)UTEMRI檢查呈現(xiàn)出對肺結(jié)節(jié)較高的檢測能力和較好的分類一致性。這為解決CT檢查存在電離輻射問題，提供了一種潛在的替代方案，有望推動肺部疾病影像學(xué)檢查的安全化和精準(zhǔn)化。當(dāng)前研究也存在一些不足之處。在技術(shù)層面，雖然回波時間已經(jīng)大幅縮短，但在一些復(fù)雜的成像環(huán)境下，如高場強(qiáng)磁共振成像中，信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性仍有待提高。同時，成像速度和分辨率之間的平衡也需要進(jìn)一步優(yōu)化，以滿足臨床對快速、高分辨率成像的需求。在臨床應(yīng)用方面，UTE技術(shù)在不同疾病診斷中的標(biāo)準(zhǔn)化流程尚未完全建立，不同研究機(jī)構(gòu)之間的結(jié)果可比性存在一定差異。此外，對于一些罕見病和疑難病的應(yīng)用研究還相對較少，限制了該技術(shù)在更廣泛臨床場景中的推廣和應(yīng)用。1.3研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在深入剖析超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的原理、方法及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，通過理論研究與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方式，解決該技術(shù)在臨床應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵問題，為其更廣泛的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。具體而言，研究目的包括：一是系統(tǒng)研究超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的原理和方法，深入分析其成像機(jī)制，探究如何進(jìn)一步優(yōu)化脈沖序列和信號采集方式，以提高圖像的質(zhì)量和分辨率，為后續(xù)的應(yīng)用研究奠定理論基礎(chǔ)。二是針對目前該技術(shù)在臨床應(yīng)用中存在的問題，如成像速度與分辨率的平衡、信號穩(wěn)定性等，開展針對性的研究，提出有效的解決方案，以提升該技術(shù)在臨床實(shí)踐中的可行性和可靠性。三是拓展超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)的骨肌系統(tǒng)和肺部疾病診斷外，探索其在其他疾病診斷中的應(yīng)用潛力，如神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病等，為醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展提供新的技術(shù)手段和診斷思路。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在技術(shù)方法上，嘗試將機(jī)器學(xué)習(xí)算法引入超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)中，通過對大量圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，實(shí)現(xiàn)圖像的自動分割和定量參數(shù)的準(zhǔn)確測量，提高診斷效率和準(zhǔn)確性。在應(yīng)用研究中，首次將該技術(shù)應(yīng)用于某些罕見病和疑難病的診斷研究，為這些疾病的診斷和治療提供新的影像學(xué)依據(jù)，填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的研究空白。此外，本研究還將開展多中心、大樣本的臨床研究，建立超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在不同疾病診斷中的標(biāo)準(zhǔn)化流程和參考數(shù)據(jù)庫，提高研究結(jié)果的可比性和臨床應(yīng)用價(jià)值，推動該技術(shù)在臨床實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用。二、超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)原理剖析2.1磁共振成像基礎(chǔ)原理磁共振成像的基本原理是基于原子核的自旋特性以及磁共振現(xiàn)象。在人體中，氫原子核由于其豐富的含量和獨(dú)特的自旋屬性，成為磁共振成像中最常用的成像原子核。氫原子核帶有正電荷，其自旋會產(chǎn)生磁矩，就像一個微小的磁體。在沒有外界磁場作用時，這些氫原子核的磁矩方向是隨機(jī)分布的，宏觀上不表現(xiàn)出磁性。當(dāng)人體被置于一個強(qiáng)大的靜磁場（B?）中時，氫原子核的磁矩會發(fā)生重新排列，一部分氫原子核的磁矩順著磁場方向排列（低能級狀態(tài)），另一部分則逆著磁場方向排列（高能級狀態(tài)），但處于低能級狀態(tài)的氫原子核數(shù)量略多于高能級狀態(tài)，從而在宏觀上產(chǎn)生一個沿著靜磁場方向的磁化矢量M?。此時，向人體發(fā)射特定頻率的射頻脈沖（RF），這個頻率與氫原子核的進(jìn)動頻率相匹配，即滿足拉莫爾方程：ω=γB?，其中ω為氫原子核的進(jìn)動頻率，γ為旋磁比（對于氫原子核，γ是一個固定常數(shù)），B?為靜磁場強(qiáng)度。當(dāng)射頻脈沖的能量被氫原子核吸收后，氫原子核會從低能級躍遷到高能級，磁化矢量M?也會偏離靜磁場方向，產(chǎn)生橫向磁化矢量Mxy。在射頻脈沖停止后，處于高能級的氫原子核會逐漸釋放能量，回到低能級狀態(tài)，這個過程稱為弛豫。弛豫過程包括縱向弛豫和橫向弛豫?？v向弛豫是指橫向磁化矢量Mxy逐漸衰減，而縱向磁化矢量Mz逐漸恢復(fù)到平衡狀態(tài)M?的過程，其恢復(fù)的時間常數(shù)稱為縱向弛豫時間（T1）。橫向弛豫則是指橫向磁化矢量Mxy逐漸衰減至零的過程，其衰減的時間常數(shù)稱為橫向弛豫時間（T2）。不同組織的T1和T2值不同，這是磁共振成像能夠區(qū)分不同組織的重要基礎(chǔ)。在弛豫過程中，氫原子核會發(fā)射出射頻信號，這些信號被磁共振設(shè)備中的接收線圈檢測到。通過對這些信號進(jìn)行空間編碼和圖像重建，就可以得到反映人體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和生理信息的磁共振圖像?？臻g編碼主要包括層面選擇、頻率編碼和相位編碼，通過這三種編碼方式，可以確定信號在三維空間中的位置，從而實(shí)現(xiàn)對人體不同層面和位置的成像。例如，在層面選擇中，通過在靜磁場B?上疊加一個線性梯度磁場，使得不同層面的氫原子核進(jìn)動頻率不同，然后通過調(diào)整射頻脈沖的頻率，只激發(fā)特定層面的氫原子核，從而實(shí)現(xiàn)對該層面的成像。頻率編碼和相位編碼則分別通過在不同方向上施加梯度磁場，對信號的頻率和相位進(jìn)行編碼，以確定信號在平面內(nèi)的位置。最終，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理和圖像重建算法，將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)化為我們所看到的磁共振圖像，圖像中的不同灰度值反映了不同組織的T1、T2值以及質(zhì)子密度等信息。2.2超短回波時間成像獨(dú)特機(jī)制超短回波時間成像的獨(dú)特機(jī)制使其能夠有效捕捉短T2組織的信號，這一機(jī)制與常規(guī)MRI序列存在顯著差異。在常規(guī)MRI中，射頻脈沖激發(fā)后，通過自旋回波或梯度回波的方式采集信號。