在现代医学影像技术的发展中，实时磁共振成像（rtMRI）作为一种重要的工具，正逐步被应用于捕捉人体动态变化过程。传统的磁共振成像（MRI）技术虽然能够提供高分辨率的静态图像，但在动态过程的捕捉上存在一定的局限性。为了解决这一问题，科学家们致力于开发能够在短时间内连续获取高质量图像的rtMRI技术。这种技术特别适用于那些需要观察动态运动的医学场景，如心脏跳动、吞咽动作和言语过程等。随着对实时成像需求的增加，研究者们也在探索如何提高rtMRI的效率与精度，特别是在成像区域复杂、运动频繁的情况下。
在本文中，研究团队提出了一种结合多带激发（multiband excitation）和压缩感知（compressed sensing）重建的实时MRI序列，该序列能够同时采集多个切片的数据，并用于捕捉口腔腔体内的动态变化。这种方法不仅提升了成像的实时性，还增强了对复杂运动的捕捉能力，使得在无任何门控或同步设备的情况下，仍能获得高质量的动态图像。这一技术的创新点在于其能够灵活调整时间分辨率，达到每秒40帧的采集速度，从而实现对快速运动结构的精准描绘。这种高时间分辨率的实时成像技术对于研究口腔内复杂的运动过程具有重要意义，特别是在言语和吞咽功能的评估方面。
口腔腔体的动态变化，如舌头运动、言语和吞咽，涉及多个解剖结构之间的相互作用，且这些运动往往是非周期性的、快速变化的。传统的MRI技术在捕捉这类动态变化时存在较大的挑战，一方面需要较长的扫描时间，另一方面则需要依赖于某些特定的门控信号，这在某些情况下并不适用。而rtMRI则能够在不依赖任何外部门控的情况下，连续记录动态过程，为研究者提供了更为直观和真实的影像数据。然而，rtMRI在同时采集多个切片时仍面临一些技术难题，例如如何在短时间内获得足够的数据以确保图像质量，以及如何在不牺牲时间分辨率的前提下提高空间分辨率。
为了解决这些挑战，研究团队设计了一种基于径向采样的rtMRI序列，并结合了多带激发技术。径向采样是一种非笛卡尔的采样方式，其特点是能够提供较高的时间分辨率，同时减少对扫描时间的依赖。多带激发技术则通过在射频脉冲中叠加多个频率带，使得多个切片能够在一次梯度应用中被同时激发。这种方法不仅提高了扫描效率，还使得在不增加扫描时间的前提下，能够获取更多层次的影像信息。为了进一步提升图像质量，研究团队还采用了压缩感知重建技术，该技术通过利用图像中的空间冗余特性，能够在少量数据的情况下重建出高质量的图像。
在实验过程中，研究团队使用了3特斯拉的Magnetom Vida系统，并配备了64通道的头部和颈部接收线圈。为了验证该序列的有效性，他们构建了一个动态模型（phantom），并进行了实际人体实验，涉及两名健康志愿者。其中一名志愿者执行了舌头运动任务，包括舌头的伸展与收回，以及空吞咽（即吞咽唾液而非食物或液体）；另一名志愿者则执行了言语任务，朗读所有英语元音。这些实验不仅测试了序列在不同任务中的表现，还验证了其在不同采样参数下的稳定性。
在参数设置方面，研究团队采用了较短的重复时间（TR）和回波时间（TE），分别为2.5毫秒和1.4毫秒，以确保数据采集的实时性。此外，他们还使用了5度的翻转角（flip angle），并设置了每条径向线（spokes）采集128个点，以保证图像的分辨率和细节。整个成像区域的视野（FOV）为280毫米×280毫米，切片厚度为8毫米，这使得他们能够在不牺牲图像质量的前提下，同时获取多个切片的数据。同时，研究团队还测试了不同的采样方案，包括标准的黄金角（golden-angle）轨迹和一种优化的黄金角轨迹，后者旨在提高多带激发下的图像重建效果。
黄金角轨迹是一种常用的非笛卡尔采样方式，其优势在于能够提供均匀的采样分布，从而减少运动伪影和图像模糊。然而，在实际应用中，传统的黄金角轨迹可能会受到一些限制，特别是在多带激发的背景下。为了克服这一问题，研究团队对黄金角轨迹进行了优化，使其更适合于同时多切片（SMS）的加速成像。这种优化后的轨迹不仅提高了图像的重建质量，还使得在不同的切片间距和线圈压缩水平下，仍能保持较高的成像稳定性。实验结果表明，该序列在各种条件下均表现出良好的鲁棒性，能够适应不同的运动模式和解剖结构。
在图像重建方面，研究团队采用了一种基于压缩感知的重建流程。压缩感知是一种利用信号稀疏性原理的图像重建技术，能够在减少数据采集量的同时，保持图像的高质量。这一技术的核心在于通过算法对采集到的数据进行处理，从而恢复出完整的图像。在实际应用中，压缩感知重建技术可以显著减少扫描时间，同时保持图像的细节和清晰度。特别是在rtMRI中，由于时间分辨率较高，压缩感知技术能够有效处理大量数据，避免因时间限制而影响图像质量。
通过结合多带激发和压缩感知重建，研究团队成功开发出了一种能够在高时间分辨率下同时采集多个切片的rtMRI序列。该序列不仅适用于心脏成像，还能够用于口腔腔体的动态研究，如舌头运动、言语和吞咽。这种技术的突破在于其能够在不依赖外部门控的情况下，捕捉到复杂且快速变化的运动过程。此外，该序列在不同采样参数下的稳定性也得到了验证，表明其能够适应多种应用场景。
在实际应用中，该技术为医学研究和临床诊断提供了新的可能性。例如，在言语障碍的评估中，能够实时捕捉舌头和嘴唇的运动，有助于更准确地分析发音过程和相关功能障碍。在吞咽功能的研究中，该技术能够提供高质量的动态影像，帮助医生更好地理解吞咽过程中的解剖变化和运动模式。此外，该技术还可以用于研究其他动态过程，如面部表情变化、呼吸运动等，为相关领域的研究提供了强有力的支持。
研究团队还指出，该序列在口腔腔体的应用中具有显著的优势。由于口腔腔体内的多个组织边界较为密集，传统的MRI技术在捕捉这些边界时可能会产生较大的伪影。而该序列通过优化采样方式和重建算法，能够有效减少这些伪影，提高图像的清晰度和准确性。同时，该序列能够在不降低时间分辨率的前提下，提高空间分辨率，使得研究者能够更细致地观察口腔内的动态变化。
实验结果表明，该序列在动态模型和实际人体成像中均表现出良好的性能。在动态模型测试中，研究团队能够清晰地观察到舌头运动和吞咽过程的细节，而在实际人体成像中，志愿者的舌头运动和言语活动也被成功记录。这些结果不仅验证了该序列的有效性，还展示了其在实际应用中的潜力。此外，研究团队还测试了不同采样参数下的成像效果，包括不同的切片间距和线圈压缩水平，发现该序列在这些条件下均能保持较高的图像质量。
总的来说，本文提出了一种创新的rtMRI序列，结合了多带激发和压缩感知重建技术，能够在高时间分辨率下同时采集多个切片的数据。这一技术的应用不仅拓展了rtMRI的适用范围，还为研究复杂的动态过程提供了新的工具。未来，随着技术的进一步发展，该序列有望在更多医学领域中得到应用，为临床诊断和科学研究带来更大的价值。
