使用可穿戴线圈进行运动校正的仰卧乳腺MRI的最佳传感器选择
基于可穿戴线圈的仰卧位乳腺MRI运动校正研究
学术背景
乳腺癌的诊断和监测中，磁共振成像（MRI）是至关重要的工具。目前，标准的乳腺MRI通常采用俯卧位进行成像，这种姿势有助于减少呼吸运动带来的伪影。然而，俯卧位对患者来说并不总是舒适的，并且与手术、超声检查、放射治疗等临床干预中常用的仰卧位存在乳腺形状和位置的差异。因此，开发仰卧位乳腺MRI具有重要的临床意义，但其对运动伪影的敏感性较高。
为了减少仰卧位乳腺MRI中的呼吸运动伪影，研究人员提出了多种策略，包括屏气技术、呼吸门控或重新排序技术，以及基于导航器或运动传感器的回顾性非刚性运动校正。其中，使用运动传感器进行校正是一种有效的方法。然而，传统的呼吸带（respiratory belt）在仰卧位乳腺MRI中的应用存在局限性，尤其是在使用可穿戴线圈（如“Bracoil”）时，呼吸带无法直接放置在线圈下方，导致信号采集不准确。因此，研究人员探索了使用MRI兼容的加速度计（accelerometers）作为替代方案，以优化运动校正效果。
论文来源
本论文由Karyna Isaieva、Nicolas Weber、Lena Nohava等人撰写，作者来自法国洛林大学（Université de Lorraine）、奥地利维也纳医科大学（Medical University of Vienna）等机构。研究得到了法国国家健康与医学研究院（INSERM）和欧洲区域发展基金（European Regional Development Fund）的支持。论文于2025年发表在IEEE Transactions on Biomedical Engineering期刊上。
研究流程
研究对象与数据采集
研究纳入了10名健康女性志愿者，共进行了17次仰卧位乳腺MRI扫描。扫描使用Siemens Prisma 3T MRI设备，并配备了可穿戴线圈“Bracoil”。在扫描过程中，7个MRI兼容的加速度计（Marmot传感器）被固定在Bracoil上，同时使用呼吸带记录呼吸信号。此外，还采集了低分辨率T1加权3D序列、高分辨率T2加权2D序列和高分辨率T1加权3D序列的图像数据。
生理数据处理
呼吸带信号通过低通滤波和二次漂移校正进行处理，而加速度计信号则通过带通滤波（截止频率为0.03 Hz和0.3 Hz）进行处理。研究人员还设计了一种算法来检测传感器位移，并排除了位移较大的传感器数据。为了评估传感器的独立性，研究对传感器信号进行了奇异值分解（SVD），并计算了归一化均方根误差（NRMSE）。
图像重建
图像重建使用GRICS（Generalized Reconstruction by Inversion of Coupled Systems）算法，该算法通过迭代求解运动校正图像和运动模型参数。研究中比较了两种运动校正策略：一种是基于高分辨率T2加权2D序列的2D运动模型，另一种是基于低分辨率T1加权3D序列的3D运动模型。
定量与定性评估
图像质量通过锐度指数（Sharpness Index, SI）进行评估，并计算了锐度增强（Sharpness Enhancement, SE）以比较不同校正方法的效果。此外，运动模型的准确性通过比较预测位移与实时MRI图像中的实际位移进行评估，使用了平均距离和（Mean Sum of Distances, MSD）作为评价指标。最后，两名放射科医生对图像进行了定性评分，评估了不同校正方法的图像质量。
研究结果
生理数据分析
研究发现，加速度计的位置对信号质量有显著影响，某些位置的传感器更容易保持稳定。此外，SVD分析表明，传感器的信号具有较高的独立性，单个传感器只能解释45%-70%的总运动数据。
定量评估
在T2加权2D序列中，使用所有加速度计的校正方法显著优于单个传感器和呼吸带。在T1加权3D序列中，所有加速度计的校正方法也表现最佳，但差异并不显著。此外，基于2D运动模型的校正效果优于3D运动模型。
运动模型评估
2D运动模型在预测位移方面表现更佳，其与实时图像的匹配度显著高于3D运动模型。MSD分析表明，2D运动模型的平均误差在30%-60%之间，而3D运动模型的误差较大。
定性评估
放射科医生的评分显示，使用所有加速度计的校正方法显著优于呼吸带，并且图像质量排名也更高。典型图像显示，使用所有加速度计的校正方法能有效减少伪影，尤其是在乳腺边缘区域。
结论与意义
研究表明，基于高分辨率T2加权2D序列的运动模型在仰卧位乳腺MRI中具有更高的准确性。同时，使用多个MRI兼容加速度计的校正方法显著优于传统的呼吸带，尤其是在使用可穿戴线圈时。这一发现为未来仰卧位乳腺MRI的临床应用提供了重要的技术参考。
研究亮点
- 创新性校正方法：本研究首次系统地评估了在可穿戴线圈中使用多个加速度计进行运动校正的效果，为仰卧位乳腺MRI提供了新的解决方案。
- 多传感器优势：研究发现，多个加速度计的联合使用能够显著提高运动校正的精度，这为未来的传感器优化提供了重要依据。
- 临床价值：该研究为乳腺癌患者的仰卧位MRI扫描提供了技术基础，有望提高诊断准确性并改善患者体验。
未来展望
研究人员计划进一步优化传感器设置，以提高运动信号的质量，并将在未来的研究中将该技术应用于乳腺癌患者。这一研究为仰卧位乳腺MRI的广泛应用奠定了坚实的基础。