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技术研究
可转运磁共振成像探测阵列在人体多部位成像的应用评价
夏春冬秋 李宗烨 崔芷萌 缪佳丽 张军

Cite this article as: XIA C D Q, LI Z Y, CUI Z M, et al. Clinical evaluation of a transportable MRI detection array for multi-site human imaging applications[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2025, 16(7): 72-80.本文引用格式:夏春冬秋, 李宗烨, 崔芷萌, 等. 可转运磁共振成像探测阵列在人体多部位成像的应用评价[J]. 磁共振成像, 2025, 16(7): 72-80. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.07.011.


[摘要] 目的 为了评价自主研发的可转运磁共振成像探测阵列(transportable magnetic resonance imaging detection array, TMRDA)在人体多部位成像中应用的可行性和成像性能。材料与方法 通过水模测试比较24通道TMRDA与两种常用商用线圈的性能差异:分别为24通道头颈联合线圈和24通道体线圈的磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)性能,并在34例健康志愿者中扫描颅脑、肝脏和髋关节,测量所得图像的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、均匀度、伪影比、对比度噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR)、对比度(contrast ratio, CR)和MRI定量参数等指标,并由2名放射科医生进行图像质量主观评分。结果 在水模测试中,TMRDA所得T1加权成像和T2加权成像的SNR和均匀度均显著优于商用线圈(P<0.001),TMRDA的伪影比优于或接近商用线圈。志愿者扫描结果显示,TMRDA在各部位成像中的SNR和CNR均明显优于商用线圈(P<0.001),CR相当或更优,而MRI定量参数及图像主观质量评分与商用线圈差异无统计学意义(P>0.05)。结论 TMRDA在颅脑、肝脏和髋关节MRI中可提供与商用线圈相当甚至更优的图像质量,具有良好的应用前景。
[Abstract] Objective To evaluate the feasibility and imaging performance of a self-developed transportable magnetic resonance imaging detection array (TMRDA) for multi-site imaging of human body.Materials and Methods Phantom studies were performed to compare the magnetic resonance imaging (MRI) performance of 24-channel TMRDA against two commercial coils: a 24-channel head and neck combined coil and a 24-channel abdominal coil. Subsequently, 34 healthy volunteers underwent standardized scans (brain, liver, and hip) using both systems. Quantitative metrics including signal-to-noise ratio (SNR), uniformity, percent signal ghosting, contrast-to-noise ratio (CNR), contrast ratio (CR), and MRI quantitative parameters were evaluated. Two radiologists performed subjective image quality assessments.Results In phantom studies, TMRDA demonstrated significantly superior SNR and uniformity on both T1-weighted imaging and T2-weighted imaging compared to commercial coils (P < 0.001), with comparable or better percent signal ghosting. Volunteer studies showed TMRDA achieved significantly higher SNR and CNR across all anatomical regions (P < 0.001) with equivalent or better CR. No significant differences were observed in quantitative MRI parameters or subjective image quality scores (P > 0.05).Conclusions The TMRDA achieves comparable or superior image quality to dedicated commercial coils for brain, liver, and hip MRI examinations, demonstrating significant clinical utility for multi-site applications while maintaining diagnostic confidence.
[关键词] 可转运;磁共振成像;探测阵列;图像质量;信噪比;对比噪声比
[Keywords] transportable;magnetic resonance imaging;detection array;image quality;signal-to-noise ratio;contrast-to-noise ratio

夏春冬秋    李宗烨    崔芷萌    缪佳丽    张军 *  

复旦大学附属华山医院放射科,上海 200040

通信作者:张军,E-mail: zhj81828@163.com

作者贡献声明:张军设计本研究的方案,对稿件重要内容进行了修改,获得了国家重点研发计划项目资助;夏春冬秋起草和撰写稿件,获取、分析和解释本研究的内容;李宗烨、崔芷萌和缪佳丽获取、分析或解释本研究的数据,对稿件重要内容进行了修改。全体作者都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。


基金项目: 国家重点研发计划项目 2022YFF0708700
收稿日期:2025-05-07
接受日期:2025-07-05
中图分类号:R445.2 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2025.07.011
本文引用格式:夏春冬秋, 李宗烨, 崔芷萌, 等. 可转运磁共振成像探测阵列在人体多部位成像的应用评价[J]. 磁共振成像, 2025, 16(7): 72-80. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.07.011.

