植入放射性粒子准确定位的快速正对比磁共振成像方法研究

Brachytherapy is one of the most important means for tumor therapy, and the accurate localization of the brachytherapy seeds is the key for effective therapy. However, the higher susceptibility of the brachytherapy seeds which lead to the traditional magnetic resonance imaging methods can not localize and visualize the seeds because of the lost of phase. Therefore, a new fast MR positive contrast imaging method is proposed based on the susceptibility mapping which can accurately localize and visualize the brachytherapy seeds, and can resolve the bottleneck problem that the exist MR can not fast imaging the seeds and highlight the seed stablely. The contents of research include: (1) developing MR positive contrast sequence which based on multi-channel parallel sampling and fast spin echo, and realizing the speed data sampling; (2) studying the robust quantitative magnetic susceptibility reconstruction method, obtaining the stable positive contrast images of the seeds with adjacent tissues, especially developing MRI imaging model through alternated iteration of the image and local field mapping, and realizing the accurate localization and visualization of the seeds; (3) Carrying out preliminary clinical trials, verifying the effectiveness and feasibility of the method in clinical application. The proposed activities will develop new technologies which have medical value, and can provide a safe, noninvasive examination for the localization of the seeds during the surgery or the reexamination after the surgery.

局部植入放射性粒子是治疗恶性肿瘤的重要手段之一，放射性粒子的精准定位是有效治疗的关键。然而放射性粒子具有较高的磁化率，使得传统磁共振成像方法因失相位无法对其进行准确定位和评估。针对这一问题，本项目基于磁化率测量的正对比成像新机制，提出一种加速的正对比磁共振成像新方法，重点解决现有的正对比磁共振成像速度慢且获得放射性粒子正对比图像的稳定性不高等瓶颈问题。研究内容包括：(1) 开发基于并行成像快速自旋回波的正对比成像新序列，实现成像数据的加速采集；(2) 研究快速鲁棒的定量磁化率图像重建新方法，尤其是发展图像和局部场图交替估计的正对比磁共振成像新模型，以获得稳定的放射性粒子与周围组织高对比度图像，实现放射性粒子的可视化和准确定位；(3) 开展初步临床试验，评估该方法在临床应用上的可行性。本项目的实施将为植入放射性粒子术中定位/术后复查提供一种安全无创的检查新手段，具有重要的研究价值和临床意义。

基于快速自旋回波序列的MRI正对比成像方法能够清晰的显示金属器件，并能够准确的定位出金属装置的位置。但是，该方法成像速度较慢且图像不能在线重建，而且针对一些小的金属介入物，比如放射性粒子，不能准确的可视化。为此，本项目提出一种三维可变翻转角的快速自旋回波序列，针对放射性粒子等小的金属装置进行准确定位和可视化的磁共振快速成像新方法，重点解决现有的磁共振正对比成像无法快速准确的定位放射性粒子的瓶颈问题。进过三年期的研究， 获得了以下的研究成果：（1）开发出三维可变翻转角的快速自旋回波序列，实现三维的正对比磁共振成像；（2）研究出基于约束重建理论和基于Chambolle-Pock的正对比成像图像重建方法，提高图像重建的速度和鲁棒性；（3）提出GPU加速的快速重建以及背景场去除算法，获得更准确的金属定位和可视化。（4）实现了临床病人放射粒子的验证。（5）发表论文12篇，其中国际SCI期刊论文6篇，会议论文6篇，申请国家发明专利5项。连续三年，分别获得2020年度、2021年度和2022年度国际医学磁共振大会E. K. Zavoisky Stipend奖。会议论文“In Vivo Susceptibility-based Positive Contrast Imaging of MR Compatible Metallic Devices Based on Modied Slab-Selective 3D SPACE Sequence”被邀请在2021年度ISMRM大会上做口头汇报（Oral presentation 10%）。项目的实施为植入放射性粒子术中定位/术后复查提供一种安全无创的检查新手段.

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