超短回波时间磁共振成像

1. 基础概念与定义：超短回波时间磁共振成像，简称UTE-MRI，是一种特殊的磁共振成像序列技术。它的核心特征是使用了极短的“回波时间”。回波时间是MRI扫描中，施加射频脉冲激发信号到采集这个信号之间的时间间隔。在常规MRI序列中，这个时间通常为数毫秒到数十毫秒，而UTE序列可以将这个时间缩短到0.1毫秒（100微秒）以下。

2. 技术原理与物理基础：这一步骤我们深入理解“回波时间”短的意义。人体组织中的质子（主要是水中的氢原子核）被激发后，其发出的信号会非常快速地衰减。这种衰减主要由两种机制造成：T2弛豫（自旋-自旋弛豫）和更快的T2弛豫。常规MRI主要采集衰减较慢的组分，而许多组织中存在信号衰减极快的组分（例如，皮质骨、肌腱、韧带、骨筋膜、肺实质中的水分子），它们的T2值极短（小于1毫秒），在常规MRI的回波时间点，这些信号已经衰减殆尽，因此在图像上表现为“无信号”的黑色。UTE序列通过在信号激发后以极快的速度采集信号，成功“捕捉”到了这些超短T2*的信号，从而让这些原本“隐匿”的组织结构在图像上显现出来。

3. 关键技术实现方法：实现超短TE在技术上充满挑战。主要方法包括：采用非常短促的射频脉冲进行激发；以及使用特殊的“径向K空间填充”或“锥形K空间填充”方式进行数据采集。与常规MRI常用的逐行填充（笛卡尔填充）不同，这些填充方式允许从信号中心（包含最多信息）开始立刻采集，从而最大限度缩短从激发到采集的时间延迟。这也导致了UTE图像的独特外观（通常中心区域信号高，边缘有特殊的模糊或条纹伪影）。

4. 主要的临床应用领域：

   • 肌肉骨骼系统：这是UTE-MRI最主要的应用领域。它可以清晰显示肌腱、韧带、半月板、关节软骨的深层和钙化层、骨皮质以及骨髓病变。例如，用于评估跟腱病、髌腱病的内部结构变化，检测细微的骨挫伤、骨水肿和骨折线。
   • 肺部成像：肺实质是充满空气的组织，质子密度极低，且水分子与空气界面导致磁场不均匀，T2*极短。UTE-MRI可以直接无创地显示肺实质结构，评估肺气肿、肺纤维化、肺炎等病变的形态和通气功能，且无电离辐射。
   • 神经与颅脑：用于显示颅骨、钙化、脑膜以及大脑深部核团（如黑质、红核）的铁沉积，有助于帕金森病等疾病的评估。
   • 其他：还包括牙齿成像、血管壁斑块成分分析（如识别钙化与纤维成分）等。

5. 优势与局限性：

   • 优势：最大的优势是能够可视化常规MRI“看不见”的超短T2组织；无电离辐射；能提供定量的T1、T2*映射信息，用于更精确的组织表征。
   • 局限性：图像信噪比通常低于常规序列；存在特殊的图像伪影（如径向条纹伪影）；扫描时间可能较长；对硬件（梯度系统）要求高；后处理和定量分析更为复杂。

6. 技术发展与变体：为了优化UTE成像，发展出了多种变体技术，例如：

   • 双回声UTE：连续采集两个不同TE的超短回波信号，通过计算可以生成“衰减图”，用于区分不同的短T2组织。
   • UTE与磁化准备结合：如UTE结合脂肪抑制、UTE结合磁化转移等，以增加组织对比特异性。
   • 3D UTE：实现各向同性的三维容积采集，便于多平面重建。

7. 未来展望：UTE-MRI正朝着更快（加速采集）、更定量（精准的T1、T2*、PD测量）和更智能（基于深度学习的图像重建与伪影校正）的方向发展。随着硬件和软件的进步，它有望从一种研究工具更广泛地整合到临床常规检查流程中，为肌肉骨骼疾病、肺部疾病和神经退行性疾病的早期诊断和疗效监测提供更全面的信息。