0 引言

       磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)凭借其无电离辐射、高软组织分辨率等优势,已成为疾病诊断的重要工具[1, 2]。目前临床MRI检查中常使用各类标准化商用线圈,包括头颈联合线圈、腹部线圈及专用部位线圈等,已成为多部位成像的常规配置。商用线圈是指由MRI设备生产厂商或专业医疗器械公司开发并广泛应用于临床的成像部件,具有结构固定、部位专用、参数标准化等特点。尽管MRI技术已在多系统疾病成像中取得广泛应用,但其高强度磁场环境对电子设备提出了极高的抗磁干扰要求,使得大部分电磁敏感设备无法在MRI扫描室内正常运行[3],限制了MRI在跨学科实时监测和跨模态联合研究中的进一步应用[4]。尤其在术中导航等动态诊疗场景中,亟需成像设备在多空间转换(如手术室至MRI室)过程中实现定位一致性,这对系统的实时成像能力[5]、磁场稳定性[6]及操作灵活性[7]提出了严苛的技术要求。此外,目前商用MRI线圈在适应不同体型和解剖部位时仍面临诸多限制。一方面,传统固定结构线圈难以贴合不同体型患者,常导致信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)低、对比度(contrast ratio, CR)差、扫描时间延长[8];另一方面,现有专用线圈多需针对不同部位定制型号,增加了设备成本和操作复杂性,缺乏临床普适性[9]。因此,线圈贴合性与灵活性不足已成为制约MRI图像质量与临床推广的关键因素[10]。针对多场景MRI应用中对跨空间转运、实时成像及多部位适用性的复杂要求,可转运磁共振成像探测阵列(transportable magnetic resonance imaging detection array, TMRDA)的研发正是在此基础上开展,力求突破现有成像设备在适用性与灵活性方面的局限。TMRDA不仅能够在手术室与MRI扫描室之间实现无缝转运,还能进行即时成像,为患者手术状态和效果提供实时、精准的监测。这一特性使其在术中导航成像等领域具有独特的应用潜力[11]。然而,术中导航对图像质量的要求极为严格,射频接收线圈作为MRI的核心组件,直接影响图像SNR和解剖细节[12, 13, 14, 15]。因此,高密度柔性线圈作为TMRDA的关键组成部分,其成像性能必须经过严格的验证。本研究首次系统评估TMRDA与商用线圈在颅脑、肝脏及髋关节成像中的表现,全面验证其在多部位成像中的适用性与临床可行性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       纳入2025年3月至4月在复旦大学附属华山医院虹桥院区行MRI检查的34例健康志愿者,其中男14例,女20例,年龄24~35(27.48±2.74)岁。入选标准:经全面的体格检查和病史询问,确认身体健康,无重大疾病史,包括但不限于心血管疾病、神经系统疾病、呼吸系统疾病、内分泌系统疾病等。排除标准:体内有植入物(如心脏起搏器、电子耳蜗、金属血管夹等)、肿瘤患者、无法配合检查者、孕妇及哺乳期女性。本研究遵守《赫尔辛基宣言》,经复旦大学附属华山医院伦理委员会批准,全体受试者均签署了知情同意书,批准文号:(2025)临审(106)号。

1.2 仪器与方法

1.2.1 TMRDA系统的整体构型示意图

       本研究所使用的TMRDA系统是自主研发的,由以下五部分组成:① 高密度柔性线圈;② MRI系统连接组件;③ 射频连接组件;④ 可滑动并用于固定志愿者体位的面板系统;⑤ 支撑结构;⑥ 制动结构。整机系统如图1所示。

图1  TMRDA整机系统设计方案。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵列。
Fig. 1  The design scheme of TMRDA system. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array.

