多參數(shù)磁共振成像 （mpMRI） 已被用作疑似前列腺癌患者檢測(cè)、定位、表征和風(fēng)險(xiǎn)分層的關(guān)鍵工具。盡管與系統(tǒng)活檢相比具有優(yōu)勢(shì)，但前列腺 mpMRI 的解釋具有局限性，包括陡峭的學(xué)習(xí)曲線，導(dǎo)致觀察者間存在相當(dāng)大的差異。人們對(duì)定量成像技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化越來(lái)越感興趣，以更客觀地評(píng)估病變。然而，傳統(tǒng)的繪圖技術(shù)速度很慢，無(wú)法在臨床中使用它們。磁共振指紋圖譜（MRF）是同時(shí)定量繪制多種組織特性圖的有效方法。The T1和 T2通過(guò)MRF獲得的值已通過(guò)幻影研究以及正常志愿者和患者進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明，MRF 衍生的 T1和 T2與ADC值一起，都是區(qū)分正常前列腺組織和前列腺癌的重要獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，并有望區(qū)分低級(jí)別和中/高級(jí)別癌癥。本綜述旨在介紹前列腺M(fèi)RF技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，討論前列腺M(fèi)RF在前列腺癌表征中的潛在應(yīng)用，并描述正在進(jìn)行的研究領(lǐng)域。

在過(guò)去二十年中，mpMRI在前列腺癌檢測(cè)、定位和局部分期中的作用越來(lái)越大[1，2，3]。使用 T 可在 MR 上看到癌癥可疑病變2-加權(quán)和擴(kuò)散加權(quán)圖像（DWI）和表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）圖，并且通常作為動(dòng)態(tài)對(duì)比度增強(qiáng)（DCE）圖像的早期增強(qiáng)焦點(diǎn)。因此，MRI 已成為評(píng)估前列腺的金標(biāo)準(zhǔn)成像方式，而 mpMRI 是首選方案。與標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)直腸超聲活檢相比，mpMRI成像也被用于輔助活檢靶向，從而可以提高對(duì)臨床上顯著的癌癥的檢出率，并減少對(duì)惰性病變的檢出率[4]。

前列腺的 mpMRI 方案通常包括 T2-用于解剖學(xué)評(píng)估的加權(quán)圖像以及DWI和DCE MRI。mpMRI的解釋遵循前列腺影像學(xué)報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)2.1版（PI-RADS v2.1）的建議[5]。mpMRI的評(píng)估是一種定性評(píng)估，可能導(dǎo)致不同讀者之間的解釋差異[6]。人們?cè)絹?lái)越多地探索使用定量組織特性圖譜進(jìn)行疾病診斷和分期，因?yàn)檫@些圖譜可以提供比傳統(tǒng)加權(quán)成像更客觀的信息。特別是，從DWI得出的ADC測(cè)量已被建議作為PI-RADS定性分析的潛在輔助手段[7，8，9，10]。T 的定量映射1和 T2由于制作這些圖譜所需的時(shí)間以及它們?cè)谠u(píng)估前列腺癌方面的未知邊際效用，因此不常規(guī)執(zhí)行或包含在 PI-RADS 中。

最近，定量T的幾種方法1和 T2映射已經(jīng)出現(xiàn)并應(yīng)用于前列腺，目的是通過(guò)客觀使用組織特性值來(lái)診斷和分層疾病來(lái)提高癌癥評(píng)估的可重復(fù)性。磁共振指紋圖譜（MRF）是一種能夠同時(shí)生成多種組織特性的定量圖譜的技術(shù)[11，12]，也在前列腺中進(jìn)行了探索[13，14，15，16，17]。雖然在前列腺中部署MRF的主要好處是能夠快速表征前列腺組織，但MRF可能比傳統(tǒng)的映射方法具有額外的優(yōu)勢(shì)。例如，早期的工作表明，MRF數(shù)據(jù)可用于提取有關(guān)單個(gè)組織成分的信息[18，19]，從而有可能改善對(duì)疾病的區(qū)分。此外，有人建議將MRF衍生的組織特性圖與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，用于自動(dòng)病變檢測(cè)[20]。效率、可重復(fù)性和對(duì)前列腺組織變化的潛在敏感性，以及高效后處理和分析的可能性，使MRF成為臨床前列腺評(píng)估中令人興奮的新工具。

