超高场磁共振成像
概要
概述
目前，大多数临床MRI系统在1.5特斯拉和3特斯拉的中等场强下工作。对于小动物成像，分辨率需要显著提高，以便看到与人类相似的结构。由于灵敏度随场强的增加而增加，因此7特斯拉和9.4特斯拉的场强是临床前领域的标准。除此之外，临床前UHF系统范围从11.7特斯拉到21特斯拉，适用于需要最高灵敏度的特定应用。当超高场强与最佳线圈设置相结合时，即使是最苛刻的应用也变得可行，例如仅接收阵列，其灵敏度随磁场强度呈超线性增加，或MRI CryoProbes，提供额外的灵敏度提升。
超高频磁共振成像的优势超出了灵敏度增益本身。超高频MRI促进了一系列成像方法和应用。增加的化学位移，增加的血氧水平依赖性(BOLD)对比，改变的松弛时间和增加的敏感性效应使其成为几种MRI方法的预设，如MR光谱(MRS)， BOLD功能MRI (fMRI)，化学交换饱和转移(CEST)，敏感性加权成像(SWI)和定量敏感性映射(QSM)。综上所述，超高频MRI可以为理解生物过程开辟全新的途径。
更加敏感
更加敏感
超高场(UHF)的应用直接受益于高灵敏度。例如，获得的信噪比性能可以投资于更高的分辨率和/或更短的扫描时间，或者可以在x -核成像中利用。
超高分辨率MRI
为了避免部分体积效应，从而提高数据质量和数据分析，需要最高的分辨率。然而，如果被调查对象的个体素中的信号不够大，则由此产生的低信噪比将禁止对图像进行分析。超高场(UHF)仪器可以获得更高的信噪比，因此可以直接转化为更高的分辨率。这使得研究人员能够将分辨率推向“体内MRI组织学”的方向，并从一系列疾病模型中提高的数据质量中受益[1,2]。
除了解剖成像外，许多MRI方法也受益于灵敏度的提高。例如，在BOLD fMRI中，可以定义更精细的刺激范式，因为信噪比的增加对刺激强度的要求更低。此外，随着分辨率的提高，fMRI的准确性越来越不受体素大小的限制，而是受血流到神经元活动点的具体时间(空间和时间)的限制。此外，对于高分辨率fMRI，减小的部分体积效应有望导致信噪比的进一步改善。小体素尺寸的高分辨率fMRI还将受益于UHF，因为它工作在热噪声主导的环境中，因此，在这种情况下，与较低磁场相比，预期灵敏度增益显著。
更高的吞吐量
MRI系统的可用时间有限，需要的动物数量多，或模型不稳定，往往使所需的测量时间缩短。
当使用较低场强时，通常需要较长的测量时间来获得足够的信噪比。使用超高频，测量时间可以大大缩短，因为，例如，灵敏度提高两倍，可以在四分之一的时间内获得具有相同分辨率和相似质量的图像。因此，可以减少数据平均的次数，节省的时间可以投入到额外的科目或进一步的研究中。
增强x -核成像
超高频信噪比增益的另一个好处是，低回旋磁比、四倍矩和低丰度的x核成像可以得到显著改善，甚至首次成为可能[5,6,7,8]。
这开辟了许多不同的研究应用，例如钠(²³Na)成像。钠核磁共振成像目前应用广泛。例如，在临床系统中，钠浓度测量用于研究组织活力。由于超高频的高灵敏度，极大地方便了钠离子成像。临床前UHF的重点是使用钠浓度和分布作为指标，帮助细胞工程师改善人间充质干细胞(hMSC)的调节，以治疗缺血性卒中[10]。此外，超高频MRI可能会导致氧(17O)成像的突破，从而可以直接进入细胞氧代谢。细胞氧代谢在诸如阿尔茨海默病、帕金森病以及癌症等几种疾病中发生改变。因此，17O MRI具有可视化脑局部病理变化的潜力，强调了这种成像方法的重要性。
代谢x核成像的另一个应用是氘成像，它可以用来绘制葡萄糖代谢图。氘代谢成像(DMI)除了能够绘制与葡萄糖摄取相反的葡萄糖代谢图外，还具有使用非放射性底物[11]的正电子发射断层扫描(PET)的额外优势。氘在超高频下的灵敏度增加，使DMI成为PET的可行替代品。
[10] [pepetiet A, Aigrot M-S, Stankoff B.多发性硬化症慢性小鼠模型11.7T时灰质和白质脱髓鞘和再髓鞘的多模态定量MRI分析。]神经科学进展，2016;10:491。doi: 10.3389 / fnins.2016.00491。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC5081351 /
[10]王洪辉，张建军，张建军，张建军。15.2T时饮食性肥胖小鼠模型的脂水磁共振成像。医学影像杂志，2016;3(2):026002。jmi.3.2.026002 doi: 10.1117/1.。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC4877437 /
[10]刘建军，张建军，张建军，超高场核磁共振成像技术的研究进展。科学杂志2018;168: 1 - 6。doi: 10.1016 / j.neuroimage.2018.01.072
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 29410013
[10]张建军，张建军，张建军，张建军。超高场磁共振成像(MRI)对脑血管生理学和血流动力学反应的影响。科学杂志2018;168年279 - 295。doi: 10.1016 / j.neuroimage.2017.02.063。
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 28254456
