超高场磁共振|超高频磁共振系统|制造商| Bruker - 雷竞技 lpl夏季赛六支俱乐部赛前变化,雷竞技贴吧

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运行。对于小动物成像，分辨率需要显著提高，以便可视化类似于人类的结构。由于敏感性随着场强的增加而增加，因此在临床前领域，7特斯拉和9.4特斯拉的场强是标准的。除此之外，从11.7特斯拉到21特斯拉的临床前超高频系统可以满足要求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而超线性增加，或MRI CryoProbes，其提供了额外的灵敏度提升。

超高频磁共振成像的优点不仅仅是灵敏度增益本身。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(BOLD)对比，改变的松弛时间，以及增加的敏感性效应，使其成为几种MRI方法的预定对象，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，超高频磁共振成像可以为理解生物过程开辟全新的途径。

更加敏感

利用

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。

超高分辨率磁共振成像

为了避免局部体积效应，从而提高数据质量和数据分析，需要最高分辨率。但是，如果被研究对象的个体体素中的信号不够大，所产生的低信噪比将阻碍图像的分析。超高场(UHF)仪器可以获得更大的信噪比，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“活体MRI组织学”的方向，并受益于一系列疾病模型中数据质量的提高[1,2]。

除了解剖成像，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，因为增加的信噪比对刺激强度的要求更低。此外，随着分辨率的提高，功能磁共振成像的准确性越来越不受体素大小的限制，而是取决于(在空间和时间上)流向神经元活动点的血流是如何被精确地调节的。此外，对于高分辨率的fMRI，部分体积效应的减少有望导致信噪比[4]的进一步提高。具有小体素尺寸的高分辨率fMRI将从超高频中受益，因为它在热噪声主导的环境中工作，因此，在这种情况下，与低磁场相比，预期[4]具有显著的灵敏度增益。

超高分辨率，高对比度T2加权活体小鼠大脑数据获得15.2特斯拉MRI CryoProbe。方法:RARE，分辨率:(29 x 29)µm2，切片厚度:203µm，切片:12，扫描时间:26分钟。

更高的吞吐量

典型的高分辨率、快速T2加权活体小鼠大脑数据，使用MRI CryoProbe在1分钟内以15.2特斯拉的速度获得。方法:RARE，分辨率:(47 x 49)µm²，切片厚度:400µm，切片:12，扫描时间:1分钟。

MRI系统的可用时间有限，需要大量的动物，或不稳定的模型，往往需要更短的测量时间。
当使用较低的场强时，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，测量时间可以显著缩短，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数量，节省的时间可以投入到其他科目或进一步的研究中。

促进x核成像

超高频信噪比增益的另一个好处是可以显著改善低陀螺磁比、四倍矩和低丰度的x核成像，甚至首次实现[5,6,7,8]。

这开辟了许多不同的研究应用，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[9]。由于超高频的高灵敏度，极大地方便了钠成像[7]。临床前UHF的重点是，除其他外，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)调节，以治疗缺血性中风[10]。此外，超高频MRI有可能导致氧(17O)成像的突破，从而可以直接进入细胞氧代谢。细胞氧代谢在阿尔茨海默氏症和帕金森氏症以及癌症等几种疾病中发生改变。因此，17O MRI具有可视化大脑局部病理变化的潜力，这表明了这种成像方法[8]的重要性。

x -核成像代谢的另一个应用是氘成像，可用于绘制葡萄糖代谢。除了能够映射葡萄糖代谢而不是葡萄糖摄取，氘代谢成像(DMI)比正电子发射断层扫描(PET)有额外的优势，使用非放射性基底[11]。氘在超高频下的敏感性增加，使得DMI成为PET的可行替代品。

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磁化率高

得益于

磁化率高

功能磁共振成像(fMRI)

超高场(UHF) MRI极大地受益于血液氧合水平依赖(BOLD)功能磁共振成像。在超高频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，因此改善了fMRI实验[1]，正如在15.2特斯拉的大鼠前爪刺激研究中所示，[2]看到了超过11%的BOLD反应。

功能MRI用于研究功能连通性，以进一步了解健康和疾病中的脑功能[3]。利用超高频提供的高灵敏度，高分辨率fMRI临床前实验变得可行。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S1FL在9.4 T时的反应，而S2和丘脑以及15.2 T时的S1FL[5]。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]下启用的高分辨率研究的情况。

独立成分分析(ICA)识别双侧皮层和纹状体连通性网络集，无需á先验假设。11.7特斯拉[3]体内大鼠脑数据采集。提供:Mathias Hoehn，马克斯-普朗克神经研究所，德国科隆

SWI和QSM

使用MRI CryoProbe在15.2特斯拉下获得的超高分辨率T2*加权活体小鼠大脑数据。方法:FLASH，分辨率:(20 x 20) μ m²，切片厚度:150 μ m，切片:7片，扫描时间:21分钟。A/C)幅值图像，两个不同的切片。B/D)对应相位图像。

