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深度学习MRI重建算法临床应用新进展述评
严福华

Cite this article as: YAN F H. Editorial comment: the progress in clinical application of deep learning MRI reconstruction algorithm[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2024, 15(10): 1-2.本文引用格式:严福华. 深度学习MRI重建算法临床应用新进展述评[J]. 磁共振成像, 2024, 15(10): 1-2. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2024.10.001.


[摘要] 深度学习重建(deep learning reconstruction, DLR)算法逐步成熟,已经成为MRI图像重建领域最为前沿的技术,随着DLR算法的不断优化和模型泛化性的提升,适用范围越来越广,在优化临床流程、提升图像质量以及疾病的诊断中均发挥了重要作用。DLR算法能够有效地降低图像噪声、减少甚至消除运动伪影、缩短扫描时间,提供更高的对比度,优化诊断效能。随着各类DLR算法的不断开发和成熟,在临床上的应用范围也不断扩大,从以往的2D序列拓展到3D序列,从结构成像到功能成像,逐步展现其潜在的优势,一定会助力MRI疾病诊断能力的提升。本文对MRI DLR算法的临床应用进行总结,为相关研究提供参考。
[Abstract] Deep learning reconstruction (DLR) algorithm is gradually mature and has become the most cutting-edge technology in the field of MRI. With the continuous optimization of DLR algorithms and the improvement of model generalization, the scope of application is becoming wider and wider, which plays an important role in optimizing clinical process, improving image quality and disease diagnosis. DLR algorithm can effectively reduce image noise, reduce or even eliminate motion artifacts, shorten scanning time, provide higher contrast, and optimize diagnostic efficiency. With the continuous development and maturity of various DLR algorithms, the scope of clinical application is also expanding, expanding from the previous 2D sequence to 3D sequence, from structural imaging to functional imaging, and gradually showing its potential advantages, which will definitely help improve the ability of MRI disease diagnosis. This paper summarized the clinical application of MRI DLR algorithm to provide reference for related research.
[关键词] 磁共振成像;深度学习;图像重建;算法
[Keywords] magnetic resonance imaging;deep learning;image reconstruction;algorithm

严福华 1, 2*  

1 上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科 上海 200025

2 上海交通大学医学院医学技术学院医学影像技术系,上海 200025

通信作者:严福华,E-mail: yfh11655@rjh.com.cn

作者贡献声明:严福华设计本研究的方案,起草和撰写稿件,获取、分析并解释本研究的文献,对稿件重要内容进行了修改,同意发表最后的修改稿,同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


        
        严福华,女,二级教授,主任医师,博士生导师。现任上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科主任、上海交通大学医学院医学影像学系主任、医学技术学院医学影像技术系主任。“十三五”国家重点研发计划首席科学家。担任中华医学会放射学分会常委兼磁共振学组组长、中国医师协会放射医师分会副会长、中国医学装备协会磁共振应用专业委员会副主任委员、中国研究型医院学会磁共振专委会副主任委员、中国医疗保健国际交流促进会影像医学分会副主任委员等社会职务。任《磁共振成像》杂志副主编,《诊断学理论与实践》副主编,《中华放射学杂志》等10余种杂志的编委。研究方向主要为CT及MRI新技术的研发及转化应用。在著名放射学期刊Radiology、Neuroimage等杂志发表论文300余篇。获“国家科学技术进步奖”二等奖、“中华医学科技奖”一等奖、“上海市科技进步奖”一等奖、“上海市明治乳业生命科学奖”等10余项奖项。主译专著2部,主编、副主编、参编著作20余部。培养博士后、博士、硕士研究生50余名。

收稿日期:2024-09-19
接受日期:2024-10-08
中图分类号:R445.2 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2024.10.001
本文引用格式:严福华. 深度学习MRI重建算法临床应用新进展述评[J]. 磁共振成像, 2024, 15(10): 1-2. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2024.10.001.