以自旋回波序列為例，90°射頻脈沖激發(fā)后，會施加180°復(fù)相脈沖，以消除主磁場不均勻造成的信號衰減，從而獲得回波信號。這種方式下，回波時間（TE）受到脈沖序列設(shè)計(jì)和硬件性能的限制，難以縮短至極短時間。而超短回波時間成像則另辟蹊徑，采用硬脈沖激發(fā)并直接檢測自由感應(yīng)衰減（FID）來實(shí)現(xiàn)成像。硬脈沖具有較寬的帶寬，能夠在短時間內(nèi)對原子核進(jìn)行激發(fā)，使得信號采集可以在激發(fā)后即刻開始。這種直接檢測FID的方式，避免了常規(guī)MRI中因復(fù)相脈沖等操作帶來的時間延遲，從而能夠?qū)⒒夭〞r間大幅縮短至1/10至1/200，這使得對短T2組織的信號采集成為可能。在數(shù)據(jù)采集過程中，UTE序列的數(shù)據(jù)采集方式也與常規(guī)MRI不同。常規(guī)MRI通常采用笛卡爾坐標(biāo)系下的K空間填充方式，這種方式在采集短T2組織信號時，由于信號衰減快，還未完成K空間中心的填充，信號就已衰減至零，導(dǎo)致無法有效編碼。而UTE序列為避免在信號衰減至零之前未填充至K空間中心，數(shù)據(jù)直接由K空間中心開始采集，并呈放射狀填充K空間。例如，在一些三維UTE序列中，數(shù)據(jù)進(jìn)行三維放射狀采集，即由K空間中心向外、呈圓錐形填充。這種采集方式能夠在短時間內(nèi)快速采集到信號，且對磁場的不均勻性不敏感，更易于獲得高質(zhì)量的圖像。此外，隨著新型技術(shù)的不斷發(fā)展，超短回波時間磁共振成像技術(shù)引入了k空間徑向成像技術(shù)，不僅再次縮短了回波時間，還結(jié)合三維放射數(shù)據(jù)采集，使圖像成為更立體的三維技術(shù)，進(jìn)一步提升了對短T2組織成像的質(zhì)量和分辨率。2.3關(guān)鍵技術(shù)要素解析在超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)中，回波時間、信號采集方式、k空間填充等關(guān)鍵技術(shù)要素對成像質(zhì)量和定量分析有著至關(guān)重要的影響?；夭〞r間（TE）是該技術(shù)中最為關(guān)鍵的參數(shù)之一。在常規(guī)MRI中，由于回波時間相對較長，短T2組織的信號在采集過程中就已嚴(yán)重衰減，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確成像。而超短回波時間成像技術(shù)通過獨(dú)特的脈沖序列設(shè)計(jì)，將回波時間大幅縮短至1/10至1/200，使得能夠在短T2組織信號衰減之前完成采集。例如，在對骨皮質(zhì)成像時，其T2值極短，常規(guī)MRI序列難以捕捉到信號，而UTE技術(shù)縮短的回波時間，使得骨皮質(zhì)的信號能夠被有效采集，從而清晰顯示其形態(tài)結(jié)構(gòu)和微觀細(xì)節(jié)?；夭〞r間的長短還直接影響著圖像的對比度和信噪比。較短的回波時間可以減少T2衰減的影響，提高圖像的對比度，使得不同組織之間的差異更加明顯，有利于對病變的觀察和診斷。但回波時間過短，也可能會導(dǎo)致信號強(qiáng)度降低，從而影響信噪比，對圖像的質(zhì)量產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同組織的T2值和成像需求，合理選擇回波時間，以達(dá)到最佳的成像效果。信號采集方式也是影響成像質(zhì)量的重要因素。UTE成像采用硬脈沖激發(fā)并直接檢測自由感應(yīng)衰減（FID）的方式來采集信號。硬脈沖具有較寬的帶寬，能夠在短時間內(nèi)對原子核進(jìn)行激發(fā)，使得信號采集可以在激發(fā)后即刻開始，避免了常規(guī)MRI中因復(fù)相脈沖等操作帶來的時間延遲。這種直接檢測FID的方式，能夠快速捕捉到短T2組織的信號，提高了信號采集的效率。與常規(guī)的自旋回波或梯度回波采集方式相比，UTE的信號采集方式對磁場的不均勻性不敏感，更易于獲得高質(zhì)量的圖像。在一些磁場不均勻的區(qū)域，如關(guān)節(jié)附近，常規(guī)采集方式可能會出現(xiàn)信號丟失或偽影，而UTE的信號采集方式則能有效減少這些問題，清晰地顯示關(guān)節(jié)軟骨、肌腱等短T2組織的結(jié)構(gòu)。但這種信號采集方式也對硬件設(shè)備提出了更高的要求，需要高性能的射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)，以確保能夠準(zhǔn)確地激發(fā)和采集信號。k空間填充方式在超短回波時間磁共振成像中同樣起著關(guān)鍵作用。為避免在信號衰減至零之前未填充至K空間中心，UTE序列的數(shù)據(jù)直接由K空間中心開始采集，并呈放射狀填充K空間。在一些三維UTE序列中，數(shù)據(jù)進(jìn)行三維放射狀采集，即由K空間中心向外、呈圓錐形填充。這種填充方式能夠在短時間內(nèi)快速采集到信號，且對磁場的不均勻性不敏感，更易于獲得高質(zhì)量的圖像。與常規(guī)的笛卡爾坐標(biāo)系下的K空間填充方式相比，放射狀填充K空間能夠減少采集時間，提高成像速度，同時也能更好地捕捉到短T2組織的信號。在對肺部進(jìn)行成像時，由于肺部組織的T2值短且信號衰減快，放射狀K空間填充方式能夠快速采集到信號，減少信號的丟失，從而獲得清晰的肺部圖像。但放射狀填充K空間也存在一些缺點(diǎn)，如重建算法相對復(fù)雜，可能會產(chǎn)生一些偽影，需要通過優(yōu)化重建算法和圖像處理技術(shù)來加以解決。三、超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)優(yōu)勢彰顯3.1突破常規(guī)成像局限超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，其中最為突出的是其對常規(guī)MRI成像局限的突破。常規(guī)MRI由于回波時間較長，在面對T2值極短的組織時，存在嚴(yán)重的成像困境。這些短T2組織，如骨皮質(zhì)、鈣化灶、肌腱、韌帶以及肺部組織等，其T2值通常小于10ms，部分甚至小于1ms。在常規(guī)MRI掃描過程中，當(dāng)還未完成K空間中心的填充時，這些組織的T2信號就已衰減至零，導(dǎo)致無法對其進(jìn)行有效編碼，進(jìn)而造成圖像對比差，組織的解剖結(jié)構(gòu)和生理信息大量丟失。而超短回波時間成像技術(shù)通過獨(dú)特的成像原理和脈沖序列設(shè)計(jì)，成功克服了這一難題。該技術(shù)采用硬脈沖激發(fā)并直接檢測自由感應(yīng)衰減（FID）的方式，能夠?qū)⒒夭〞r間大幅縮短至1/10至1/200，使得在短T2組織信號衰減之前即可完成信號采集，從而實(shí)現(xiàn)對這些組織的清晰成像。以骨皮質(zhì)成像為例，骨皮質(zhì)約占骨骼重量的80%，其微觀結(jié)構(gòu)在確定骨折風(fēng)險(xiǎn)方面起著關(guān)鍵作用。骨皮質(zhì)由大約40%的礦物質(zhì)、35%的膠原蛋白和25%的水組成，這些成分的結(jié)合使骨皮質(zhì)具有獨(dú)特的生物力學(xué)特性，包括抗壓縮力、抗拉強(qiáng)度和粘彈性。然而，由于骨皮質(zhì)的T2值極短，常規(guī)MRI序列難以捕捉到其磁共振信號，無法對其進(jìn)行有效的成像和分析。超短回波時間磁共振成像技術(shù)則能夠以與常規(guī)脈沖序列相當(dāng)?shù)目臻g分辨率、信噪比和對比噪聲比直接對骨皮質(zhì)進(jìn)行成像，還可對骨皮質(zhì)的組成成分，如礦物質(zhì)、膠原蛋白和水等進(jìn)行測量、評估。