本文綜述了MRF在前列腺組織特性圖譜方面的基礎(chǔ)知識(shí)，包括脈搏序列設(shè)計(jì)、字典生成和組織特性圖重建算法。還討論了前列腺成像中的潛在應(yīng)用，并描述了當(dāng)前的局限性和正在進(jìn)行的研究領(lǐng)域。

磁共振成像方案

在mpMRI協(xié)議中獲取的每個(gè)圖像都有不同的目的。T2-加權(quán)成像反映了組織的含水量和細(xì)胞性，并且由于出色的軟組織對(duì)比度，可用作帶狀結(jié)構(gòu)的高分辨率解剖圖像[21，22]。T2-加權(quán)成像在評(píng)估過(guò)渡區(qū) （TZ） 病變中起主要作用，在評(píng)估外周區(qū) （PZ） 病變時(shí)，加權(quán)成像在彌散區(qū)加權(quán)成像中起次要作用。在正常前列腺中，PZ 在 T 上出現(xiàn)高信號(hào)2-加權(quán)成像（盡管前列腺炎等良性改變可能為低強(qiáng)度），而TZ具有異質(zhì)性外觀，伴有低強(qiáng)度和高強(qiáng)度區(qū)域[23，24]。T2w 成像在表征 TZ 病變方面也起著重要作用，因?yàn)?TZ 中常見(jiàn)的 BPH 結(jié)節(jié)可能表現(xiàn)出有限的彌散，這會(huì)降低使用彌散加權(quán)圖像識(shí)別前列腺癌的靈敏度。然而，強(qiáng)度本身不能用作等級(jí)的客觀測(cè)量，因?yàn)榈蛷?qiáng)度的程度因制造商而異，具有順序和用戶控制的設(shè)置，并且因掃描儀而異。

DWI提供有關(guān)細(xì)胞性和組織內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)程度的定性和定量信息。與健康組織相比，DWI顯示前列腺癌，因?yàn)榧?xì)胞增加，擴(kuò)散系數(shù)降低[25]。根據(jù)具有不同b值的多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)圖像計(jì)算的ADC值的降低與格里森評(píng)分的增加有關(guān)[26，27]。同時(shí)使用 DWI 和 T2-加權(quán)成像的敏感性和特異性高于 T2-單獨(dú)加權(quán)成像檢測(cè)PZ和TZ中的前列腺癌[28，29]。

除了必需的 T2-加權(quán)圖像和ADC圖，DCE MRI圖像可用于評(píng)估灌注。DCE MRI圖像是通過(guò)采集一系列T生成的1-注射釓造影劑之前和之后的加權(quán)圖像。這些圖像顯示前列腺癌的早期局灶性增強(qiáng)[30]。雖然可以處理DCE圖像以產(chǎn)生灌注相關(guān)參數(shù)的定量圖，但這些測(cè)量的重復(fù)性和重現(xiàn)性較差，使這些信息無(wú)法用于標(biāo)準(zhǔn)臨床實(shí)踐[31]。雖然 PI-RADS v1 最初包含對(duì) DCE 信號(hào)增強(qiáng)曲線形狀的半定量分析，但曲線形狀不夠具體，無(wú)法保證包含在 PI-RADS v2.1 中。與PI-RADS v2.1目前的情況一樣，DCE成像僅用于通過(guò)對(duì)DCE圖像的視覺(jué)評(píng)估將外周區(qū)病變的風(fēng)險(xiǎn)從3類(lèi)提升至4類(lèi)，癌癥傾向于更早或與周?chē)＝M織同時(shí)增強(qiáng)[32]。雖然 T1-加權(quán)成像本身對(duì)前列腺癌檢測(cè)沒(méi)有診斷作用，因?yàn)榘┌Y和正常組織的信號(hào)強(qiáng)度都較低且均勻[22]，T1加權(quán)成像通常用于評(píng)估出血（可混淆T2w和彌散成像）和DCE分析[33]。

