提高3T胎儿MRI图像质量并降低SAR的高介电常数垫研究

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胎儿MRI 高介电常数垫 图像质量 SAR降低 3T磁共振成像

高介电常数垫在3T胎儿MRI中的应用研究

背景介绍

随着医学影像技术的进步，胎儿MRI（磁共振成像）在产前诊断中的应用越来越广泛。与超声相比，MRI能够提供更高的软组织分辨率和对比度，尤其在胎儿脑部、肺部、脊柱等复杂结构的成像中具有显著优势。然而，随着磁场强度的提高，3T MRI在胎儿成像中面临两大技术挑战：一是由于介电效应导致的图像质量下降，二是特定吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）的增加。SAR的增加不仅可能对胎儿和母体产生潜在的热效应风险，还可能限制成像参数的调整，从而影响图像质量和扫描时间。

为了解决这些问题，研究人员开始探索高介电常数（High Dielectric Constant, HDC）垫在3T胎儿MRI中的应用。HDC垫通过调节射频场的波长，能够改善射频场的均匀性，减少介电伪影，并降低SAR值。尽管此前已有电磁模拟研究表明HDC垫在3T MRI中的潜力，但其在孕妇实际扫描中的应用效果尚未得到充分验证。因此，本研究旨在评估HDC垫在3T胎儿MRI中提高图像质量和降低SAR的临床效果。

论文来源

本论文由Zhengyang Zhu、Xunwen Xue、Tang Tang等多位作者共同完成，作者团队来自南京大学附属鼓楼医院、中国科学院深圳先进技术研究院、联合影像医疗集团等多个机构。论文于2025年发表在《Journal of Magnetic Resonance Imaging》期刊上，题为“Improving Image Quality and Decreasing SAR with High Dielectric Constant Pads in 3T Fetal MRI”。

研究流程与结果

研究对象与实验设计

本研究为前瞻性单中心观察性研究，共招募了168名孕妇参与者，其中128名接受了平衡稳态自由进动序列（Balanced Steady-State Free Precession, bSSFP）扫描，40名接受了单次激发快速自旋回波序列（Single-Shot Fast Spin-Echo, SSFSE）扫描。参与者的临床特征包括孕周（Gestational Age, GA）、羊水指数（Amniotic Fluid Index, AFI）、腹围（Abdominal Circumference, AC）、体重指数（Body Mass Index, BMI）以及胎儿位置等。

HDC垫的设计与制备

研究团队设计了一种由钛酸钡（BaTiO3）和重水（D2O）按4:1比例混合的高介电常数材料，并将其填充到10个尺寸为350 mm × 40 mm × 15 mm的塑料袋中，最终制成HDC垫。该垫的相对介电常数和电导率分别为223.699和0.372 S/m。

MRI扫描与图像分析

所有参与者首先在HDC垫的辅助下进行轴向、冠状和矢状面的扫描，随后移除HDC垫并重复扫描。图像质量分析包括定量分析（信噪比SNR和对比噪声比CNR）和定性分析（由三位放射科医生对图像质量、介电伪影和诊断信心进行评分）。此外，研究还记录了全身总SAR值。

主要结果

  1. 图像质量提升：

    • 在bSSFP序列中，使用HDC垫后，SNR平均提高了41.45%，CNR平均提高了54.05%。
    • 在SSFSE序列中，SNR平均提高了258.76%，CNR平均提高了459.55%。
    • 定性分析显示，使用HDC垫后，整体图像质量、介电伪影减少和诊断信心均显著改善。

  2. SAR值降低：

    • 在bSSFP序列中，全身总SAR值降低了32.60%。
    • 在SSFSE序列中，全身总SAR值降低了15.40%。

  3. 临床特征与图像质量变化的相关性：

    • 研究未发现图像质量变化与参与者临床特征（如孕周、羊水指数、腹围等）之间的显著相关性。

结论与意义

本研究表明，在3T胎儿MRI中使用HDC垫能够显著提高图像质量，减少介电伪影，并降低SAR值。这一发现为HDC垫在临床实践中的应用提供了有力支持，尤其是在提高胎儿MRI的安全性和成像质量方面具有重要价值。

研究亮点

  1. 创新性：本研究首次在临床环境中验证了HDC垫在3T胎儿MRI中的应用效果，填补了此前电磁模拟研究与实际应用之间的空白。
  2. 实用性：HDC垫的设计简单且易于操作，能够在不增加扫描复杂性的情况下显著改善图像质量和安全性。
  3. 广泛适用性：研究结果表明，HDC垫在不同孕周、腹围和胎儿位置的孕妇中均表现出良好的效果，具有广泛的临床应用潜力。

未来展望

尽管本研究取得了积极的结果，但仍存在一些局限性。例如，HDC垫为自制设备，其可重复性和标准化生产仍需进一步研究。此外，未来研究可以探索HDC垫在其他MRI序列中的应用效果，以及在不同厂商的MRI设备中的兼容性。

本研究的成果为3T胎儿MRI的技术改进提供了新的思路，有望在未来的临床实践中得到广泛应用。