本文由Chiara Giraudo、Stanislav Motyka、Michael Weber、Thorsten Feiweier、Siegfried Trattnig和Wolfgang Bogner等作者共同撰写，发表于2018年的《Investigative Radiology》期刊。研究的主要目的是评估和比较3特斯拉（3T）和7特斯拉（7T）磁场强度下，扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）和纤维追踪技术在健康小腿肌肉中的整体性能、可靠性、变异性以及准确性。

研究背景

扩散张量成像（DTI）是一种用于研究肌肉纤维结构的非侵入性成像技术，近年来在肌肉骨骼领域的应用逐渐增加。DTI不仅可以通过纤维追踪技术可视化肌肉纤维，还可以定量评估肌肉的生物力学特性（如纤维长度、数量和体积）以及扩散参数（如分数各向异性[Fractional Anisotropy, FA]和平均扩散率[Mean Diffusivity, MD]）。然而，DTI在肌肉中的应用面临一些技术挑战，包括高扩散梯度引起的涡流失真、低信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）以及肌肉的短T2/T1弛豫时间比。尽管3T和7T磁场强度下的DTI在肌肉研究中已显示出良好的结果，但尚未有研究直接比较这两种磁场强度下的DTI性能。

研究方法

研究招募了10名健康志愿者（5名男性，平均年龄29.1±4.7岁），分别在3T和7T磁共振成像（MRI）设备上进行了两次扫描。扫描使用了刺激回波采集模式（Stimulated-Echo Acquisition Mode, STEAM）DTI序列，采集了小腿肌肉、胫骨前肌、腓肠肌内侧、腓肠肌外侧和比目鱼肌的SNR和DTI指标（包括纤维数量[Track Numbers, TRN]、长度[Track Length, TRL]、体积[Track Volume, TRV]、FA、MD、轴向扩散率[Axial Diffusivity, AD]和径向扩散率[Radial Diffusivity, RD]）。研究使用配对t检验比较了3T和7T下的SNR和DTI指标，并通过变异系数（Coefficient of Variation, CV）和组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient, ICC）评估了DTI测量的变异性和可靠性。

研究结果

研究结果显示，7T下的SNR显著高于3T（+111%，p < 0.001）。在7T下，小腿肌肉、腓肠肌和比目鱼肌的纤维数量、长度和体积均显著增加（p < 0.05）。比目鱼肌在7T下表现出更高的FA（+14.3%）和更低的MD、AD和RD（p < 0.05），而其他肌肉的结果则较为复杂。所有DTI指标的CV在3T和7T下均表现良好（<10%），ICC在7T和3T下对多个DTI指标表现出优异的一致性（>0.750）。此外，7T在纤维数量和FA测量方面表现出更高的准确性。

结论

尽管DTI在肌肉研究中面临诸多挑战，但3T和7T均能提供可靠且精确的结果。7T由于更高的SNR，在纤维追踪方面表现出显著优势，尤其是在比目鱼肌等特定区域。然而，7T在某些肌肉（如胫骨前肌）中的FA和MD测量结果较为复杂，表明7T的优势可能仅限于特定区域。总体而言，7T在肌肉DTI中的应用具有潜力，尤其是在需要高SNR和高空间分辨率的场景中。

研究亮点

1. 高SNR的优势：7T下的SNR显著高于3T，显著改善了纤维追踪的质量。
2. 区域特异性结果：7T在比目鱼肌等特定区域表现出更高的FA和更低的MD，而在其他肌肉中的结果较为复杂。
3. 可靠性和变异性：3T和7T下的DTI测量均表现出良好的可靠性和低变异性，表明DTI在肌肉研究中的稳健性。
4. 潜在临床应用：研究结果为DTI在肌肉损伤和疾病诊断中的临床应用提供了重要参考。

研究局限性

1. 样本量较小：研究仅招募了10名志愿者，可能影响可靠性评估的准确性。
2. 单评分者分析：所有分析由单一评分者完成，未评估评分者间的一致性。
3. 扫描时间较长：DTI扫描时间较长（约10分钟），可能限制其在临床常规中的应用。

未来研究方向

未来的研究可以进一步探讨7T磁场下的磁化率效应、场不均匀性和化学位移对DTI测量的影响，并评估不同评分者间的可靠性。此外，加速扫描方法的研究也将有助于提高DTI在临床中的应用价值。

总结

本研究首次直接比较了3T和7T磁场强度下DTI在健康小腿肌肉中的性能，结果表明7T在纤维追踪和某些扩散参数测量中具有显著优势，尤其是在特定肌肉区域。尽管7T在某些方面表现出更高的复杂性，但其高SNR和高空间分辨率为肌肉DTI研究提供了新的可能性。