學(xué)者Lu等在3T磁共振掃描儀上利用三維UTE序列建立的多峰脂肪信號模型，對人體骨皮質(zhì)進(jìn)行分析，包括結(jié)合水T2及其組分、自由水T2及其組分、脂肪T2*及其組分，對9例人骨皮質(zhì)標(biāo)本進(jìn)行了可行性研究，通過在4個圓周區(qū)域內(nèi)從骨內(nèi)膜到骨膜進(jìn)行感興趣區(qū)選擇，并采用微型計(jì)算機(jī)掃描來測量骨孔隙度和骨礦物質(zhì)密度，以比較和驗(yàn)證結(jié)合水和自由水分析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三組分分析顯著提高了人骨皮質(zhì)結(jié)合水和自由水含量的估算準(zhǔn)確性。對于鈣化灶的成像，常規(guī)MRI同樣面臨挑戰(zhàn)。鈣化灶在許多疾病中具有重要的診斷價(jià)值，如在腦部疾病中，鈣化灶的出現(xiàn)可能與腫瘤、感染、血管病變等相關(guān)。然而，由于鈣化灶的T2值極短，常規(guī)MRI圖像上往往表現(xiàn)為低信號或無信號，難以準(zhǔn)確顯示其形態(tài)、大小和位置，給疾病的診斷帶來困難。超短回波時間磁共振成像技術(shù)能夠清晰地顯示鈣化灶，為醫(yī)生提供更多的診斷信息。在對一些患有腦部疾病且伴有鈣化灶的患者進(jìn)行UTE成像時，能夠清晰地看到鈣化灶的邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有助于醫(yī)生對疾病的準(zhǔn)確診斷和病情評估。在肺部成像方面，肺部組織由于含有大量氣體，氫質(zhì)子密度低，且T2值短，衰減較快，常規(guī)MRI序列難以捕獲其信號，這一直是MRI肺部檢查的一個短板。超短回波時間磁共振成像技術(shù)的出現(xiàn)，為肺部成像帶來了新的希望。UTE序列能夠?qū)Ψ尾拷M織進(jìn)行成像，清晰顯示肺部的解剖結(jié)構(gòu)和病變情況。在與胸部CT肺結(jié)節(jié)成像的對照研究中，UTEMRI檢查呈現(xiàn)出對肺結(jié)節(jié)較高的檢測能力和較好的分類一致性，有望成為肺部疾病診斷的重要影像學(xué)檢查方法，為解決CT檢查存在電離輻射問題提供了一種潛在的替代方案。3.2高分辨率與精準(zhǔn)定量超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在提供高分辨率圖像的同時，實(shí)現(xiàn)了對組織成分的精準(zhǔn)定量分析，這一優(yōu)勢在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的價(jià)值。在成像過程中，UTE技術(shù)通過優(yōu)化脈沖序列和信號采集方式，有效提高了圖像的分辨率。其采用的硬脈沖激發(fā)和直接檢測自由感應(yīng)衰減（FID）的方式，能夠在短時間內(nèi)快速采集信號，減少了信號的衰減和模糊，從而為高分辨率成像奠定了基礎(chǔ)。在k空間填充方面，UTE序列采用從K空間中心開始采集并呈放射狀填充的方式，這種填充方式不僅能夠快速采集信號，還能減少因磁場不均勻性導(dǎo)致的圖像偽影，進(jìn)一步提高了圖像的分辨率，使得圖像能夠清晰地顯示組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)和解剖細(xì)節(jié)。在對骨皮質(zhì)成分的測量中，UTE技術(shù)的精準(zhǔn)定量能力得到了充分體現(xiàn)。骨皮質(zhì)約占骨骼重量的80%，由大約40%的礦物質(zhì)、35%的膠原蛋白和25%的水組成，其微觀結(jié)構(gòu)在確定骨折風(fēng)險(xiǎn)方面起著關(guān)鍵作用。磁共振波譜成像表明，骨皮質(zhì)MR信號有多種不同的T2值。UTE脈沖序列能夠以與常規(guī)脈沖序列相當(dāng)?shù)目臻g分辨率、信噪比和對比噪聲比直接對骨皮質(zhì)進(jìn)行成像，還可對骨皮質(zhì)的組成成分進(jìn)行測量、評估。學(xué)者Lu等在3T磁共振掃描儀上利用三維UTE序列建立的多峰脂肪信號模型，對人體骨皮質(zhì)進(jìn)行分析，包括結(jié)合水T2及其組分、自由水T2及其組分、脂肪T2*及其組分。通過對9例人骨皮質(zhì)標(biāo)本進(jìn)行可行性研究，在4個圓周區(qū)域內(nèi)從骨內(nèi)膜到骨膜進(jìn)行感興趣區(qū)選擇，并采用微型計(jì)算機(jī)掃描來測量骨孔隙度和骨礦物質(zhì)密度，以比較和驗(yàn)證結(jié)合水和自由水分析。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三組分分析顯著提高了人骨皮質(zhì)結(jié)合水和自由水含量的估算準(zhǔn)確性。Wan等采用拉伸采樣窗口對3T磁共振UTE序列骨皮質(zhì)定量的影響進(jìn)行研究，通過3TMRI對10例牛骨皮質(zhì)和17例人脛骨中段標(biāo)本進(jìn)行成像，對生物標(biāo)志物進(jìn)行定量，發(fā)現(xiàn)在992-1600μs的螺旋采樣窗和668μs的徑向采樣窗下，牛和人皮質(zhì)骨的所有生物標(biāo)志物（單組T2、雙組分T2及其相對組分、T1、磁化傳遞比和高分子組分的磁化傳遞模型）均無顯著性差異，證明在低空間頻率對象（如脛骨中段）中，使用較長的采樣窗口可以大大加快定量UTE-MRI技術(shù)的速度，而不會產(chǎn)生明顯的量化誤差。Jerban等使用3D-UTE-Cones序列掃描8個脛骨骨皮質(zhì)標(biāo)本，用IR-UTE技術(shù)測量總水量、結(jié)合水和孔隙水質(zhì)子密度，提出了3D-UTE序列可對體內(nèi)、外骨皮質(zhì)進(jìn)行質(zhì)子定量，發(fā)現(xiàn)PWPD和MMPD可以作為潛在的新型生物標(biāo)志物來評估骨基質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)，以及骨齡或相關(guān)變化。這種對骨皮質(zhì)成分的精準(zhǔn)定量分析，為臨床診斷和治療提供了重要依據(jù)。在骨質(zhì)疏松癥的診斷中，通過對骨皮質(zhì)礦物質(zhì)、膠原蛋白和水等成分的測量和評估，可以更準(zhǔn)確地了解骨骼的健康狀況，預(yù)測骨折風(fēng)險(xiǎn)。對于一些骨骼疾病的治療效果評估，UTE技術(shù)對骨皮質(zhì)成分的定量分析也能夠提供客觀的數(shù)據(jù)支持，幫助醫(yī)生判斷治療方案的有效性，及時調(diào)整治療策略。3.3多參數(shù)成像與功能評估超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)能夠獲取多參數(shù)成像，為組織功能評估提供了豐富的信息，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在關(guān)節(jié)軟骨退變評估方面，具有重要的臨床意義。UTE技術(shù)通過不同的脈沖序列和采集方式，可以同時獲取多種反映組織特性的參數(shù)，如T1、T2、T2*、質(zhì)子密度等。這些參數(shù)從不同角度反映了組織的生理和病理狀態(tài)，為醫(yī)生提供了全面了解組織功能的依據(jù)。在關(guān)節(jié)軟骨成像中，通過UTE序列可以獲取T2值，該值與關(guān)節(jié)軟骨的生化成分密切相關(guān)。正常關(guān)節(jié)軟骨中，水、膠原蛋白和蛋白多糖等成分維持著軟骨的正常結(jié)構(gòu)和功能。隨著關(guān)節(jié)軟骨的退變，這些成分會發(fā)生變化，如蛋白多糖的丟失、膠原蛋白的降解等，這些變化會導(dǎo)致軟骨的T2值發(fā)生改變。通過測量UTET2*值，就可以在骨關(guān)節(jié)炎患者骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化之前，更早地發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的生化成分微變化。