除了BOLD成像，进一步的成像应用依赖于高磁化率效应与高信噪比结合，因此受益于超高频，是磁化率加权成像(SWI)和定量磁化率映射(QSM)[7]。例如，QSM可以应用于动物中风模型[8]的体内微血管研究。

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更高的光谱色散

利用

更高的光谱色散

光谱学

由于超高场(UHF)的灵敏度和高光谱色散，自然的UHF应用是磁共振波谱(MRS)。目前市面上的MRS仪器具有高达28特斯拉的场强，可以对小样品[1]进行超高分辨率光谱实验。

类似地，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体时临床前体内MRS有显著改善[Öz 2013, Shemesh Nat Commun 2014, Mlynárik 2008, Shemesh Journal of brain Blood Flow 2014]。而光谱编辑序列，如MEGA-PRESS，允许在较低场强下进行GABA成像，直接序列可用于UHF。例如，在15.2 T PRESS用于化学工程小鼠GABA的fMRS。[Zohar 2019]值得注意的是，已有研究表明，由于高磁场强度，某些代谢物可以首次在体内被检测到[Mlynárik 2008]。

除了灵敏度提高和高化学位移的好处外，进一步表明弛豫增强MRS策略还可以利用超高频下水和代谢物之间的弛豫时间差异来生成“无水”MRS，而不需要常规的水抑制技术[Shemesh Nat Commun 2014]。

使用MRI CryoProbe在15.2特斯拉下获得的活体小鼠光谱示例。A和B)解剖参考与指示体素位置。C)对应的光谱。方法:STEAM，回声时间:1.1 ms，体素大小:(2 x 2 x 2) mm³，分辨率增强移位高斯滤波，位移:7%，展宽:7 Hz，扫描时间:17分钟。

化学交换磁共振成像

除了光谱学，光谱色散的增加也有利于磁化传输技术，如化学交换饱和传输(CEST)成像，从而导致高选择性[Bruker CEST]。超高频化学交换技术的其他优势包括可以达到更高的饱和度[Bruker CEST]和相对于化学位移的交换率降低[Chung 2017]。由于交换速率必须小于化学位移，光谱色散的增加可以更快地检测到交换化合物[Wu 2016]。

为了确定临床前和临床场强的最佳条件，McMahon等人对化学位移、交换率和检测灵敏度进行了模拟，并确定11.7 T时可用化学位移范围明显大于3 T时。[BrukerCEST 2021］

Chung等人最近的一篇论文表明，与9.4特斯拉相比，15.2特斯拉对大鼠大脑中胺质子信号的化学交换效应显著增加。据报道，与9.4特斯拉相比，增加了65%，强调了超高频在化学交换应用中的重要性[Wu 2016, Bruker fMRI]。该小组还研究了小鼠后肢中PCrCEST对磷酸肌酸(PCr)的调制，并发现在15.2特斯拉时PCrCEST信号比在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UHF的一个突出的CEST应用是GluCEST，用于监测神经退行性疾病的局部代谢缺陷[Bruker CEST, Pépin 2016]。例如，过去在使用超高频敲入小鼠模型中应用GluCEST被确定为亨廷顿病的潜在体内生物标志物[Pépin 2016]，最近在小鼠癫痫模型中使用GluCEST，在该模型中，慢性蛋氨酸亚磺亚胺(MSO)诱发癫痫的治疗小鼠海马区葡萄糖est对比度降低[Bagga 2019]。

此外，有迹象表明，glucoCEST可用于研究与神经元活动相关的代谢。使用大鼠前爪电刺激模型在17.2特斯拉下进行的GlucoCEST在刺激期间显示了与BOLD成像提供正对比的相同区域的负对比，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]。

tsat = 3 s, T1w = 2 s, T2w = 0.1 s的Bloch模拟

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相控阵和核磁共振冷冻探针

利用最优线圈技术实现最大信号

相控阵和核磁共振冷冻探针

接收阵列

对于临床系统，最近显示，对于仅接收的阵列，信噪比(SNR)随着磁场强度[1]的超线性增加。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可能性，从而有可能增加空间和时间分辨率。对于临床前超高频成像，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

活体小鼠大脑，分辨率为29µm，用MRI CryoProbe在15.2 T下测量。采集细节:RARE，分辨率:(29 × 29 × 200)µm³，TR: 3.5 s, TE: 25 ms，回波:6，切片:7

在临床前MRI中，低温冷却MRI CryoProbes[2]提供了额外的灵敏度提升[3]，并已被广泛使用。结合超高频MRI，额外的增益是显著的，并在合理的测量时间[4]实现最高质量的图像。因此，例如，可以在配备MRI CryoProbe的临床前15.2特斯拉上轻松获得超高分辨率的体内小鼠大脑数据。

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