编者按
中国科学院深圳先进技术研究院的朱燕杰、王海峰研究员团队与北京协和医院放射科的王怡宁教授团队携手联影，基于联影高端科研型3T磁共振系统，创新性提出在bSSFP序列读出期间在相编码方向添加正弦波梯度的Wave-bSSFP波编码序列方法。与常规bSSFP序列相比，在单次心肌成像中，波编码方法具有高加速率且可以有效降低心脏成像中的g-factor和混叠伪影，极大提高心肌成像图像质量。
近日，该研究成果“High resolution single-shot myocardial imaging using bSSFP with wave encoding”发表于国际医学物理学领域的权威期刊《Medical Physics》[1]（IF=4.506）。中国科学院深圳先进技术研究院研究员朱燕杰为文章的第一作者，中国科学院深圳先进技术研究院研究员王海峰、北京协和医院放射科王怡宁教授为文章的共同通讯作者。
1. 研究背景
bSSFP序列广泛应用于心肌成像，如心肌组织表征[2]、心脏弥散张量成像[3]、亮血T2-prepared成像[4]、T1-scout等。为了降低心脏和呼吸运动的敏感性以及加速采集过程，目前临床中采用单次心跳过程中并行成像的方法，且典型的加速率大约为2。近年来，先进的并行成像方法Wave-CAIPI在加速成像方面实现了高度加速并行成像并且具有较低的g-factor。波编码的3D梯度GRE和bSSFP串行序列可以在大脑和腹部成像中实现高加速率以及提高成像质量。但是目前在体内单次心脏成像的高加速序列研究仍然较少。
基于此，本研究开发了一种波编码的2D bSSFP串行序列(Wave-bSSFP)，并与体内心脏成像中的常规解剖成像、T2加权的bSSFP和T1加权成像进行了对比评估，为心脏高加速单次bSSFP成像提供了新的思路。
2. 研究方法
2D Wave-bSSFP串行序列通过在bSSFP的读出过程中，在相位编码方向上施加额外的正弦波梯度。在串行结束时采集额外的校准数据以估计点扩散函数(PSF)的波形梯度。此序列设计如图1。在校准扫描时不需要与心电图同步，只需要一次采集即可进行心肌组织表征。在图像重建中使用Wave-SENSE的扩展类SENSE重建方法，采用两种权值映射图，权重图的非零区域由经验阈值标识。图像重建问题利用LSQR算法进行迭代求解，并使用平方和(SOS)方法将两个图像分量组合。
图1. Wave-bSSFP方法序列串行图
3. 研究成果
在体模成像中使用波幅为15mT/m，波周期为3的Wave-bSSFP序列，在相位编码方向对k空间数据进行R=4的欠采样，并计算重建图像的误差图和g-factor图。图2展示了使用Wave-bSSFP序列后，重建图像的噪声受到抑制，最大g-factor降低了28.9%。
研究验证了Wave-bSSFP在心脏成像中能够降低g-factor和抑制混叠伪影。图3展示了与bSSFP相比，Wave-bSSFP在R=4条件下，舒张期的最大g-factor分别降低了19.03%、22.14%和24.96%，在收缩期最大g-factor降低的百分比分别为18.92%、34.81%和19.25%。图4显示了当R=4时比R=2的图像具有更高的空间分辨率，且Wave-bSSFP的方法相比bSSFP能够消除混叠伪影。
Wave-bSSFP方法提高了图像分辨率，高分辨率图像能够改善T1图中心肌的描绘结果。图5显示了标准bSSFP、Wave-bSSFP和bSSFP CS的T1加权图像以及T1图对比。
图2. Wave-bSSFP和bSSFP方法在体模成像重建的结果对比
图3. R=4时Wave-bSSFP和bSSFP方法采集单次心脏图像以及相应g-factor图对比
图4. R=4与R=2 Wave-bSSFP和bSSFP方法采集单次心脏图像对比
4. 研究展望
本研究提出的Wave-bSSFP串行序列能够有效应用于单次采集高度加速的体内2D bSSFP心脏成像，与传统bSSFP方法相比能够有效减小 g-factor和混叠伪影，并且能够提高许多心脏成像的空间分辨率，广泛应用在例如定位、水肿成像和心肌参数映射等场景！
参考文献
[1] Zhu Y, Wang C, Su S, et al. High resolution single‐shot myocardial imaging using bSSFP with wave encoding[J]. Medical Physics, 2023.
[2] Aherne E, Chow K, Carr J. Cardiac T1 mapping: techniques and applications. J Magn Reson Imaging. 2020;51(5):1336-1356.
[3] Nguyen C, Fan Z, Xie Y, et al. In vivo diffusion-tensor MRI of the human heart on a 3 tesla clinical scanner: An optimized second order (M2) motion compensated diffusion-preparation approach. Magn Reson Med. 2016;76(5):1354-1363.
[4] Kellman P, Aletras AH, Mancini C, McVeigh ER, Arai AE. T2-prepared SSFP improves diagnostic confidence in edema imaging in acute myocardial infarction compared to turbo spin ech. Magn Reson Med. 2007;57(5):891-897.