學(xué)者Pauli等采用UTE序列、自旋回波序列、組織病理學(xué)分析和偏光顯微鏡對20例人體尸體髕骨進(jìn)行評估，使用UTE信號衰減的雙分量擬合，評估每個髕骨的短T2水成分和長T2水成分，發(fā)現(xiàn)短T2成分的百分比增加越明顯，即UTET2值降低越顯著，軟骨退變越嚴(yán)重。這表明UTET2結(jié)果可以對關(guān)節(jié)軟骨的化學(xué)成分進(jìn)行定量分析，短T2水含量可作為軟骨退變的生物標(biāo)志物。Yang等通過收集20份接收全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者的前外側(cè)髁標(biāo)本，行3.0T磁共振掃描，共勾畫出72個感興趣區(qū)進(jìn)行UTE-MT、UTE-T2和T2測量，并對相應(yīng)骨-軟骨區(qū)域進(jìn)行退化等級劃分，發(fā)現(xiàn)UTE-MT值與軟骨退變的組織學(xué)分級密切相關(guān)，診斷效果優(yōu)于UTET2和T2。除了T2*值和UTE-MT值，UTE技術(shù)還可以結(jié)合其他參數(shù)進(jìn)行綜合評估。在評估關(guān)節(jié)軟骨退變時，可以同時考慮T1值、質(zhì)子密度等參數(shù)，這些參數(shù)的綜合分析能夠更全面、準(zhǔn)確地反映關(guān)節(jié)軟骨的退變程度和功能狀態(tài)。通過多參數(shù)成像，醫(yī)生可以從多個維度了解關(guān)節(jié)軟骨的情況，為制定個性化的治療方案提供更豐富、準(zhǔn)確的信息，有助于提高關(guān)節(jié)疾病的診斷和治療水平。四、超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用4.1骨肌系統(tǒng)疾病診斷與評估4.1.1骨皮質(zhì)疾病在骨皮質(zhì)疾病的診斷與評估中，超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)展現(xiàn)出了卓越的能力，尤其是在骨質(zhì)疏松和骨腫瘤等疾病的診斷中，對骨微觀結(jié)構(gòu)和成分分析發(fā)揮著關(guān)鍵作用。骨質(zhì)疏松是一種常見的骨骼疾病，其特征是骨量減少和骨微觀結(jié)構(gòu)退化，導(dǎo)致骨脆性增加，易發(fā)生骨折。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國，每年因骨質(zhì)疏松癥引發(fā)的骨折數(shù)超過150萬個，醫(yī)療費(fèi)用高達(dá)約150億美元。骨皮質(zhì)約占骨骼重量的80%，其微觀結(jié)構(gòu)在確定骨折風(fēng)險(xiǎn)方面起著關(guān)鍵作用。超短回波時間磁共振成像技術(shù)能夠以與常規(guī)脈沖序列相當(dāng)?shù)目臻g分辨率、信噪比和對比噪聲比直接對骨皮質(zhì)進(jìn)行成像，還可對骨皮質(zhì)的組成成分，如礦物質(zhì)、膠原蛋白和水等進(jìn)行測量、評估。學(xué)者Lu等在3T磁共振掃描儀上利用三維UTE序列建立的多峰脂肪信號模型，對人體骨皮質(zhì)進(jìn)行分析，包括結(jié)合水T2及其組分、自由水T2及其組分、脂肪T2*及其組分，對9例人骨皮質(zhì)標(biāo)本進(jìn)行了可行性研究，通過在4個圓周區(qū)域內(nèi)從骨內(nèi)膜到骨膜進(jìn)行感興趣區(qū)選擇，并采用微型計(jì)算機(jī)掃描來測量骨孔隙度和骨礦物質(zhì)密度，以比較和驗(yàn)證結(jié)合水和自由水分析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三組分分析顯著提高了人骨皮質(zhì)結(jié)合水和自由水含量的估算準(zhǔn)確性。這一研究成果為骨質(zhì)疏松癥的早期診斷和骨折風(fēng)險(xiǎn)評估提供了重要依據(jù)，通過對骨皮質(zhì)成分的準(zhǔn)確分析，醫(yī)生可以更準(zhǔn)確地了解患者的骨骼健康狀況，及時采取干預(yù)措施，降低骨折風(fēng)險(xiǎn)。在骨腫瘤的診斷中，超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)同樣具有重要價(jià)值。骨腫瘤的早期診斷對于患者的治療和預(yù)后至關(guān)重要，而準(zhǔn)確分析骨微觀結(jié)構(gòu)和成分能夠幫助醫(yī)生判斷腫瘤的性質(zhì)和發(fā)展程度。對于一些良性骨腫瘤，UTE技術(shù)可以清晰顯示腫瘤的邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過對骨皮質(zhì)成分的分析，判斷腫瘤對周圍骨質(zhì)的影響。而對于惡性骨腫瘤，UTE技術(shù)能夠檢測到早期的骨皮質(zhì)破壞和腫瘤細(xì)胞浸潤，為及時治療提供依據(jù)。在對骨肉瘤患者的研究中，利用UTE技術(shù)對腫瘤部位的骨皮質(zhì)進(jìn)行成像和成分分析，發(fā)現(xiàn)腫瘤區(qū)域的骨皮質(zhì)礦物質(zhì)含量明顯降低，膠原蛋白結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，這些變化為腫瘤的診斷和分期提供了重要信息，有助于醫(yī)生制定個性化的治療方案，提高患者的生存率和生活質(zhì)量。4.1.2關(guān)節(jié)軟骨病變超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在關(guān)節(jié)軟骨病變的早期診斷和病情監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用，尤其是在骨關(guān)節(jié)炎等疾病中，對軟骨生化成分的定量分析具有關(guān)鍵意義。關(guān)節(jié)軟骨是一層薄薄的結(jié)締組織，由軟骨細(xì)胞、水、膠原蛋白和蛋白多糖組成，其厚度、細(xì)胞密集度和基質(zhì)成分等在不同關(guān)節(jié)內(nèi)呈現(xiàn)出不同的差異。正常軟骨為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外分別為鈣化層、放射層、移行層及切線層。骨關(guān)節(jié)炎是一種常見的關(guān)節(jié)疾病，其主要病理改變是關(guān)節(jié)軟骨的退變和損傷。在骨關(guān)節(jié)炎的早期，軟骨的生化成分會發(fā)生改變，如蛋白多糖的丟失、膠原蛋白的降解等，這些變化會導(dǎo)致軟骨的力學(xué)性能下降，進(jìn)而引發(fā)關(guān)節(jié)疼痛、腫脹和功能障礙。超短回波時間磁共振成像技術(shù)能夠?qū)﹃P(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行清晰成像，并對其生化成分進(jìn)行定量分析。UTE序列對關(guān)節(jié)軟骨成像可直接顯示軟骨深層，使關(guān)節(jié)軟骨的全層均顯示為較清晰的線狀高信號。通過對關(guān)節(jié)軟骨UTET2值的測量，可以在骨關(guān)節(jié)炎患者骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化之前，更早地發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的生化成分微變化。學(xué)者Pauli等采用UTE序列、自旋回波序列、組織病理學(xué)分析和偏光顯微鏡對20例人體尸體髕骨進(jìn)行評估，使用UTE信號衰減的雙分量擬合，評估每個髕骨的短T2水成分和長T2水成分，發(fā)現(xiàn)短T2成分的百分比增加越明顯，即UTET2值降低越顯著，軟骨退變越嚴(yán)重。這表明UTET2結(jié)果可以對關(guān)節(jié)軟骨的化學(xué)成分進(jìn)行定量分析，短T2*水含量可作為軟骨退變的生物標(biāo)志物。除了UTET2值，UTE技術(shù)還可以結(jié)合其他參數(shù)進(jìn)行綜合評估。