       自深度学习重建(deep learning reconstruction, DLR)算法应用于MRI临床以来,其对MRI图像信噪比、对比度及扫描速度的提升迅速成为行业关注的热点。为推动业界对DLR认识,2023年5月,我们联合国内知名专家,整合DLR领域初步的探索成果,在《磁共振成像》杂志出版了“深度学习MRI”专题。时光荏苒,过去的一年,有更多医院参与探索DLR的应用潜能,临床应用成果不断涌现。此外,DLR本身也在不断更新迭代,可支持的序列也在不断拓展(3D成像、定量成像及动态电影成像等)。基于此,我们将再次推出“深度学习MRI”专题,通过展示国内最新的研究成果,促进DLR应用迈向更广更深的领域。

       DLR刚应用于临床时,只能支持部分2D序列,如今可以支持多个3D自旋回波序列(fast spin echo, FSE)及梯度回波序列(gradient echo, GRE),不仅提高图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)及对比噪声比(contrast-noise-ratio, CNR),且缩短成像时间,也可以进一步提高空间分辨率,更好地显示微小结构及病变。垂体病变一直是MRI诊断的难点,将DLR应用于3D CUBE T1WI序列,采集层厚最薄仅为0.3 mm,与常规1 mm 2D T1WI相比较,显著提高了对微腺瘤和海绵窦侵犯的检出[1]。3D GRE T1WI是颅脑增强扫描常用的序列,传统成像通常需要较长的时间,应用DLR之后,在保证图像质量的同时,可降低60%成像时间[2]。在骨肌方面,基于DLR的亚毫米等体素CUBE T2WI更精准判断椎间孔和椎管狭窄程度,且不同阅片人评估的一致性更高[3, 4]。在体部方面也有应用成果的报道,如使用DLR之后的肝胆特异性对比剂增强的肝胆期,和传统序列相比,能有效提高图像质量及肿瘤的检出率[5]

       运动伪影一直是影响MRI图像质量的重要原因。运动伪影抑制序列因其独特的k空间填充方式,能有效减轻各类运动伪影,广泛应用于颅脑、骨关节、腹盆等多个部位。与传统采集方法相比,结合DLR技术的周期性旋转重叠平行线增强重建(periodically rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction, PROPELLER)序列,除了缩短成像时间、抑制运动伪影之外,还能在更短的时间内实现高空间分辨率成像,检出微小病变[6, 7]。而PROPELLER和DLR结合应用于直肠癌术前分期,图像的运动伪影明显减少,同时实现了1.2 mm层厚高分辨率T2WI,提高了对壁外血管侵犯(extramural venous invasion, EMVI)和肿瘤肠周浸润的检出率[8]

       定量成像是MRI的优势之一。集成MRI(magnetic resonance image compilation, MAGiC)能一站式获取组织T1、T2等弛豫定量图谱,在生长发育评估、退行性疾病程度评估及肿瘤性病变鉴别诊断方面具有广泛的应用。然而,较长的扫描时间限制了其在临床的推广。将DLR应用于MAGiC序列后,不仅改善了图像质量,且不影响定量结果,同时缩短了成像时间[9]。此外,心肌定量成像,包括T1 mapping,T2 mapping及T2* mapping等均已支持DLR,这将有助于提升心脏MRI扫描流程及图像质量稳定性。

       心脏电影成像是评估心功能的金标准。传统成像方式一次屏气只能采集1~2层,因此完整检查要求患者多次屏气,对于无法配合的患者往往会检查失败。基于时间和原始空间双层深度学习的Sonic DL技术,实现了自由呼吸下的电影成像。与常规电影序列相比较,极大地缩短成像时间(75%~85%),并且提高了图像SNR和CNR,对左室射血分数不构成显著影响,有效解决了不能屏气和心律不齐患者CMR成像难题[10, 11, 12]

       经过过去一年多的临床实践,DLR应用的部位不断拓展,并在部分临床场景的应用已逐渐取代传统的重建方式,在加快扫描速度、提升图像质量、提高图像分辨率方面的价值得到广泛认可。本期入选的8篇文章,涉及的部位非常广泛,研究结果更加显示了DLR技术的应用价值,助力MRI不断提升诊断能力。目前DLR已覆盖了临床绝大多数序列,期待DLR能实现全序列应用(如动脉自旋标记,4D Flow等),同时进一步缩短扫描时间,以推动MRI在临床诊疗中发挥更大的作用,成为MRI技术革新路上的里程碑。

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