一旦獲得相關(guān)圖像，就可以使用 PI-RADS v2.1 五分評(píng)分系統(tǒng)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估前列腺癌的存在和階段。然而，PI-RADS有許多局限性[34，35]。除了ADC圖，PI-RADS中使用的圖像是定性的，這意味著它們不能反映組織特性的測(cè)量值（例如T2），而僅僅是由這些組織特性加權(quán)的圖像。因此，無(wú)法客觀評(píng)估前列腺組織以確定可疑病變是否具有標(biāo)記其與健康組織不同的組織特性。由于這些圖像的處理有些主觀，因此PI-RADS受到讀者之間協(xié)議有限的影響，即使在有經(jīng)驗(yàn)的讀者之間也是如此[34]。PI-RADS解釋也存在學(xué)習(xí)曲線，這可能導(dǎo)致缺乏一致性[36，37]。更客觀的前列腺健康評(píng)估方法可以減少這些差異，并進(jìn)行更明確的評(píng)估。

前列腺定量組織特性圖譜的常規(guī)方法

盡管 ADC 以外的定量圖譜分析目前不是 PI-RADS v2.1 的一部分，但有理由相信可以通過(guò)定量組織特性圖譜來(lái)測(cè)量前列腺組織的變化。使用傳統(tǒng)的弛豫法，T2在多項(xiàng)研究中觀察到，與癌癥相比，PZ中的值高于TZ值，在正常組織中的值更高[38，39]。多個(gè)小組表明，T2定位可用于區(qū)分正常前列腺組織、前列腺炎和良性前列腺增生（BPH）與前列腺癌[40，41，42，43，44，45]。T 降低2據(jù)報(bào)道，與健康組織相比，前列腺癌組織中的ADC值，這些值與前列腺癌的侵襲性相關(guān)[27，46，47，48，49，50，51]。有人建議 T2與單獨(dú)的T2w成像相比，映射可以為前列腺癌評(píng)估增加更高的陽(yáng)性預(yù)測(cè)價(jià)值。

不像 T2映射，T1映射尚未深入探索，可能是由于 T1加權(quán)圖像并未廣泛用于前列腺癌評(píng)估，因?yàn)樗鼈冊(cè)诎┌Y和正常前列腺組織之間幾乎沒(méi)有對(duì)比度。然而，在最近一項(xiàng)針對(duì) 23 名患者的小型研究中，發(fā)現(xiàn) T1與良性前列腺組織相比，前列腺癌的發(fā)病率更低[52]。使用雙回波渦輪自旋回波飽和恢復(fù)（四延遲時(shí)間）采集 T1和 T2映射，T1和 T2研究發(fā)現(xiàn)，癌癥的發(fā)生率低于間質(zhì)增生和非癌性PZ，但TZ和PZ癌癥沒(méi)有分離，總體診斷性能低于ADC[53]。

一些研究小組試圖了解前列腺組織和癌癥中測(cè)量的松弛特性差異的組織學(xué)基礎(chǔ)[54]。例如，Sabouri等人已經(jīng)評(píng)估了基于T測(cè)定管腔水分?jǐn)?shù)的可行性2用于前列腺癌檢測(cè)和分級(jí)的繪圖[55]。前列腺腔、基質(zhì)和上皮的定量已經(jīng)使用 T 的區(qū)室建模進(jìn)行了探索2和ADC映射數(shù)據(jù)，據(jù)報(bào)道，在存在癌癥的情況下，分?jǐn)?shù)上皮體積增加，管腔和基質(zhì)減少[56]。

然而，常規(guī)的T1和 T2映射序列可能很慢且效率低下。用于 T 的修改后的外觀鎖定器反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列 （MOLLI）1對(duì)于分辨率為 4.5 × 1.3 × 1 mm 的地圖，測(cè)繪需要 3.3 分鐘的數(shù)據(jù)采集時(shí)間3 [52]. 對(duì)于 T2使用多回波渦輪自旋回波方法進(jìn)行映射，插值分辨率為 0.55 × 0.76 × 2.2 mm3，采集時(shí)間為2分24秒[50]。因?yàn)?T1和 T2映射非常耗時(shí)，并且通常不會(huì)獲取這些地圖，這些通過(guò)常規(guī)方法進(jìn)行的測(cè)量尚未經(jīng)過(guò)徹底評(píng)估，無(wú)法用于組織表征和癌癥檢測(cè)。