世界上最强大的核磁共振成像仪正在将人类成像推向新的极限。自然，563,24-26 (2018)，doi: 10.1038/d41586-018-07182-7
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 30382222
[6] Öz G, Tkáč I, Uğurbil K.动物模型和高场成像与光谱。临床神经科学对话。2013;15(3):263-278。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC3811099 /
[7] Deutsches Krebsforschungszentrum: www.dkfz.de/en/medphysrad/projectgroups/t7_x-nuclei/t7_x-nuclei_Na_MRI
[8]德国科学研究中心:
www.dkfz.de / en / medphysrad / projectgroups / t7_x-nuclei / t7_x-nuclei_O_MRK
[10]刘建军，刘建军，刘建军，刘建军，等。脑肿瘤的钠核磁共振成像技术研究进展。中国神经影像学杂志。2009;19(4):615-624。doi: 10.1016 / j.nic.2009.09.001。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC3718497 /
利用高电场与细胞疗法对抗缺血性中风
力量:www.videcame.com/event雷竞技贴吧s/webinars/using-high-fields-to-combat-ischemic-stroke-with-cell-therapy.html
[10] De Feyter H, Behar K, Corbin Z, Fulbright R, Brown P, McIntyre S, Nixon T, Rothman D, De Graaf R.氘代谢成像(DMI)在体内的应用。科学。放置2018;4.doi: 10.1126 / sciadv.aat7314
https://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaat7314
更高磁化率
更高磁化率
功能磁共振成像(fMRI)
超高场(UHF) MRI的一个重要应用是血氧水平依赖(BOLD)功能磁共振成像。UHF下增加的敏感性效应转化为更大的可观察到的BOLD信号变化，从而改善了fMRI实验[1]，正如在15.2特斯拉的大鼠前爪刺激研究中所证明的那样，其中看到了超过11%的BOLD反应[2]。
功能MRI用于研究功能连通性，以进一步了解健康和疾病bb0中的脑功能。利用超高频提供的高灵敏度，高分辨率的fMRI临床前实验因此成为可能。例如，前爪体感刺激通常只在S1FL中显示BOLD反应。然而，最近的一项研究在9.4 T和15.2 T时仅检测到9.4 T时的S1FL反应，而S2和丘脑以及15.2 T时的S1FL反应。在热噪声占主导地位的情况下，功能灵敏度还将受益于超高频，因为它直接依赖于灵敏度，间接依赖于时间噪声[2]。这是在UHF[6]启用的高分辨率研究的情况。
SWI和QSM
除了BOLD成像之外，依赖于高磁化率效应和高信噪比并因此受益于UHF的其他成像应用是磁化率加权成像(SWI)和定量磁化率作图(QSM)[7]。例如，QSM可以在体内应用于研究动物中风模型[8]的微血管。
[1] Duyn JH。超高场核磁共振成像和功能核磁共振成像用于人脑研究的未来。科学杂志。2012;62(2):1241 - 1248。doi: 10.1016 / j.neuroimage.2011.10.065。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC3389184 /
[2]韩善，孙金平，赵海杰，朴建勇，金世贤。在9.4和15.2特斯拉的超高场下，梯度回波和自旋回波血氧水平依赖的功能MRI。医学磁共振。2018;1 - 10。doi: 10.1002 / mrm。27457 www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 30183108
[10]王晓东，王晓东。大鼠脑功能连通性的MRI研究。布鲁克应用笔记2012
Functional_Connectivity.pdf
[10]李建军，李建军，李建军，等。高分辨率BOLD功能核磁共振成像技术在大鼠脑内的应用。Bruker Application Note 2011 BOLD_MRI_AppsNote_T13106.pdf
[10]郑文彬，沈海军，金世勋。小鼠BOLD fMRI在超高场下检测包括丘脑核在内的体感觉网络。科学杂志。2019; 195: 203 - 214。doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.03.063 www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 30946950
[10]张建军，张建军，张建军，等。磁共振成像技术在脑血流动力学研究中的应用。科学杂志。2018;168: 279 - 295。doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.02.063 www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 28254456
