基於多飽和參數調製的CEST磁共振分子影像技術研究

《基於多飽和參數調製的CEST磁共振分子影像技術研究》是依託西北大學，由宋小磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多飽和參數調製的CEST磁共振分子影像技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋小磊
• 依託單位：西北大學

項目摘要

化學交換飽和轉移（CEST）是一種新的磁共振影像(MRI)技術，它可產生包含分子水平信息的高分辨圖像並可避免向體內注射金屬探針，正成為國際上的前沿研究熱點。雖然研究表明CEST信號對腦部腫瘤的精確診斷和療效評估有重要意義, 然而目前CEST成像技術在活體動物成像和臨床套用中還存在很大的局限性，特別是對腫瘤相關代謝分子的特異性遠不及傳統的MR波譜技術。本項目針對預臨床和臨床分子影像套用對新的CEST成像方法的迫切需求，計畫在前期調製飽和長度方法基礎上，通過仿真模型、仿體實驗和動物實驗驗證，建立一種多飽和參數調製、多回波讀取的CEST MRI指紋成像新方法。該方法創新性地通過高效採集CEST 信號隨飽和脈衝長度、強度和頻率變化的多維度動態信息，結合不同代謝分子的化學交換特性，並使用恰當的後處理方法，來提高活體檢測腫瘤組織中關鍵代謝分子和其他生化變化的特異性和敏感度。

結題摘要

前列腺腫瘤的早期、精確診斷及療效評估對降低腫瘤病人死亡率，提高生存質量有重要意義。化學交換飽和轉移磁共振（CEST-MRI）成像是目前備受關注的、可臨床轉化的無創分子影像新方法，有潛力對前列腺腫瘤發生髮展過程中異常代謝和生化成分的評估進行活體檢測和評估。儘管靈敏度高於傳統的磁共振波譜（MRS）技術，活體CEST-MRI技術存在很多挑戰，如易受其他信號的污染、對磁場不均勻度敏感，掃描時間過長和易產生運動偽影等。本項目在前期飽和長度與頻率變化的方法基礎上，加入飽和脈衝強度變化的信息，針對前列腺活體腫瘤成像特點重點開展了CEST-MRI的運動校正、信號提取和量化的理論方法研究和軟體實現。針對已有前列腺CEST研究僅關注了跟醯胺質子轉移（APT）相關的3.5ppm處信號且無法與核奧氏效應（NOE）區分的缺點，我們提出了基於偽佛克脫線型的Z譜擬合方法來提取前列腺腫瘤中不同代謝成分的化學交換特性變化，並在仿真和小動物活體實驗中證實其較傳統量化方法在準確性和魯棒性方面有明顯提升；針對活體小動物前列腺成像中常見的運動偽影問題，我們結合CEST信號特點提出了新的運動校正方法，包括使用魯棒主成分分析後的低秩成分作為參考圖像、兩步配準以及基於自適應隨機梯度下降法（ASGD）進行圖像配準等。我們還進一步歸納整理出使用兩種飽和參數的CEST-MRI信號提取方案以及經FFT提取的參數意義，在仿真實驗和活體實驗中驗證可提高活體檢測腫瘤本身代謝和其他生化成分變化的特異性和對比噪聲比；所提方法也可套用於檢測注射入小鼠體內的前列腺癌標識分子靶向探針的磁共振成像中；此外，還擴展了對荷瘤小鼠進行螢光分子斷層成像方面的研究工作。本項目的研究成果包括發表在領域內高水平期刊論文4篇，國家發明專利申請2項。這些研究成果將為前列腺腫瘤的小動物預臨床研究和臨床轉化套用提供了磁共振分子影像的技術手段，並且可以借鑑到CEST-MRI在其他疾病研究的套用中。