1.2.2 水模测试

       本研究采用联影3.0 T MRI扫描仪(uMR 790,上海联影医疗科技股份有限公司,中国)进行图像采集,线圈组包括24通道自主研发的TMRDA与商用线圈组,后者分别为24通道头颈联合线圈(Head & Neck Coil-24,24-channel head and neck combined coil,HNC24,上海联影医疗科技股份有限公司,中国)及24通道体线圈(SuperFlex Body-24,24-channel abdominal coil,AC24,上海联影医疗科技股份有限公司,中国)。水模测试采用联影专用质控水模(SPC phantom,Material No. 80004306,上海联影医疗科技股份有限公司,中国),分别使用TMRDA、HNC24和AC24线圈进行横断位扫描比较。所用序列为美国放射学会(American College of Radiology, ACR)MRI质量控制手册中提出的标准扫描序列:T1加权自旋回波序列,其TR为500 ms,TE为20 ms;T2加权双自旋回波序列,其TR为2000 ms,TE为80 ms。以上两个序列的其他参数设置如下:带宽100 Hz/pixel,视野230 mm × 230 mm,矩阵256×256,层厚4 mm,层数11,平均次数2。每次扫描前均将水模静置10 min,以确保内部液体充分稳定、避免气泡干扰。每种线圈扫描一次,扫描层面保持一致,采集位于水模中央层的图像用于后续的定量分析。

1.2.3 志愿者测试

       所用MRI扫描仪和配套线圈同水模测试所述,分别对全部34例志愿者行头部、腹部、髋关节MRI扫描。TMRDA线圈在志愿者不同扫描部位的具体部署方式,包括体位摆放、线圈包裹方式及固定方法,如图2所示。具体操作方法如下:志愿者取仰卧位,身体平躺于检查床上,保持身体放松,双臂自然放置于胸前或双上肢交叉置于头上,以减少MRI过程中的运动伪影并避免干扰扫描区域。

       头部扫描:志愿者仰卧,TMRDA线圈从枕部开始包裹,鼻部外露以保证呼吸通畅,同时使用绑带固定以保持贴合性与舒适度。腹部扫描:在扫描腹部时,将TMRDA线圈平整地放置在志愿者腹部,确保线圈完全覆盖需要检查的腹部区域,包括肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、肾脏等脏器。线圈的中心应与腹部的中心大致对齐,以保证信号接收的均匀性。然后用绑带进行固定,保证线圈与腹部的贴合度。髋关节扫描:在扫描髋关节时,将TMRDA线圈的中心对准股骨粗隆,用绑带进行固定并于两侧放置沙袋,以确保线圈贴合与成像稳定性。各部位的商用线圈组(HNC24头颈联合线圈及AC24体线圈)采用临床通用的固定方式。

       颅脑检查序列包括:横轴位T1加权快速自旋回波(T1-weighted fast spin echo, T1-FSE)、T2加权快速自旋回波(T2-weighted fast spin echo, T2-FSE)、弥散加权成像(diffusion-weighted imaging, DWI)和多参数集成序列(multiple parametric, MTP)。肝脏检查序列包括:冠状位屏气T2加权快速自旋回波(breath-hold T2-weighted fast spin echo, T2-fse-bh)和三维屏气T1加权快速梯度回波(three dimensional breath-hold T1-weighted fast quick gradient echo, T1-quick3d-bh)序列。髋关节检查序列包括:横轴位T1-FSE、横轴位T2-FSE、横轴位质子密度加权(proton-density, PD)-FSE、冠状位短反转时间反转恢复(short tau inversion recovery, STIR)-FSE序列。详细扫描参数如表1所示。

图2  TMRDA线圈包裹方式。2A:线圈包裹头部的示意图;2B:线圈包裹腹部的示意图;2C:线圈包裹髋关节的示意图。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵列。
Fig. 2  Wrapping mode of TMRDA coil. 2A: Schematic diagram of the coil wrapping the head; 2B: Schematic diagram of the coil wrapping the abdomen; 2C: Schematic representation of the coil wrapping the hip joint. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array.
表1  TMRDA与商用线圈的扫描序列和参数
Tab. 1  Scanning sequence and parameters of TMRDA and commercial coils

1.3 图像质量评价

       为系统性评价成像性能,本研究建立了三个维度的多指标评估体系:(1)信号可靠性,包括SNR和图像均匀度;(2)伪影控制能力,采用伪影比进行量化;(3)组织对比能力,采用对比噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR)和CR进行评价[9, 10, 16, 17]。质量评估指标如表2所示。