磁共振指紋識(shí)別

磁共振指紋圖譜（MRF）[11]是一種定量組織屬性映射的方法，可用于同時(shí)有效地生成多個(gè)組織屬性的映射。MRF已被用于許多器官中，用于獲取T1和 T2地圖，包括大腦[11，57，58]，腹部器官[59]，心臟[60]，乳房[61，62]和前列腺[13，14，15]。通用MRF框架由四個(gè)關(guān)鍵組件組成：MRF數(shù)據(jù)采集、圖像時(shí)間序列重建、字典模擬和地圖生成。MRF工作流程的概述如圖所示。1 并在以下各節(jié)中介紹。

MRF 工作流程概述。（左上）使用具有可變采集設(shè)置（FA和TR）的MRF脈沖序列采集數(shù)據(jù)。（左下）MRF脈沖序列參數(shù)和大量組織性質(zhì)值（即T1和 T2） 作為輸入到布洛赫方程模擬中，以生成 MRF 字典。（中上）MRF脈沖序列用于在MRI掃描儀上收集高加速圖像;一個(gè)體素隨時(shí)間變化的信號(hào)時(shí)間過(guò)程（橙色曲線）由該體素中組織的特性以及脈沖序列設(shè)置決定。（中下）將來(lái)自一個(gè)體素的測(cè)量信號(hào)與模式匹配步驟中的字典進(jìn)行比較，并找到最佳匹配。（右）用于進(jìn)行最佳匹配字典條目的組織屬性被指定為 T1和 T2該體素的值，以及對(duì)所有體素重復(fù)的過(guò)程

MRF數(shù)據(jù)采集

MRI 信號(hào)可以對(duì)組織特性敏感，例如 T1和 T2，通過(guò)選擇合適的脈沖序列參數(shù)，即重復(fù)時(shí)間（TR），回波時(shí)間（TE），翻轉(zhuǎn)角度（FA）等。MRF脈沖序列經(jīng)過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)，使得不同的組織（假設(shè)具有不同的T）1和/或 T2值），以隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生具有不同配置文件的信號(hào)，并且這些信號(hào)可以彼此區(qū)分。通常在MRF中，TR和FA以受控方式變化，以確保這些信號(hào)是唯一的，并且數(shù)據(jù)采集通常使用反轉(zhuǎn)脈沖初始化，以提高信號(hào)對(duì)T的靈敏度1.T2-制備脈沖和額外的反轉(zhuǎn)脈沖也可用于增加對(duì)T的敏感性2和 T1分別。還可以插入延遲時(shí)間，以確保從具有不同組織特性的組織產(chǎn)生的信號(hào)可以彼此區(qū)分。雖然大腦中使用的第一個(gè)MRF序列是基于平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（bSSFP）讀數(shù)[11]，但任何序列結(jié)構(gòu)都可以與MRF一起使用。脈沖序列結(jié)構(gòu)的選擇取決于要測(cè)量的組織特性;具有穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)（FISP）讀數(shù)的快速成像越來(lái)越多地用于MRF，因?yàn)樗鼘?duì)非共振效應(yīng)相對(duì)不敏感[12]。

有許多不同的方法可以為MRF采集選擇脈沖序列參數(shù)。雖然最初的MRF工作使用了幾種TR和翻轉(zhuǎn)角的經(jīng)驗(yàn)選擇組合[11]，但其他小組則使用了蠻力方法[63]，測(cè)試了許多不同的可能掃描儀參數(shù)，并選擇了為組織特性圖提供最佳精度的掃描儀參數(shù)。更精細(xì)的方法包括使用基于噪聲系數(shù)[64]，Cramer-Rao下限[65]，計(jì)算機(jī)模型與物理啟發(fā)的優(yōu)化啟發(fā)式[66]和深度學(xué)習(xí)[67]。不同MRF脈沖序列參數(shù)優(yōu)化方法的概述可以在[68]中找到。

