我国打造出产学研医的新科研生态创新成果

发布时间： 2021-12-20 15:49:49   |  来源： 中国网健康   |  责任编辑： 张丰

近日，中国科学院深圳先进技术研究院的研究工作Accelerating the 3D T1ρ mapping of cartilage using a signal compensated robust tensor principal component analysis model发表在国际权威期刊 Quantitative Imagingin Medicine and Surgery，并被选为当期的期刊封面文章。朱燕杰研究员、梁栋研究员为共同通讯作者，刘元元博士为第一作者。该研究基于联影3.0T磁共振进行数据采集，基于压缩感知理论框架，实现了4分钟内全膝关节扫描的三维快速磁共振T1ρ定量成像。

据介绍，骨关节炎是最常见的一种关节炎疾病之一，是造成残疾的主要原因，已影响着全世界数百上千万人，给家庭、社会造成巨大的经济负担。这种疾病是一种退行性病变，且随着年龄的增大，发病率逐渐上升。骨关节炎的一个重要特征是关节软骨退化，早期确诊骨关节炎后，采取干预措施可改变甚至逆转疾病进程。

磁共振定量成像（如纵向弛豫T1和横向弛豫T2等）可以表征组织的一些固有信息，已成为一种重要的、安全有效的诊断工具。除T2弛豫外，近年来的研究表明，关节软骨退化是由于胶原蛋白基质的损伤引起的，磁共振旋转坐标系下的自旋晶格弛豫（spin-lattice relaxation in the rotating frame，T1ρ）可以很好地反映出这种基质的变化，其对运动受限的水分子质子和关节软骨细胞外基质中的蛋白多糖大分子间的相互作用比较敏感，且T1ρ的值随着蛋白多糖的减少而增加，因此T1ρ定量成像已在骨关节炎中的软骨退变、膝盖软骨损伤等相关疾病诊断上受到了临床上的广泛关注。

当前，磁共振T1ρ定量成像需采集多幅不同自旋锁定时间（time of spin-lock,TSL）点的图像才能准确计算T1ρ定量值；同时由于关节软骨薄而弯曲，需要高空间分辨率才能全面刻画关节软骨的形态学特征，清晰显示出关节软骨的边界。这两方面的要求使得三维膝关节磁共振T1ρ成像的扫描时间为单幅图像扫描时间的数十倍。较长的成像时间会带来一系列其他问题，如射频功率沉积高以及患者的不适，因此极大地制约了该方法的临床应用。  

为解决扫描时间过长这一问题，深圳先进院基于压缩感知理论框架，提出了一种基于低秩张量和信号补偿的快速磁共振T1ρ定量成像方法（TenSCOPE），将扫描时间由全采样数据所需的39.5分钟缩短至4分钟，实现了快速膝关节T1ρ定量成像。

图1.基于低秩张量和信号补偿的膝关节T1ρ定量图像重建流程图

图2.利用所提的TenSCOPE方法对两名志愿者不同加速倍数下（R=5, R=7）前瞻性欠采样数据进行重建的T1ρ定量结果图

研究利用信号的物理弛豫模型提高其在参数方向的低秩性，并基于高阶张量，将补偿后的图像分解为相似的低秩张量和细节的稀疏张量，通过鲁棒性张量主成分分析模型获得重建图像，所提的方法在高达9.7倍加速倍数下仍能获得与全采样参考数据相当的图像，且重建的误差小于现有主流的压缩感知重建方法（图3）。

图3.不同加速倍数下（R=5.2, 7.7, 9.7）所提的TenSCOPE与其他主流方法的重建结果对比。A.参考图像以及R=9.7倍的欠采样模板B. TenSCOPE与其他两种主流方法的重建图像以及重建误差对比。

该研究提出的三维全膝关节T1ρ定量成像技术已经申请国家发明专利。该方法极大地缩短了三维膝关节T1ρ定量成像的成像时间，提高了扫描效率，在提高医生临床诊断效率、节省患者经济支出方面具有较大潜力，有望获得临床转化。

据了解，自2017年，联影与中国科学院深圳先进院（先进院）携手研发的中国首台3.0T磁共振上市以来，联影3.0T除了实现中国高场磁共振从无到有的突破之外，更是受到了全国顶级客户的认可。2021年9月，联影与先进院牵头，联合中国人民解放军总医院与上海复旦大学中山医院共同完成的《高场强磁共振医学影像设备自主研制与产业化》项目获得国家科技进步一等奖。制造业企业与科研院所联合医疗机构打造出了产学研医的新科研生态，其中，以先进院为代表的国内顶级科研机构与联影进行的产学研科研合作在过去一段时间产生了丰富的高水平科研成果。