學(xué)者Yang等通過收集20份接收全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者的前外側(cè)髁標(biāo)本，行3.0T磁共振掃描，共勾畫出72個感興趣區(qū)進(jìn)行UTE-MT、UTE-T2和T2測量，并對相應(yīng)骨-軟骨區(qū)域進(jìn)行退化等級劃分，發(fā)現(xiàn)UTE-MT值與軟骨退變的組織學(xué)分級密切相關(guān)，診斷效果優(yōu)于UTET2*和T2。這些研究結(jié)果表明，超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)能夠?yàn)殛P(guān)節(jié)軟骨病變的早期診斷和病情監(jiān)測提供準(zhǔn)確、可靠的信息，有助于醫(yī)生及時制定治療方案，延緩疾病的進(jìn)展，提高患者的生活質(zhì)量。4.1.3椎間盤與脊柱疾病在椎間盤與脊柱疾病的診斷和評估中，超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)具有重要的輔助作用，能夠?yàn)樵缙谠\斷和病情評估提供關(guān)鍵信息。椎間盤退變是一種常見的脊柱疾病，其主要病理改變包括椎間盤水分丟失、纖維環(huán)破裂、髓核突出等，這些變化會導(dǎo)致椎間盤高度降低、椎間隙狹窄，進(jìn)而引起腰痛、下肢放射痛等癥狀，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。超短回波時間磁共振成像技術(shù)能夠?qū)ψ甸g盤進(jìn)行清晰成像，顯示其細(xì)微結(jié)構(gòu)和病理變化。在對腰椎間盤退變患者的研究中，UTE技術(shù)可以清晰地顯示椎間盤的形態(tài)、信號強(qiáng)度以及與周圍組織的關(guān)系，通過對椎間盤信號的分析，能夠判斷椎間盤退變的程度。與常規(guī)MRI相比，UTE技術(shù)能夠更敏感地檢測到早期椎間盤退變的細(xì)微變化，如椎間盤內(nèi)水分含量的減少、纖維環(huán)的早期破裂等，為早期診斷和干預(yù)提供了依據(jù)。脊柱峽部裂是指腰椎椎弓峽部的骨質(zhì)缺損，是引起腰痛和腰椎不穩(wěn)的常見原因之一。早期診斷對于脊柱峽部裂的治療和預(yù)后至關(guān)重要。超短回波時間磁共振成像技術(shù)在脊柱峽部裂的診斷中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠清晰顯示峽部裂的部位、形態(tài)和程度。學(xué)者Finkenstaedt等在脊柱峽部裂診斷的研究中與CT進(jìn)行比較，將四個有46個單獨(dú)的椎間部的人類腰椎標(biāo)本進(jìn)行模擬腰椎峽部裂，再用計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）和3個“層次”的MR方案在3T對標(biāo)本進(jìn)行成像：方案1，常規(guī)腰椎MR方案；方案2，優(yōu)化的常規(guī)方案，包括矢狀-斜向損傷梯度回憶回波和軸向傾斜T1和短τ倒置恢復(fù)序列；方案3，矢狀UTEMR序列。研究結(jié)果表明，UTE序列在顯示脊柱峽部裂方面具有較高的準(zhǔn)確性，能夠清晰地顯示峽部裂的細(xì)節(jié)，與CT相比，具有更好的軟組織對比度，有助于早期發(fā)現(xiàn)和診斷脊柱峽部裂，為治療方案的制定提供準(zhǔn)確的影像學(xué)依據(jù)。4.2肺部疾病檢測與分析4.2.1肺結(jié)節(jié)診斷在肺結(jié)節(jié)診斷領(lǐng)域，超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)展現(xiàn)出了獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，與傳統(tǒng)的CT檢查相比，具有諸多優(yōu)勢。肺癌作為全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重威脅著人類的健康。肺結(jié)節(jié)作為肺癌的重要早期表現(xiàn)形式，其準(zhǔn)確檢測和定性對于肺癌的早期診斷和治療至關(guān)重要。目前，CT檢查是肺結(jié)節(jié)早期篩查和隨訪管理的主要手段，然而，CT檢查存在電離輻射的問題，長期頻繁檢查可能對患者造成潛在危害。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)的出現(xiàn)，為肺結(jié)節(jié)的診斷提供了新的選擇。UTE序列作為目前最優(yōu)化的肺MRI序列，由于其無電離輻射的特點(diǎn)，一直被期望作為肺CT檢查的可替代方法。在與胸部CT肺結(jié)節(jié)成像的對照研究中，UTEMRI檢查呈現(xiàn)出對肺結(jié)節(jié)較高的檢測能力和較好的分類一致性。李恒等學(xué)者回顧性分析了20例行胸部CT平掃及3.0TMRI-UTE序列掃描的肺結(jié)節(jié)（平均直徑≥4mm）的影像資料，以CT結(jié)果作為“金標(biāo)準(zhǔn)”。研究結(jié)果顯示，20例肺結(jié)節(jié)患者CT及UTE共檢出53個結(jié)節(jié)，CT及UTE分別各檢測出<6mm者10個、10個，6-8mm者3個和5個，>8mm者分別約40個和38個，兩者檢測結(jié)果基本一致。CT、UTE測得所有肺結(jié)節(jié)的直徑分別為（12.6±5.9）mm、（12.0±5.8）mm，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.504，P=0.615）。這表明UTE序列在肺結(jié)節(jié)的檢出數(shù)量和大小測量方面與CT具有高度的一致性，能夠準(zhǔn)確地檢測出肺結(jié)節(jié)的存在，并對其大小進(jìn)行精確測量。UTE技術(shù)在肺結(jié)節(jié)的定性分析方面也具有重要價(jià)值。通過對肺結(jié)節(jié)的多參數(shù)成像和定量分析，能夠獲取更多關(guān)于結(jié)節(jié)的信息，有助于判斷結(jié)節(jié)的良惡性。在一項(xiàng)多中心的前瞻性研究中，對272名患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，比較了肺UTE-MRI、低劑量CT和標(biāo)準(zhǔn)劑量CT在肺結(jié)節(jié)診斷、大小測量和Lung-RADS分類三個方面的能力。研究結(jié)果表明，在肺結(jié)節(jié)的診斷方面，三種成像方式的表現(xiàn)相當(dāng)；在結(jié)節(jié)大小測量方面，UTE-MRI與CT也具有較好的一致性；在Lung-RADS分類方面，UTE-MRI與CT的一致性也得到了驗(yàn)證。這說明UTE技術(shù)能夠?qū)Ψ谓Y(jié)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確的分類，為臨床醫(yī)生制定治療方案提供重要依據(jù)。UTE技術(shù)還能夠清晰地顯示肺結(jié)節(jié)的形態(tài)、邊緣和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特征，為醫(yī)生提供更直觀的影像信息。對于一些具有分葉征、毛刺征、內(nèi)部密度不均及胸膜牽拉征的肺結(jié)節(jié)，UTE技術(shù)能夠準(zhǔn)確地檢測出這些特征，與CT相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這使得醫(yī)生能夠更全面地了解肺結(jié)節(jié)的情況，提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。