MRF數(shù)據(jù)通常沿著非笛卡爾采樣軌跡采集，其中每個(gè)采集窗口（即在單個(gè)TR中采集的數(shù)據(jù)）提供有關(guān)潛在組織特性的獨(dú)特信息。為了有效地提取這些信息，必須部署專門(mén)的技術(shù)，這將在下面概述。

MRF 圖像時(shí)間序列生成

一旦獲取了MRF數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就會(huì)被轉(zhuǎn)換為圖像，用于后面的模式匹配步驟。最初，在采集的每個(gè)TR中獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)非均勻快速傅里葉變換（NUFFT [69]）轉(zhuǎn)換為圖像域，從而產(chǎn)生圖像的時(shí)間序列?？紤]到高數(shù)據(jù)欠采樣因子，MRF圖像會(huì)因混疊偽影而嚴(yán)重?fù)p壞。但是，當(dāng)使用螺旋或徑向等非笛卡爾軌跡時(shí)，這些混疊偽像在圖像中顯示為類(lèi)似噪點(diǎn)。最近，管道中引入了減少這些單個(gè)圖像中偽影的方法，包括視圖共享[70]，并行成像[71]，迭代去噪[72]和低秩/壓縮傳感重建[73，74，75，76，77]。然而，MRF中不需要這些圖像重建步驟，盡管存在明顯的混疊偽影，但加速圖像仍可用于后續(xù)的組織屬性提取步驟。

轉(zhuǎn)換為圖像域后，使用自適應(yīng)線圈組合組合使用多個(gè)接收器線圈獲取的圖像進(jìn)行組合[78]。最近的研究表明，通過(guò)使用PCA [79]沿線圈維度壓縮MRF原始數(shù)據(jù)或圖像或使用奇異值分解壓縮[76，80]沿時(shí)間維度壓縮MRF原始數(shù)據(jù)或圖像，可以加速進(jìn)一步的處理步驟。一旦準(zhǔn)備好圖像的時(shí)間序列，就可以使用它進(jìn)行進(jìn)一步處理以提取組織特性信息（見(jiàn)下文）。

MRF 模擬

MRF重建依賴于在MRI掃描儀上獲得的信號(hào)演變與組織特性（T1/ 72等）。在大多數(shù)常規(guī)映射技術(shù)中，組織特性與信號(hào)演變之間的關(guān)系由指數(shù)信號(hào)模型描述，并且可以通過(guò)將觀察到的信號(hào)曲線擬合到模型來(lái)提取定量組織特性值。然而，在MRF中，通過(guò)在整個(gè)采集過(guò)程中改變脈沖序列參數(shù)，組織特性與信號(hào)演變之間的關(guān)系被設(shè)計(jì)得要復(fù)雜得多。為了有效地將MRF中測(cè)量的信號(hào)時(shí)間過(guò)程與組織特性值的適當(dāng)組合相匹配，通常使用字典匹配方法來(lái)代替顯式曲線擬合。

在MRF中，體素產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)程是采集中使用的序列參數(shù)（例如FA和TR）以及屬性（即T1和 T2）的體素組織。不同T組合的MRF脈沖序列產(chǎn)生的信號(hào)演變1和 T2被計(jì)算出來(lái)。計(jì)算出一組組織屬性的時(shí)間序列后，將其歸一化以供以后用于模式匹配，并作為條目存放在字典中。這些MRF信號(hào)時(shí)間過(guò)程可以使用各種技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，其中最常見(jiàn)的是通過(guò)使用布洛赫方程模擬。其他方法包括使用擴(kuò)展相位圖（EPG）對(duì)信號(hào)進(jìn)行建模[81，82]，或訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在比顯式布洛赫方程計(jì)算更短的時(shí)間內(nèi)概括布洛赫方程[83]。