表2  图像质量评估指标
Tab. 2  Image quality assessment indicators

1.4 主观评分

       由2名分别具有4年和10年的MRI图像诊断经验放射科副主任医师对不同序列检查进行双盲法评估。采用5分Likert量表对图像进行评分,评价标准[18]:5分,图像质量优秀,可用于诊断,非常满意;4分,图像质量良好,可用于诊断,满意;3分,图像质量有瑕疵,不影响诊断,一般;2分,图像质量欠佳,影响诊断,欠满意;1分,图像质量差,无法诊断,不满意。2名医师评分存在分歧时,由1名MRI图像诊断经验超过15年的主任医师进行复评,作为最终统计结果,以便用于后续统计分析。

1.5 MRI定量参数

       对于DWI和MTP序列所得定量参数图,包括表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)、T1、PD、横向弛豫时间的倒数(R2 star relaxation rate, R2*)和描述横向磁化衰减的时间常数(T2 star relaxation time, T2*)定量图,测量并记录相应参数值。感兴趣区(region of interest, ROI)放置于顶叶白质,勾画方法如图3所示。

图3  健康志愿者(男,29 岁)颅脑DWI 和MTP 所得定量参数图的ROI 绘制方法示意图。3A:ADC图中ROI 的绘制;3B:T1 弛豫时间图谱中ROI 的绘制;3C:质子密度图谱中ROI 的绘制;3D:R2*图中ROI 的绘制;3E:T2*图中ROI 的绘制。各图中以面积为50 mm2的ROI 在双侧顶叶白质区域进行定量分析,最终结果取平均值。DWI:弥散加权成像;MTP:多参数集成序列;ROI:感兴趣区;ADC:表观扩散系数。
Fig. 3  ROI delineation on quantitative parameter maps derived from DWI and MTP sequences in a 29-year-old healthy male volunteer. 3A-3E: ROI placement on ADC (3A), T1 map (3B), PD map (3C), R2* (3D), and T2* (3E). Quantitative analysis is performed by placing ROIs (area = 50 mm²) in the bilateral parietal white matter regions, and the final values are averaged. DWI: diffusion-weighted imaging; MTP: multiple parametric; ROI: region of interest; ADC: apparent diffusion coefficient.

1.6 统计学分析

       所有统计分析在SPSS 23.0软件上进行。使用Shapiro-Wilk检验评估数据的正态性。对于水模测试,组间差异性比较采用单因素重复测量方差分析或非参数检验。事后经Bonferroni校正。对于志愿者测试,组间差异性比较采用配对t检验或非参数检验。使用Cohen's Kappa检验评估主观评分医师间一致性[19]。0.80<κ值≤1.00表示几乎完全一致,0.60<κ值≤0.80表示高度一致,0.40<κ值≤0.60为中等一致,0.20<κ值≤0.40为一般一致,κ值≤0.20为一致性较差。。

2 结果

2.1 水模测试

       三种线圈的水模测试结果如表3所示。无论在T1WI还是T2WI,TMRDA所得图像的SNR和均匀度均显著优于商用线圈(P<0.001)。此外,TMRDA所得T1WI的伪影比显著低于商用线圈(P<0.05)。而对于T2WI,三种线圈之间的伪影比差异无统计学意义(P>0.05)。

表3  水模中不同线圈SNR、均匀度和伪影比的对比
Tab. 3  Comparison of SNR, uniformity and percent signal ghosting of different coils in the phantom

2.2 志愿者测试

2.2.1 客观指标

       分别使用TMRDA和商用线圈进行颅脑、肝脏及髋关节扫描,测量并记录SNR、CNR和CR值,具体结果见表4。24通道TMRDA线圈与HNC24头颈联合线圈的颅脑成像性能对比结果见图4;24通道TMRDA线圈与AC24体线圈肝脏成像性能对比结果见图5,髋关节成像性能对比结果见图6。结果显示,与商用线圈相比,TMRDA在颅脑、肝脏和髋关节成像时均可显著提升图像的SNR和CNR(P<0.001)。此外,除髋关节质子密度加权成像(proton density weighted imaging, PDWI)之外,TMRDA所得图像的CR均优于或接近商用线圈。