4.2.2肺部其他疾病超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在肺氣腫、肺纖維化等肺部其他疾病的診斷和評估中也發(fā)揮著重要作用，能夠?yàn)榉尾课⒂^結(jié)構(gòu)和功能評估提供關(guān)鍵信息。肺氣腫是一種常見的慢性阻塞性肺疾病，其主要病理改變是肺泡壁的破壞和肺泡腔的擴(kuò)大，導(dǎo)致肺組織彈性減退和通氣功能障礙。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)能夠?qū)Ψ螝饽[患者的肺部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行清晰成像，通過測量肺組織的T2值、質(zhì)子密度等參數(shù)，評估肺氣腫的嚴(yán)重程度。學(xué)者M(jìn)üller等的研究表明，UTE-MRI能夠準(zhǔn)確地顯示肺氣腫患者肺部的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化，如肺泡壁的變薄和破壞，通過對這些微觀結(jié)構(gòu)的分析，可以更準(zhǔn)確地評估肺氣腫的病情進(jìn)展，為臨床治療提供依據(jù)。在對一組肺氣腫患者的研究中，利用UTE技術(shù)測量患者肺部的T2值，發(fā)現(xiàn)隨著肺氣腫病情的加重，T2值逐漸增大，這表明UTE-MRI可以通過T2值的變化來反映肺氣腫的嚴(yán)重程度，幫助醫(yī)生及時調(diào)整治療方案。肺纖維化是一種以肺間質(zhì)纖維化為主要病理特征的肺部疾病，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，預(yù)后較差。早期診斷和干預(yù)對于改善患者的預(yù)后至關(guān)重要。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)能夠?qū)Ψ卫w維化患者的肺部微觀結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行評估，通過觀察肺組織的形態(tài)、信號強(qiáng)度以及擴(kuò)散特性等，判斷肺纖維化的程度和范圍。有研究表明，UTE-MRI可以清晰地顯示肺纖維化患者肺部的纖維條索影、蜂窩狀改變等特征，通過對這些特征的分析，可以更準(zhǔn)確地評估肺纖維化的病情。在對肺纖維化患者的研究中，UTE技術(shù)能夠檢測到早期肺纖維化患者肺部的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化，如肺間質(zhì)的增厚和纖維化灶的形成，為早期診斷和治療提供了依據(jù)。此外，UTE技術(shù)還可以通過測量肺組織的擴(kuò)散參數(shù)，如擴(kuò)散系數(shù)（ADC）和各向異性分?jǐn)?shù)（FA），評估肺纖維化對肺功能的影響，為臨床治療提供更全面的信息。4.3中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷應(yīng)用4.3.1腦血管成像在腦血管成像領(lǐng)域，超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)相較于傳統(tǒng)血管成像技術(shù)，在腦血管狹窄、動脈瘤等疾病的診斷中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。對于腦血管狹窄的診斷，傳統(tǒng)的時間飛躍法血管成像（TOF-MRA）是常用的磁共振血管成像技術(shù)之一。然而，TOF-MRA在檢測腦血管狹窄時存在一定的局限性。該技術(shù)主要基于血液的流入增強(qiáng)效應(yīng)，通過飽和靜止組織的縱向磁化，突出流動血液的信號，從而實(shí)現(xiàn)血管成像。但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)血管迂曲或存在湍流時，血液的流動狀態(tài)發(fā)生改變，會導(dǎo)致信號丟失，從而高估血管狹窄程度。在一些血管嚴(yán)重迂曲的部位，TOF-MRA可能會誤判血管狹窄程度，將原本輕度狹窄的血管誤診為重度狹窄，影響醫(yī)生對病情的準(zhǔn)確判斷。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)則能夠有效克服這些問題。以多期相超短回波四維磁共振血管成像（mUTE4DMRA）為例，它在評估顱內(nèi)血管狹窄方面具有更高的準(zhǔn)確性。在對59例腦血管病患者的研究中，受試者均先行3D時間飛躍法MR血管成像（3DTOFMRA）和mUTE4DMRA掃描，然后在同一天行CT血管成像（CTA）檢查。由2位神經(jīng)影像醫(yī)師采用雙盲法對血管狹窄情況進(jìn)行評分（4分法），結(jié)果顯示，3DTOFMRA、mUTE4DMRA、CTA在評估手術(shù)干預(yù)組、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈、大腦后動脈狹窄程度時評分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均<0.05），且mUTE4DMRA在評估手術(shù)干預(yù)組、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈狹窄程度時評分均高于3DTOFMRA（P值均<0.01）。手術(shù)干預(yù)組3DTOFMRA與CTA評分一致性很差（ICC=0.02），而mUTE4DMRA與CTA評分一致性極好（ICC=0.88）。3DTOFMRA與CTA在評估頸內(nèi)動脈（ICC=0.54）、大腦中動脈（ICC=0.53）時一致性中等，在評估大腦前動脈（ICC=0.75）、大腦后動脈（ICC=0.74）、椎動脈（ICC=0.66）時一致性較好；mUTE4DMRA與CTA在評估頸內(nèi)動脈（ICC=0.92）、大腦前動脈（ICC=0.88）、大腦中動脈（ICC=0.90）、大腦后動脈（ICC=0.88）、椎動脈（ICC=0.87）時一致性極好。這表明mUTE4DMRA能夠更準(zhǔn)確地顯示顱內(nèi)血管狹窄情況，與CTA具有更好的一致性，為臨床診斷提供了更可靠的依據(jù)。在動脈瘤的診斷方面，傳統(tǒng)的血管成像技術(shù)也面臨著挑戰(zhàn)。例如，數(shù)字減影血管造影（DSA）雖然是診斷動脈瘤的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其屬于有創(chuàng)檢查，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，如血管損傷、感染等，且費(fèi)用較高，患者的接受度相對較低。計(jì)算機(jī)斷層掃描血管成像（CTA）雖然具有較高的分辨率，但需要注射含碘對比劑，對于一些腎功能不全或?qū)Ρ葎┻^敏的患者存在禁忌。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)為動脈瘤的診斷提供了一種無創(chuàng)、安全的替代方法。零回波時間血管成像（ZTE-MRA）是UTE技術(shù)在腦血管成像中的一種應(yīng)用，它可以提供與CTA相媲美的圖像質(zhì)量和準(zhǔn)確度。在對擬診斷為腦動脈狹窄的患者分別進(jìn)行ZTE-MRA和TOF-MRA成像的研究中，經(jīng)過主觀評分和信噪比、狹窄程度的定量評價(jià)，兩種方法獲得的圖像質(zhì)量相當(dāng)，但ZTE-MRA敏感性更高，尤其是對3-4級狹窄的血管診斷準(zhǔn)確度更高。ZTE技術(shù)中信號采集緊跟射頻激勵之后，采集效率提高，成像容積內(nèi)的血流方向和速度對其信號的影響程度小于常規(guī)TOF-MRA成像，結(jié)合ZTE技術(shù)的血管成像可以取得更好的圖像質(zhì)量，尤其是在血管迂曲處。