目標(biāo)臨床應(yīng)用的預(yù)期組織特性生理范圍用于定義T的上下邊界1和 T2為其計(jì)算字典條目的值。例如，MRF 字典可能包含 T 組合的信號(hào)演變1值從 10 到 3000 毫秒，增量為 10 毫秒，T2值從 2 到 500 毫秒，增量為 2 毫秒。請(qǐng)注意，映射 T 的準(zhǔn)確度和精度1和 T2值部分由 MRF 字典分辨率確定。如果字典分辨率正常（T 之間的間距很?。?和 T2條目），MRF 字典的大小可能非常大且難以處理，但信號(hào)演變可能會(huì)在字典中更準(zhǔn)確地表示。另一方面，如果字典分辨率較粗，則MRF字典的大小將很小，但條目可能無(wú)法真正代表在采集的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)演變。另請(qǐng)注意，字典大小隨著MRF掃描中要映射的組織屬性數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng);大型字典增加了重建的計(jì)算負(fù)載和內(nèi)存要求。這種字典大小考慮可能會(huì)限制在MRF掃描中可以實(shí)際評(píng)估的單個(gè)組織特性的數(shù)量。

MRF 映射生成

MRF 管道的最后一步是將 MRF 圖像時(shí)間序列與字典匹配，以選擇最能代表每個(gè)體素的采集信號(hào)的字典條目。The T1和 T2然后，可以將構(gòu)造該條目的值作為測(cè)量值分配給該體素。此步驟有幾種方法，但最常用（也是最簡(jiǎn)單的）稱為互相關(guān)模式匹配。在這里，從圖像時(shí)間序列中提取來(lái)自單個(gè)像素隨時(shí)間變化的信號(hào)，并進(jìn)行歸一化。計(jì)算該測(cè)量信號(hào)與所有字典條目之間的互相關(guān)（內(nèi)積），并選擇具有最高互相關(guān)值的字典條目作為最佳“匹配”。The T1和 T2然后，用于構(gòu)造該字典條目的值被指定為該體素的組織屬性。

這個(gè)簡(jiǎn)單的匹配過(guò)程可能會(huì)很慢，尤其是在字典很大的情況下。為了對(duì)抗這些影響，可以使用更高級(jí)的匹配方法，例如快速組匹配[84]。機(jī)器學(xué)習(xí)方法也在不斷發(fā)展，其中可以從數(shù)據(jù)中提取組織屬性，而無(wú)需顯式字典[85，86，87，88，89，90]。這些方法在字典可能變得非常大的情況下可能特別有用，例如當(dāng)映射兩個(gè)以上的組織屬性時(shí)[91]。

前列腺互助

前列腺M(fèi)RF獲取和組織特性圖譜生成

迄今為止主要用于前列腺患者評(píng)估的MRF序列是在3T下開(kāi)發(fā)的，詳見(jiàn)[13]。然而，MRF的其他不同實(shí)現(xiàn)可用于測(cè)量T1和 T2，如[17]中所述。[13] 中報(bào)告的序列基于 FISP MRF [12]，因?yàn)樵诖嬖趤?lái)自腸道氣體等來(lái)源的場(chǎng)不均勻性的情況下，它對(duì)非共振效應(yīng)相對(duì)不敏感。該脈沖序列的示意圖如圖所示。2. 首先通過(guò)施加反轉(zhuǎn)脈沖制備磁化強(qiáng)度，然后采集3000塊數(shù)據(jù)，TR在11.2和14.2 ms之間變化，翻轉(zhuǎn)角度在0°和50°之間變化，如圖所示。1.該TR系列采用柏林噪聲模式選擇，翻轉(zhuǎn)角度以正弦模式變化，其中最大翻轉(zhuǎn)角度隨機(jī)選擇，詳見(jiàn)[12]。此外，每10 TR插入200個(gè)TR的短弛豫期。數(shù)據(jù)矩陣為 400 × 400，視場(chǎng)角為 400 × 400 mm2，面內(nèi)分辨率為 1 × 1 mm2，切片厚度從 3 到 6 毫米不等。對(duì)于一個(gè)切片，這種前列腺M(fèi)RF實(shí)現(xiàn)的總采集時(shí)間為39 s，并且在測(cè)量之間插入至少5 s的延遲時(shí)間，以確保在開(kāi)始下一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前有足夠的磁化恢復(fù)。采集后，原始數(shù)據(jù)沿線圈維度壓縮為3000個(gè)虛擬線圈，沿時(shí)間維度執(zhí)行SVD，將時(shí)間序列從43點(diǎn)壓縮到<>點(diǎn)。壓縮的數(shù)據(jù)使用 NUFFT 轉(zhuǎn)換為圖像域。

