超极化氙磁共振成像的故障排除和质量保证：用于高质量图像采集的工具
Summary
本文介绍了一种获取高质量超极化氙-129磁共振图像的方案，涵盖硬件、软件、数据采集、序列选择、数据管理、k空间利用和噪声分析等。
Abstract
超极化 （HP） 氙气磁共振成像 （129Xe MRI） 是最近获得联邦药物管理局 （FDA） 批准的成像方式，可生成吸入氙气的高分辨率图像，用于研究肺功能。然而，实施 129Xe MRI 具有独特的挑战性，因为它需要专门的硬件和设备来进行超极化、采购氙成像线圈和线圈软件、开发和编译多核 MR 成像序列以及重建/分析采集的数据。如果没有适当的专业知识，这些任务可能会令人生畏，而无法获得高质量图像可能会令人沮丧且成本高昂。在这里，我们介绍了一些质量控制 （QC） 协议、故障排除实践和129个 Xe MRI 站点的有用工具，这可能有助于获取优化的高质量数据和准确的结果。讨论将首先概述 HP 129Xe MRI 的实施流程，包括超偏振器实验室的要求、 129Xe MRI 线圈硬件/软件的组合、数据采集和序列注意事项、数据结构、k 空间和图像属性以及测量的信号和噪声特性。在这些必要步骤中的每一个步骤中，都存在导致图像质量差或成像失败的错误、挑战和不利事件的机会，本演示旨在解决一些更常见的问题。特别是，必须识别和表征采集数据中的异常噪声模式，以避免图像伪影和低质量图像;将举例说明，并讨论缓解策略。我们的目标是使新站点的 129Xe MRI 实施过程更容易，同时为实时故障排除提供一些指南和策略。
Introduction
一个多世纪以来，肺功能评估主要依赖于肺活量测定法和身体体积描记法的全球测量。然而，这些传统的肺功能测试 （PFT） 在捕捉早期疾病的区域细微差别和肺组织的细微变化方面的能力有限1。使用吸入放射性示踪剂的核医学已被广泛用于评估通常与肺栓塞相关的通气/灌注不匹配，但这涉及电离辐射并产生较低的分辨率。相比之下，计算机断层扫描 （CT） 已成为肺部成像的黄金标准，与核成像相比，它提供了出色的空间和时间清晰度2.虽然低剂量 CT 扫描可以减轻辐射暴露，但仍应考虑潜在的辐射风险 3,4。由于肺组织密度低和肺组织的快速信号衰减，肺部质子 MRI 并不常见，尽管尽管潜在的低信号，但最近的进展提供了功能信息。另一方面，超极化氙磁共振成像 （HP 129Xe MRI） 是一种非侵入性方式，可对具有区域特异性的肺功能进行成像 5,6。它产生以升量为单位的气体的高非平衡核磁化。然后，MR扫描仪内的受试者吸入惰性气体进行一次呼吸，并由扫描仪直接成像。因此，吸入的气体被直接成像，而不是组织本身。该技术已用于评估许多疾病的肺通气，包括哮喘、慢性阻塞性肺病 （COPD）、囊性纤维化、特发性肺纤维化、2019 年冠状病毒病 （COVID-19） 等3.2022 年 12 月，HP 129Xe MRI 被美国 FDA 批准为 MRI 通气造影剂，在美国 12 岁及以上的成人和儿童患者中使用 7。医生现在可以使用 129Xe MRI 通过改进/个性化的治疗计划更好地照顾患者。
从历史上看，临床 MRI 仅专注于对几乎所有人类内脏中丰富的氢核（质子）进行成像。MRI 扫描仪、序列和质量控制通常由扫描仪制造商维护，作为现场许可和保修的一部分。然而，129Xe 需要一台具有多核功能的 MR 扫描仪，并且需要专门的研究团队来操作超极化器、定制的射频 （RF） 线圈、专用脉冲序列和离线重建/分析软件。这些组件中的每一个都可以由第三方供应商提供或内部开发。因此，质量控制的重担通常由129Xe研究团队承担，而不是由扫描仪制造商或个人第三方承担。因此，持续采集高质量的 129Xe 数据具有独特的挑战性，因为 129Xe MRI 过程的每个组件都会引入潜在的错误，必须由 129Xe 团队密切监控。这些情况不仅非常令人沮丧，因为研究人员必须排除故障并调查可能出现的任何挑战的可能原因，而且它们可能非常昂贵，因为这会减慢患者成像和受试者招募的速度。与故障排除相关的一些成本包括 MRI 时间成本、129Xe 的超极化（涉及不同气体的消耗）以及材料的使用。此外，随着最近 FDA 的批准和 129Xe 成像的增长，提供标准化的质量控制协议对于避免 129Xe 操作中的常见问题和挫折是必要的 8,9。
在这里，我们介绍了 129Xe MRI 中一些更常见的问题，包括射频线圈故障、导致信噪比 （SNR） 低的各种噪声曲线的出现以及图像质量差10。我们旨在提供一些简明的质量控制 （QC） 指南和协议，以确保获取高质量的图像数据，并解决 129Xe MRI 中可能出现的一些更常见的问题。此处提供的见解也与超极化氦-3故障排除有关。
Protocol
Representative Results
Discussion
对 129个 Xe MRI 问题进行故障排除的能力是一项必要的技能，可能有助于实时缓解问题。在可以从单一方购买超极化气体基础设施并获得扫描仪制造商的支持之前，这些质量控制任务完全由各个实验室负责。本手稿的目的是为读者提供有用的实践和建议，以应对不可避免的数据采集不良事件。虽然我们试图尽可能多地解决潜在问题， 但 129Xe MRI 中的许多其他挑战是扫描仪制造商特有…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
没有。
Materials
| Polarization measurement station | Polerean | 42881 | https://polarean.com/ |
| Pressure vessele with plunger valve | Ace glass | 8648-85 | https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf |
| Tedlar bag | Jensen inert | GST381S-0707TJO | http://www.jenseninert.com/ |
| Xenon Hyperpolarizer 9820 | Polerean | 49820 | https://polarean.com/ |
| Xenon loop coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
| Xenon vest coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
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