图4  24通道TMRDA线圈与HNC24头颈联合线圈的颅脑成像性能对比。4A:T1WI的SNR和CNR比较结果;4B:T1WI的CR比较结果;4C:T2WI的SNR和CNR比较结果;4D:T2WI的CR比较结果。***表示P<0.001。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵;SNR:信噪比;CNR:对比噪声比;CR:对比度。
Fig. 4  Comparison of brain imaging performance between 24-channel TMRDA coil and HNC24 head-neck combined coil. 4A: Comparison of SNR and CNR on T1WI; 4B: Comparison of CR on T1WI; 4C: Comparison of SNR and CNR on T2WI; 4D: Comparison of CR results on T2WI. *** indicates P < 0.001. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array; SNR: signal-to-noise ratio; CNR: contrast-to-noise ratio; CR: contrast ratio.
图5  通道TMRDA线圈与AC24体线圈的肝脏成像性能对比。5A:T1WI和T2WI的SNR和CNR比较结果;5B:T1WI的CR比较结果;5C:T2WI的CR比较结果。***表示P<0.001。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵;SNR:信噪比;CNR:对比噪声比;CR:对比度。
Fig. 5  Comparison of liver imaging performance between 24-channel TMRDA coil and AC24 body coil. 5A: Comparison of SNR and CNR on T1WI and T2WI; 5B: Comparison of CR on T1WI; 5C: Results of CR comparison on T2WI. *** indicates P < 0.001. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array; SNR: signal-to-noise ratio; CNR: contrast-to-noise ratio; CR: contrast ratio.
图6  24通道TMRDA线圈与AC24体线圈的髋关节成像性能对比。6A:PDWI、T1WI和T2WI的SNR和CNR比较结果;6B:PDWI的CR比较结果;6C:T1WI的CR比较结果;6D:T2WI的CR比较结果。*表示P<0.05,**表示P<0.01。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵;SNR:信噪比;CNR:对比噪声比;CR:对比度;PD:质子密度;PDWI:质子密度加权成像。
Fig. 6  Comparison of imaging performance between 24-channel TMRDA coil and AC24 body coil in hip joint. 6A: Comparison of SNR and CNR of PDWI, T1WI and T2WI; 6B: CR comparison results of PDWI; 6C: Comparison of CR on T1WI; 6D: Comparison of CR results on T2WI. * indicates P < 0.05, ** indicates P < 0.01. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array; SNR: signal-to-noise ratio; CNR: contrast-to-noise ratio; CR: contrast ratio; PD: proton-density.
表4  志愿者中不同线圈SNR、CNR和CR的对比
Tab. 4  Comparison of SNR, CNR and CR of different coils in volunteers

2.2.2 主观评分

       不同线圈组图像在横轴位及冠状位成像中都可清晰显示各部位的解剖结构,不同组织间对比良好、层次分明,图像清晰度较高。24通道TMRDA与HNC24头颈联合线圈在健康志愿者颅脑成像中的对比,见图7;24通道TMRDA与AC24体线圈在健康志愿者肝脏成像中的对比,见图8;在髋关节成像中的对比,见图9

       经Cohen's Kappa检验,2名医师的主观评分一致性几乎完全一致(0.80<κ值≤1.00)不同线圈各部位成像的主观评分质量见表5。不同线圈所得磁共振图像的主观评分之间差异无统计学意义(P>0.05)。