[10]杜文杰。磁共振敏感性成像。磁共振杂志(圣地亚哥，加利福尼亚 :1997)。2013; 229:198 - 207。doi: 10.1016 / j.jmr.2012.11.013。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC3602381 /
[10]谢明成，蔡春云，廖明成，杨建林，苏春华，陈建华。基于定量敏感性定位的磁共振静脉成像显微技术(QSM-mMRV)用于大鼠脑卒中模型的体内形态和功能评估。蒋强编。PLoS ONE。2016; 11 (3): e0149602。doi: 10.1371 / journal.pone.0149602。
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 26974842
更高的光谱色散
更高的光谱色散
光谱学
由于超高场(UHF)的灵敏度增加和高光谱色散，超高频的自然应用是磁共振波谱(MRS)。目前，商用MRS仪器的场强高达28特斯拉，可以对小样本进行超高分辨率光谱实验。
同样，超高频磁共振磁体可以利用体内增加的化学位移和灵敏度。因此，有报道称使用超高频磁铁可显著改善临床前体内MRS [Öz 2013, Shemesh Nat Commun 2014, Mlynárik 2008, Shemesh Journal of Cerebral Blood Flow 2014]。而频谱编辑序列，如MEGA-PRESS，允许在较低场强下进行GABA成像，直接序列可以在UHF下使用。例如，在15.2 T时，PRESS用于化学基因工程小鼠的GABA的fMRS。[Zohar 2019]值得注意的是，有研究表明，由于高磁场强度，某些代谢物首次可以在体内检测到[Mlynárik 2008]。
除了灵敏度增益和高化学位移的好处之外，还可以进一步证明，弛豫增强MRS策略允许额外利用超高频水和代谢物之间的弛豫时间差异来产生“无水”MRS，而无需常规的水抑制技术[Shemesh Nat Commun 2014]。
化学交换MRI
除了光谱学之外，增加的光谱色散也有利于磁化转移技术，如化学交换饱和转移(CEST)成像，从而实现高选择性[布鲁克CEST]。超高频化学交换技术的进一步优势包括可以实现更高的饱和度[Bruker CEST]和相对于化学位移降低的交换率[Chung 2017]。由于交换速率必须小于化学位移，增加的光谱色散允许检测到更快交换的化合物[Wu 2016]。
Chung等人最近的一篇论文表明，与9.4特斯拉相比，15.2特斯拉时大鼠脑中胺质子信号的化学交换效应显著增加。与9.4特斯拉相比，报告增加了65%，强调了UHF在化学交换应用中的重要性[Wu 2016, Bruker fMRI]。同一组还研究了PCrCEST对小鼠后肢磷酸肌酸(PCr)的调节，发现15.2特斯拉时PCrCEST信号比9.4特斯拉时高29%。PCrCEST在后肢的显著敏感性表明，PCrCEST可能对绘制心脏等肌肉的能量代谢有价值[Chung 2019]。
受益于超高频的一个突出的CEST应用是GluCEST，它监测神经退行性疾病的局部代谢缺陷[Bruker CEST, p
此外，有迹象表明，葡萄糖est可用于研究与神经元活动相关的代谢。使用前爪电刺激的大鼠模型，在17.2特斯拉时进行的葡萄糖测试显示，在刺激期间，BOLD成像提供正对比的同一区域显示负对比，从而证明了CEST fMRI能够局部监测葡萄糖浓度的时间变化[Roussel 2019]。
[1]Ascend GHZ类概述
[2] Öz G, Tkáč I, Uğurbil K.动物模型和高场成像与光谱。临床神经科学对话。2013;15(3):263-278。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC3811099 /
[10]刘建军，刘建军，刘建军，刘建军，等。脑卒中大鼠脑电代谢特性研究进展。Nat common . 2014;5: 4958。doi: 10.1038 / ncomms5958
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 25229942
[4] Mlynárik V, Cudalbu C, Xin L, Gruetter R.体内大鼠脑在14.1特斯拉下的1H NMR谱:神经化学谱的定量改进。[J];194: 163 - 168。doi: 10.1016 / j.jmr.2008.06.019
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 18703364
[10]刘建军，刘建军，刘建军，等。超强磁场对脑缺血的影响。脑血流杂志2014;34(11):1810-1817。doi: 10.1038 / jcbfm.2014.149。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC4269758 /
[10]王晓明，王晓明，王晓明，等。功能磁共振波谱法检测小鼠体内GABA的初始释放。Ismrm 2019 2233
