Pulseq-CEST 库：推动化学交换饱和转移磁共振成像标准化与创新的关键力量

在化学交换饱和转移（CEST）MRI 缺乏标准化的情况下，研究人员开展了 Pulseq-CEST 库相关研究。结果显示该库的序列和模拟环境能有效评估新协议，且真实与模拟数据匹配良好。其意义在于为 CEST 研究提供通用基础，加速新技术发展。

　　化学交换饱和转移磁共振成像（CEST MRI）是一项先进的磁共振成像技术，它能够通过检测生物组织中水分子和溶质分子之间的质子交换，来突出显示特定的分子成分和代谢物，帮助医生更清晰地观察组织特性，对脑肿瘤等疾病的诊断和研究具有重要意义。然而，目前 CEST MRI 在参数设置方面缺乏标准化，不同研究使用的脉冲序列、Bloch-McConnell 模拟以及评估方法差异较大，这使得研究结果难以重复和比较。

为了解决这些问题，来自德国慕尼黑工业大学计算机视觉小组、慕尼黑机器学习中心、埃尔兰根大学医院神经放射学研究所、德国物理技术研究院等机构的研究人员，开展了关于 Pulseq - CEST 库的研究。他们的研究成果发表在《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》上。

研究人员通过建立 Pulseq - CEST 库，为 CEST 研究提供了一系列标准化的准备和模拟定义，包括示例数据和评估方法。该库基于 Pulseq 框架，利用 Bloch - McConnell 方程来模拟体外和体内条件。在这个模型中，研究人员可以固定一个候选序列或环境，同时改变其他输入参数，从而对各种因素进行稳健测试。

研究中用到的主要关键技术方法包括：基于 Pulseq 进行脉冲序列编程，能够在 MATLAB 和 Python 环境中生成适用于模拟和实际磁共振扫描仪的文本文件；利用 Bloch - McConnell 模拟，通过分段常数近似 CEST 脉冲，并采用 Padé 算法计算矩阵指数，可模拟任意数量的交换池；使用特定的体模，由五个 50mL Falcon 管组成，模拟健康组织、肿瘤组织和液体囊肿，管内添加不同浓度的 Gadovist、琼脂糖和 L - 精氨酸等物质；采用基于感兴趣区域（ROI）的评估方法对实验数据进行分析。

下面来具体介绍研究结果：

• 概述与演示：研究人员以 APTw 3T Sinc Gauss 脉冲序列为例，对真实五管体模和模拟的 L - 精氨酸环境进行实验。结果发现，真实数据和模拟数据的 Z 谱形状相似，磁化转移比不对称性（MTRasym）图在约 + 3 ppm 处出现峰值，这与 L - 精氨酸的特征相符，表明实验结果具有一致性。但在真实的 L - 精氨酸管中观察到 + 0.75 ppm 处的不对称性，模拟数据未复现，经分析可能是 B₀伪影导致。此外，不同的插值方法会影响 Z 谱和 MTRasym 图，平滑样条插值使 Z 谱更规则，但可能掩盖小的效应；线性插值更能保留局部偏差，不过 MTRasym 谱不太平滑。
• 实验环境探究：研究人员利用 APTw 3T Sinc Gauss 脉冲序列在不同模拟环境（L - 精氨酸、肌酸、白质）中进行实验。结果显示，不同环境的 MTRasym 谱在特定频率偏移处出现对应化学化合物的局部峰值，如精氨酸在 + 3 ppm、肌酸在 + 1.4 ppm、白质在 + 1.9 ppm。这些模拟数据的定义基于 yaml 文件，可对各种参数进行调整。
• 脉冲序列探究：研究人员除了使用 APTw 3T Sinc Gauss 脉冲序列，还对 WASABI 序列进行实验。通过比较模拟的 WASABI 序列和测量数据，生成 B₀和 B₁图，有助于更好地理解 B₀波动并进行校正。结果表明，体模 L - 精氨酸管产生的光谱与模拟结果相似，反映了 WASABI 拟合的特征形状。

研究结论和讨论部分指出，尽管当前 CEST 研究在方法标准化方面存在诸多问题，如不同研究间结果难以匹配、模拟参数难以达成共识等，但 Pulseq - CEST 库为解决这些问题提供了有效途径。该库不仅能作为标准化工具，帮助研究人员识别和校正差异，还能通过不断纳入新的序列、环境和体模进行扩展。此外，Pulseq - CEST 库与其他开源图像处理资源（如 Medical Imaging Interaction Toolkit，MITK）结合，可从成像角度进一步优化，推动 CEST 方法学的突破以及在深度学习等领域的应用，为未来多中心研究和更精确的磁共振成像标准制定奠定基础。总之，Pulseq - CEST 库的建立和应用，对于推动 CEST MRI 技术的发展和广泛应用具有重要意义，有望为生命科学和医学研究带来新的突破。