图7  健康志愿者(男,25岁)颅脑成像对比。7A~7D:TMRDA线圈扫描图像。7A:横轴位T1WI-FSE;7B:横轴位T2WI-FSE;7C:横轴位DWI- ADC;7D:横轴位DWI-b1000。7E~7H:HNC24线圈扫描图像。7E:横轴位T1WI-FSE;7F:横轴位T2WI-FSE;7G:横轴位DWI-ADC;7H:横轴位DWI-b1000。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵;DWI:弥散加权成像;FSE:快速自旋回波;ADC:表观扩散系数。
Fig. 7  Comparison of brain imaging quality in a 25-year-old healthy male volunteer. 7A-7D: Images acquired with TMRDA coil. 7A: Axial T1WI-FSE image; 7B: Axial T2WI-FSE image; 7C: Axial DWI-ADC image; 7D: Axial DWI-b1000 image. 7E-7H: Images acquired with HNC24 coil. 7E: Axial T1WI-FSE image; 7F: Axial T2WI-FSE image; 7G: Axial DWI-ADC image; 7H: Axial DWI-b1000 image. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array; DWI: diffusion-weighted imaging; FSE: fast spin echo; ADC: apparent diffusion coefficient.
图8  健康志愿者(女,24岁)肝脏成像对比。8A:TMRDA冠状位T2WI-FSE;8B:TMRDA冠状位T1WI-quick3D;8C:AC24体线圈冠状位T2WI-FSE;8D:AC24体线圈冠状位T1WI-quick3D。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵;FSE:快速自旋回波;quick3d:三维快速梯度回波序列。
Fig. 8  Comparison of liver imaging quality in a 24-year-old healthy female volunteer. 8A: Coronal T2WI-FSE image acquired with TMRDA coil; 8B: Coronal T1WI-quick3D image acquired with TMRDA coil; 8C: Coronal T2WI-FSE image acquired with AC24 body coil; 8D: Coronal T1WI-quick3D image acquired with AC24 body coil. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array; FSE: fast spin echo; quick3: quick three-dimensional volume imaging.
图9  健康志愿者(女,24岁)髋关节成像对比。9A~9D:TMRDA扫描图像。9A:横轴位T1WI-FSE;9B:横轴位T2WI-FSE;9C:横轴位PD-FSE;9D:冠状位STIR-FSE。9E~9H:AC24体线圈扫描图像。9E:横轴位T1WI-FSE;9F:横轴位T2WI-FSE;9G:横轴位PD-FSE;9H:冠状位STIR-FSE。TMRDA:可转运磁共振成像探测阵;FSE:快速自旋回波;STIR:短反转时间反转恢复;PD:质子密度。
Fig. 9  Comparison of hip joint imaging quality in a 24-year-old healthy female volunteer. 9A-9D: Images acquired with TMRDA coil. 9A: Axial T1WI-FSE image; 9B: Axial T2WI-FSE image; 9C: Axial PD-FSE image; 9D: Coronal STIR-FSE image. 9E-9H: Images acquired with AC24 body coil. 9E: Axial T1WI-FSE image; 9F: Axial T2WI-FSE image; 9G: Axial PD-FSE image; 9H: Coronal STIR-FSE image. TMRDA: transportable magnetic resonance imaging detection array; FSE: fast spin echo; STIR: short tau inversion recovery; PD: proton-density.
表5  志愿者中不同线圈的主观评分对比
Tab. 5  Comparison of subjective ratings of TMRDA and commercial coils in volunteers

2.2.3 定量MRI参数

       所有志愿者接受了颅脑定量MRI扫描,包括DWI和MTP序列。测量并比较了TMRDA与商用线圈的ADC、T1、PD、R2*和T2*差异,具体指标见表4。结果表明不同线圈之间的差异无统计学意义(P>0.05)。

3 讨论

       本研究系统比较TMRDA与商用线圈在头部、腹部及髋关节三个常见检查部位的MRI图像质量差异,评估其在多部位成像中的适用性。TMRDA为本团队自主设计并研制,旨在突破传统射频接收线圈在多部位适配性不足及跨场景MRI即时成像受限等技术瓶颈。该系统整合高密度柔性线圈与可转运平台,体现出高度的工程集成能力与场景适用性。研究结果显示,TMRDA在图像SNR、均匀性、CNR和主观评分等方面均优于或不劣于商用线圈,尤其在腹部与髋关节等非规则体表区域表现出更高的贴合度和图像一致性。本研究在人体不同部位系统性评估TMRDA的成像性能,具有较高的工程创新性与临床应用前景。