https://index.mirasmart.com/ISMRM2019/PDFfiles/2233.html
[7]神经退行性疾病的CEST MRI代谢成像| Bruker: www.videcame.com/service/education-training/webinars/pci-webinars
[10]郑建军，崔伟，靳涛，李建辉，金绍国。生物医学学报。2017;30(3):391 - 391。doi.org/10.1002/nbm.3740
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 28544035
[10]吴波，Warnock G, Zaiss M, Lin C，陈敏，周忠，Mu L, Nanz D, Tuura R, Delso G. CEST MRI在非mr物理学家中的应用综述。2016;EJNMMI物理3:19
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 27562024
[10]利用超高场啮齿类动物大脑的分子和功能MRI对脑功能的新见解| Bruker: 雷竞技怎么下载www.videcame.com/service/education-training/webinars/pci-webinars
[10]郑建军，金涛，李建辉，金世勋。肌内磷酸肌酸的化学交换饱和转移成像。医学磁共振，2019,81(6):3476-3487。doi: 10.1002 / mrm.27655
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 30687942
[10]潘文娟，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军。科学杂志。2016;139: 53 - 64。doi: 10.1016 / j.neuroimage.2016.06.023
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 27318215
[10]刘建军，刘建军，李建军，等。脑磁共振成像技术在癫痫发病机制研究中的应用。Ismrm 2019 3121
https://index.mirasmart.com/ISMRM2019/PDFfiles/3121.html
[10]刘建军，李建军，李建军，等。基于CEST功能磁共振成像的脑糖消耗检测。科学报告9(1):4423。doi.org/10.1038/s41598 9 - 019 - 40986 - 1
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 30872689
相控阵与MRI冷冻探针
相控阵与MRI冷冻探针
接收阵列
对于临床系统，最近的研究表明，对于仅接收阵列，信噪比(SNR)随着磁场强度的增加呈超线性增长。这些结果强调了移动到超高场(UHF)系统时令人印象深刻的信噪比增益。
除了信噪比增益本身，接收阵列线圈进一步提供加速的可能性，从而有可能增加空间和时间分辨率。对于临床前的超高频成像，阵列线圈可用于大脑，心脏，脊柱和身体，并已发现常规使用。
MRI冷冻器
在临床前MRI中，低温冷却的MRI CryoProbes[2]提供了额外的灵敏度提升[3]，并已被广泛使用。与UHF MRI相结合，额外的增益是显著的，并在合理的测量时间内实现最高质量的图像。因此，例如，在配备MRI CryoProbe的临床前15.2 Tesla上，可以轻松获得超高分辨率的活体小鼠大脑数据。
[10] Pohmann, R, Speck, O, Scheffler, K.基于电流接收线圈阵列的3,7和9.4特斯拉下人脑成像的信噪比和MR组织参数。粉剂。的原因。地中海,2016;75: 801 - 809。doi: 10.1002 / mrm.25677
www.ncbi.nlm.nih.gov pubmed / 25820458
[2] MRI CryoProbes | Bruker www.videcame.com/products/mr/preclinical-mri/mri-cryoprobes。
[10]李建军，李建军，李建军，等。使用低温射频线圈技术在小型啮齿动物中推进心血管、神经血管和肾脏磁共振成像。药理学前沿。2015;6:255。doi: 10.3389 / fphar.2015.00255。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC4642111 /
[10] [pepetiet A, Aigrot M-S, Stankoff B.多发性硬化症慢性小鼠模型11.7T时灰质和白质脱髓鞘和再髓鞘的多模态定量MRI分析。]神经科学进展，2016;10:491。doi: 10.3389 / fnins.2016.00491。
www.ncbi.nlm.nih.gov pmc /文章/ PMC5081351 /
Labscape
磁共振和临床前成像的服务和生命周期支持
布鲁克承诺在整个购买周期内为客户提供无与伦比的帮助，从最初的询问到评估、安装和仪器的使用寿命，现在以LabScape服务概念为特征。
LabScape维护协议，现场按需和增强您的实验室旨在为现代实验室提供维护和服务的新方法