ZTE-MRA對血管分叉或者走行曲折的地方質(zhì)子失相位程度較大的情況具有更好的成像效果，因?yàn)槠浠夭〞r間小到幾乎為零，可以在激發(fā)之后直接采集信號，對磁場的不均勻性不敏感，更易于獲得高質(zhì)量的MRA圖像。這使得ZTE-MRA在動脈瘤的診斷中能夠清晰地顯示動脈瘤的形態(tài)、大小和位置，為臨床治療方案的制定提供準(zhǔn)確的影像學(xué)依據(jù)，同時也減少了患者接受有創(chuàng)檢查和含碘對比劑帶來的風(fēng)險(xiǎn)。4.3.2髓鞘相關(guān)疾病髓鞘相關(guān)疾病，如多發(fā)性硬化，是一類嚴(yán)重影響神經(jīng)系統(tǒng)功能的疾病。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在這類疾病中對髓鞘成像和病變檢測具有巨大的應(yīng)用潛力。多發(fā)性硬化是一種以中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)炎性脫髓鞘病變?yōu)橹饕攸c(diǎn)的自身免疫性疾病，其病理特征是髓鞘的破壞和脫失。在疾病的早期，髓鞘的損傷往往是輕微的，傳統(tǒng)的MRI成像技術(shù)難以準(zhǔn)確檢測到這些細(xì)微的變化。常規(guī)MRI主要通過T2加權(quán)成像、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（FLAIR）等技術(shù)來間接觀察髓鞘病變，這些技術(shù)雖然能夠顯示一些明顯的病灶，但對于早期的髓鞘損傷敏感性較低。在多發(fā)性硬化的早期階段，病灶可能僅表現(xiàn)為輕微的髓鞘脫失，常規(guī)MRI序列可能無法檢測到這些微小的病變，導(dǎo)致疾病的診斷延遲。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)為髓鞘成像和病變檢測提供了新的途徑。有學(xué)者初步研究了ZTE序列在3T場強(qiáng)下直接進(jìn)行髓鞘成像的可行性，Jang等首次將絕熱反轉(zhuǎn)恢復(fù)雙回波ZTE用于人腦髓鞘成像，證明ZTE在髓鞘檢測中有一定的可行性。該技術(shù)能夠更直接地對髓鞘進(jìn)行成像，通過檢測髓鞘的信號變化，早期發(fā)現(xiàn)髓鞘的損傷和脫失。在一項(xiàng)針對多發(fā)性硬化患者的研究中，利用UTE技術(shù)對患者的腦部進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)能夠清晰地顯示出髓鞘脫失的區(qū)域，且比傳統(tǒng)MRI序列更早地檢測到病變的存在。通過對髓鞘相關(guān)參數(shù)的定量分析，如髓鞘水分?jǐn)?shù)、T2值等，還可以評估疾病的進(jìn)展和治療效果。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在檢測多發(fā)性硬化的病變分布和范圍方面也具有優(yōu)勢。它能夠更準(zhǔn)確地顯示病灶的位置和邊界，為醫(yī)生制定治療方案提供更詳細(xì)的信息。在一些復(fù)雜的病例中，傳統(tǒng)MRI可能無法準(zhǔn)確判斷病灶的范圍，而UTE技術(shù)可以清晰地勾勒出病灶的輪廓，幫助醫(yī)生確定病變的程度和范圍，從而選擇合適的治療方法。對于一些位于深部白質(zhì)或腦干等特殊部位的病灶，UTE技術(shù)的高分辨率和對細(xì)微病變的敏感性，能夠更好地顯示這些部位的病變情況，提高診斷的準(zhǔn)確性。五、技術(shù)挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略5.1成像質(zhì)量影響因素在超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)中，成像質(zhì)量受到多種因素的顯著影響，其中磁場不均勻性、運(yùn)動偽影和射頻干擾是較為關(guān)鍵的因素。磁場不均勻性是影響成像質(zhì)量的重要因素之一。在磁共振成像中，磁場的均勻性對于準(zhǔn)確采集和編碼信號至關(guān)重要。然而，由于人體解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及磁共振設(shè)備自身的特性，磁場不均勻性難以完全避免。在高場強(qiáng)磁共振成像中，磁場不均勻性問題更為突出。人體組織的磁導(dǎo)率存在差異，當(dāng)置于強(qiáng)磁場中時，會導(dǎo)致局部磁場的扭曲和不均勻。在頭部成像中，顱骨與腦組織的磁導(dǎo)率不同，會在顱骨附近產(chǎn)生磁場的不均勻區(qū)域，這會導(dǎo)致圖像中的信號強(qiáng)度不一致，出現(xiàn)局部信號增強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象，影響對腦部組織的準(zhǔn)確觀察和診斷。磁場不均勻性還會導(dǎo)致圖像的幾何畸變，使得圖像中的組織結(jié)構(gòu)位置發(fā)生偏移，影響對病變位置和范圍的判斷。運(yùn)動偽影也是影響成像質(zhì)量的常見問題。在磁共振成像過程中，患者的自主運(yùn)動（如呼吸、心跳、肢體運(yùn)動等）以及非自主運(yùn)動（如不自主的肌肉顫動等）都會對圖像質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。呼吸運(yùn)動是腹部成像中常見的運(yùn)動偽影來源。在腹部磁共振成像時，由于呼吸過程中腹部臟器的上下移動，會導(dǎo)致圖像在相位編碼方向上出現(xiàn)模糊和錯位，使得腹部臟器的邊界變得不清晰，影響對肝臟、脾臟等器官病變的觀察。心臟搏動則是心臟成像中的主要運(yùn)動偽影因素。心臟的周期性跳動會使心臟周圍的組織產(chǎn)生位移，在圖像上表現(xiàn)為心臟輪廓的模糊和偽影，干擾對心臟結(jié)構(gòu)和功能的評估。運(yùn)動偽影還會導(dǎo)致圖像的信噪比降低，影響對細(xì)微病變的檢測能力。射頻干擾同樣會對成像質(zhì)量造成不良影響。在磁共振成像系統(tǒng)中，射頻信號的發(fā)射和接收是成像的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，周圍環(huán)境中的射頻干擾源，如電子設(shè)備、通信信號等，可能會干擾磁共振設(shè)備的正常工作。在醫(yī)院環(huán)境中，其他醫(yī)療設(shè)備（如電刀、監(jiān)護(hù)儀等）產(chǎn)生的射頻信號可能會與磁共振設(shè)備的射頻信號相互干擾，導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)條紋狀或斑點(diǎn)狀的偽影，嚴(yán)重影響圖像的清晰度和診斷價(jià)值。射頻干擾還可能導(dǎo)致信號的丟失或失真，使得圖像中的某些區(qū)域無法準(zhǔn)確反映組織的真實(shí)情況，影響對疾病的診斷和評估。5.2臨床應(yīng)用限制超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)在臨床應(yīng)用中雖具有顯著優(yōu)勢，但也面臨著諸多限制，這些限制在一定程度上阻礙了其廣泛推廣和應(yīng)用。設(shè)備成本高昂是限制該技術(shù)臨床普及的重要因素之一。超短回波時間磁共振成像需要配備高性能的硬件設(shè)備，包括高場強(qiáng)的磁體、快速的射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)以及先進(jìn)的梯度線圈等。這些設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致購買和維護(hù)設(shè)備的費(fèi)用也相應(yīng)增加。一臺高端的超短回波時間磁共振成像設(shè)備價(jià)格可能高達(dá)數(shù)百萬甚至上千萬元，這對于許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)，尤其是基層醫(yī)院來說，是一筆難以承受的巨大開支。