3.1 TMRDA在不同部位图像质量客观评价表现

       SNR、CNR和CR是评价MR图像质量的核心参数[20]。较高的SNR有利于显示更优越的对比层次和解剖细节[21]。CNR和CR作为评价MRI图像中不同组织成分信号差异的指标,是区分不同组织和识别病灶的基础[22]。本研究发现TMRDA可改善图像的SNR和CNR,这与龚志刚等[16]和叶飞等[23]的结论相似。除信号特性外,MR图像的均匀度与伪影比也是评价成像质量的重要指标。本研究发现TMRDA的均匀度接近或优于商用线圈。本文中所有线圈的均匀度均符合3.0 T MRI均匀度标准(≥82%)[24],表明TMRDA所激发B1场的均匀性可满足临床需求。此外,TMRDA所得伪影比的最大值为0.13%,远低于ACR质控标准(≤2.5%)[24],表明其在抑制伪影方面具有优势,该发现与郑磊等[25]的研究结果一致。

3.2 头部定量参数及图像质量主观评价分析

       本研究在头部图像中对多项定量参数(如ADC、T1、T2*、PD、R2*)进行了评估,结果显示TMRDA与商用线圈之间差异不显著。虽然SNR可对定量值造成潜在影响,但本研究并未观察到统计学差异,提示TMRDA具备较高的定量成像稳定性,适用于头颅MRI的定量研究需求。此外,来自两名高年资放射科医师的主观评分显示,在多项评分维度上TMRDA图像质量得分显著优于商用线圈,且评分一致性几乎完全一致(κ>0.81)。这进一步支持了其在临床图像判读中的可用性与可靠性

3.3 TMRDA的优势与应用前景

       TMRDA的设计初衷是为了解决术中MRI导航的关键需求。传统MRI设备固定于扫描室内,无法满足手术过程中实时成像和动态监测的要求[26]。本系统是完全自主研发,针对现有固定结构线圈难以满足多部位、跨场景成像需求的痛点,提出“可转运”和“柔性结构”双重创新设计思路。TMRDA的可转运特性使其能够在手术室与MRI室之间无缝转运实验对象,确保成像位置的一致性,从而为术中导航提供即时、精准的图像支持。这一特性不仅扩展了MRI的应用场景,也为跨学科、跨模态研究提供了新的技术手段[27]

       TMRDA的核心优势体现在其多场景适用性和多部位成像能力上。(1)多场景应用:TMRDA可在手术室、MRI室等不同环境中灵活使用,满足术中实时监测、术后即时评估等需求。(2)多部位兼容性:TMRDA的柔性线圈在多个解剖区域成像中表现出显著优势,因此能够适配颅脑、肝脏、髋关节等多种解剖部位,且成像质量与商用线圈相当甚至更优。首先,它可以紧密贴合待检部位,从而实现最大的填充系数[28]。这样不仅有利于改善成像效果,而且增加了患者的舒适度[29],尤其适用于外伤或手术后患者[23]。此外,柔性线圈本身具备良好的可塑性,使其具有多部位应用的潜力,降低了患者检查的时间成本和医院的经济成本,有助于实现商业上的推广和普及[30, 31]。该优势已在多个研究中得到证实。龚志刚等[16]比较了自制12通道柔性头颅线圈和16通道刚性线圈的图像质量,并证明无论是在1.5 T还是3.0 T场强下,柔性线圈均可取得不劣于刚性线圈的成像效果。类似的,张双等[9]在水模和志愿者中验证了自制头部柔性线圈的成像稳定性。用于手部[32]、颈部[33]和膝关节[34]等部位的柔性线圈开发与验证也已见诸报道。

3.4 本研究的局限性

       本研究尚存在若干局限。首先,样本量有限,仅纳入健康志愿者,未来需扩大样本并引入病变人群(如肝病、脑卒中、骨折患者),进一步验证其在病理状态组织中的适用性与灵敏度。其次,TMRDA中柔性线圈的贴合度对图像质量影响较大,需严格规范操作流程以避免伪影。例如,在进行颅脑检查时需要对线圈包裹状态认真检查以避免伪影发生。在保持受检者舒适度的情况下,应尽量增加头颅与线圈的贴合程度,必要时使用绑带固定[35, 36]。此外,尽管TMRDA的24通道设计已满足多部位需求,但在超高分辨率成像中可能需要更多通道以进一步提升SNR[37]

4 结论

       综上所述,本研究证明了自主研发的TMRDA能够满足临床多部位成像的需求,并且在SNR、均匀性、CNR及主观评分方面均优于或不劣于商用线圈,具有良好的工程转化和临床应用前景。

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