設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)也需要專業(yè)的技術(shù)人員和高昂的費(fèi)用，進(jìn)一步增加了醫(yī)療機(jī)構(gòu)的運(yùn)營成本。由于設(shè)備成本高，患者進(jìn)行超短回波時間磁共振成像檢查的費(fèi)用也相對較高，這使得一些患者因經(jīng)濟(jì)原因而無法接受該檢查，限制了技術(shù)的臨床應(yīng)用范圍。掃描時間較長也是臨床應(yīng)用中面臨的一個問題。盡管超短回波時間磁共振成像技術(shù)在信號采集方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，但為了獲取高質(zhì)量的圖像和準(zhǔn)確的定量信息，往往需要較長的掃描時間。在對一些復(fù)雜部位或疾病進(jìn)行成像時，如全身骨骼成像或肺部高分辨率成像，掃描時間可能長達(dá)數(shù)十分鐘甚至數(shù)小時。長時間的掃描不僅會增加患者的不適感，降低患者的配合度，還可能導(dǎo)致患者在掃描過程中出現(xiàn)移動，從而產(chǎn)生運(yùn)動偽影，影響圖像質(zhì)量和診斷準(zhǔn)確性。對于一些病情較重、無法長時間保持靜止的患者，過長的掃描時間可能根本無法完成檢查，限制了該技術(shù)在這部分患者中的應(yīng)用。技術(shù)復(fù)雜性較高對操作人員和臨床醫(yī)生的專業(yè)水平提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)涉及到復(fù)雜的脈沖序列設(shè)計(jì)、信號采集和處理方法以及圖像重建算法等。操作人員需要具備深厚的磁共振成像原理知識和豐富的操作經(jīng)驗(yàn)，才能準(zhǔn)確地設(shè)置成像參數(shù)，確保采集到高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。臨床醫(yī)生在解讀超短回波時間磁共振成像圖像時，也需要掌握該技術(shù)的特點(diǎn)和圖像表現(xiàn)，能夠準(zhǔn)確地識別和分析圖像中的各種信息，做出正確的診斷。然而，目前許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)的操作人員和臨床醫(yī)生對該技術(shù)的了解和掌握程度有限，缺乏相關(guān)的培訓(xùn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這在一定程度上影響了技術(shù)的臨床應(yīng)用效果。5.3應(yīng)對策略與技術(shù)優(yōu)化針對超短回波時間磁共振成像定量技術(shù)中成像質(zhì)量影響因素及臨床應(yīng)用限制，一系列應(yīng)對策略與技術(shù)優(yōu)化措施不斷涌現(xiàn)。在解決磁場不均勻性問題方面，自校正技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該技術(shù)通過對磁場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析，自動調(diào)整磁場參數(shù)，以補(bǔ)償磁場的不均勻性。在頭部成像中，利用自校正技術(shù)可以有效減少顱骨與腦組織磁導(dǎo)率差異導(dǎo)致的磁場扭曲。在掃描過程中，設(shè)備會實(shí)時采集磁場信息，根據(jù)磁場的不均勻情況，自動調(diào)整梯度磁場的強(qiáng)度和方向，使得磁場在成像區(qū)域內(nèi)更加均勻，從而減少圖像中的信號強(qiáng)度不一致和幾何畸變現(xiàn)象，提高圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。為了降低運(yùn)動偽影的影響，多種技術(shù)手段被廣泛應(yīng)用。呼吸觸發(fā)技術(shù)是其中之一，在腹部成像時，通過監(jiān)測患者的呼吸運(yùn)動，當(dāng)呼吸處于特定時相時，觸發(fā)磁共振信號的采集，確保在呼吸相對穩(wěn)定的狀態(tài)下獲取圖像，從而減少呼吸運(yùn)動對圖像的影響。在肝臟磁共振成像中，利用呼吸觸發(fā)技術(shù)，在患者呼氣末屏氣時進(jìn)行信號采集，有效避免了因呼吸導(dǎo)致的肝臟位置移動，使圖像更加清晰，能夠準(zhǔn)確顯示肝臟的形態(tài)和病變情況。心電門控技術(shù)則主要應(yīng)用于心臟成像，通過與心電圖同步，在心臟跳動的特定時期采集信號，減少心臟搏動對圖像的干擾。在心臟磁共振成像中，心電門控技術(shù)能夠確保在心臟舒張期采集信號，此時心臟運(yùn)動相對較小，從而清晰地顯示心臟的結(jié)構(gòu)和功能，有助于醫(yī)生準(zhǔn)確診斷心臟疾病。針對射頻干擾問題，屏蔽技術(shù)和濾波技術(shù)是常用的解決方法。屏蔽技術(shù)通過在磁共振設(shè)備周圍設(shè)置屏蔽層，如金屬屏蔽網(wǎng)，阻擋外界射頻信號的進(jìn)入，減少其對磁共振信號的干擾。在醫(yī)院環(huán)境中，屏蔽層可以有效隔離其他醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的射頻信號，保證磁共振設(shè)備的正常工作。濾波技術(shù)則是對采集到的信號進(jìn)行處理，通過設(shè)置合適的濾波器，去除射頻干擾信號，提高信號的質(zhì)量。在圖像重建過程中，采用數(shù)字濾波算法，對含有射頻干擾的信號進(jìn)行濾波處理，去除信號中的噪聲和干擾成分，使圖像更加清晰，準(zhǔn)確反映組織的真實(shí)情況。為了降低設(shè)備成本，技術(shù)研發(fā)人員致力于開發(fā)更高效、低成本的硬件設(shè)備。采用新型材料和制造工藝，降低磁體、射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)以及梯度線圈等關(guān)鍵部件的生產(chǎn)成本。在磁體制造方面，探索新型超導(dǎo)材料，提高磁體的性能和穩(wěn)定性，同時降低其制造成本。優(yōu)化設(shè)備的設(shè)計(jì)和集成度，減少設(shè)備的體積和能耗，降低維護(hù)成本。開發(fā)小型化、便攜式的超短回波時間磁共振成像設(shè)備，不僅可以降低設(shè)備的采購成本，還能提高設(shè)備的可及性，使更多醫(yī)療機(jī)構(gòu)能夠應(yīng)用該技術(shù)。為了縮短掃描時間，加速采集技術(shù)得到了廣泛研究和應(yīng)用。并行采集技術(shù)是其中的重要手段之一，通過多個接收線圈同時采集信號，減少每個線圈采集的數(shù)據(jù)量，從而縮短掃描時間。在對全身骨骼進(jìn)行成像時，采用并行采集技術(shù)，利用多個線圈同時采集不同部位的信號，將原本需要較長時間的掃描過程大大縮短，同時保證了圖像的質(zhì)量和分辨率。壓縮感知技術(shù)則是利用信號的稀疏性，通過少量的采樣數(shù)據(jù)重建出高質(zhì)量的圖像，進(jìn)一步縮短掃描時間。在肺部高分辨率成像中，應(yīng)用壓縮感知技術(shù)，在減少掃描時間的同時，能夠準(zhǔn)確地顯示肺部的細(xì)微結(jié)構(gòu)和病變情況。為了提高操作人員和臨床醫(yī)生的專業(yè)水平，開展針對性的培訓(xùn)至關(guān)重要。培訓(xùn)內(nèi)容包括超短回波時間磁共振成像的原理、技術(shù)操作、圖像解讀等方面。通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作相結(jié)合的方式，使操作人員熟練掌握設(shè)備的操作技巧，能夠根據(jù)不同的檢查部位和臨床需求，準(zhǔn)確設(shè)置成像參數(shù)，獲取高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。對于臨床醫(yī)生，