用于3 T時(shí)前列腺M(fèi)RF的脈沖序列示意圖。許多實(shí)現(xiàn)中使用的讀數(shù)是均勻密度螺旋。重復(fù)次數(shù)（TR）和翻轉(zhuǎn)角度（α）在每個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊后發(fā)生變化，如圖左側(cè)所示。1

在前列腺M(fèi)RF中，可以預(yù)先計(jì)算MRF字典，因?yàn)樾蛄袇?shù)不會(huì)因受試者而異。在前列腺和骨盆區(qū)域，T1預(yù)計(jì)范圍在 1000 到 2500 ms 之間，而 T220T系統(tǒng)在300-3 ms之間[15]。字典分辨率，此處以毫秒為單位列出，格式為 [min：step：max]，用于 T1值為 [10：5：90、100：10：1000、1020：20：1500、1550：50：2050、2150：100：2950] 和 T2值為 [2：2：10、15：5：150、160：10：200、250：50：500]，其中值為 T1小于 T2被排除在外。該詞典共有5，970個(gè)詞條。與收集的時(shí)間序列數(shù)據(jù)一樣，字典沿時(shí)間序列方向壓縮，產(chǎn)生 43 個(gè)時(shí)間點(diǎn)。然后計(jì)算單個(gè)體素的采集時(shí)間序列與每個(gè)字典條目之間的互相關(guān)，以求出 T1和 T2體素的值。這種重建可以離線進(jìn)行（例如，在Matlab中），但也已在Gadgetron平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)快速的在線重建和簡(jiǎn)化的臨床部署[16]。

前列腺M(fèi)RF的應(yīng)用

前列腺M(fèi)RF已被探索用于表征外周區(qū)和過(guò)渡區(qū)的前列腺病變[13，14，15]。T 的示例1地圖和 T2使用 3 T 的前列腺 MRF 生成的圖，以及 ADC 圖和 T2-加權(quán)圖像，如圖所示。3.該患者患有前列腺癌（格里森9級(jí)），PZ受累，用白色箭頭標(biāo)記。注意 T 中癌癥的低強(qiáng)度2-加權(quán)圖像，以及該區(qū)域中ADC的低值。MRF衍生的T1和 T2地圖顯示在底部。均值 T1和 T2這種前列腺癌的值明顯低于正常PZ（T1為 1533 ± 175 ms 與 2920 ± 80 ms 和 T2為 37 ± 7 ms vs. 261 ± 57 ms），其中分析的 ROI 在 MRF 地圖上用黑色邊框標(biāo)記。

在前列腺癌患者（格里森評(píng)分9）中收集的圖像和地圖，3 T。（左上）T2-加權(quán)軸像，PZ中有一個(gè)大的低信號(hào)癌癥（白色粗箭頭）。（右上）癌癥在表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）圖上顯示出較低的擴(kuò)散系數(shù)。（底排）MRF 衍生的 T2和 T1分別是地圖。癌癥在這些地圖上由ROI標(biāo)記，黑色邊框再次由白色箭頭表示，正常出現(xiàn)的PZ ROI用簡(jiǎn)單的黑色邊框標(biāo)記

最初的前列腺M(fèi)RF工作側(cè)重于PZ病變的定量表征[13]。MRF 和 ADC 數(shù)據(jù)，以及標(biāo)準(zhǔn) T2-加權(quán)圖像，在140 T下收集了總共3名患者，使用標(biāo)準(zhǔn)的12核TRUS方法或系統(tǒng)活檢加認(rèn)知靶向活檢對(duì)可疑病變進(jìn)行活檢。所有三種定量組織特性（T1/ 72和ADC）在癌癥中明顯低于正常出現(xiàn)的PZ組織，并且使用所有這三個(gè)指標(biāo)一起提供了0.99的AUC來(lái)區(qū)分癌癥和健康組織。這個(gè)結(jié)果有點(diǎn)出人意料，因?yàn)門(mén)1以前不被認(rèn)為是在前列腺癌存在時(shí)發(fā)生變化的特性。最有趣的是，使用 T2和ADC，低級(jí)別癌癥可以與中高級(jí)別癌癥區(qū)分開(kāi)來(lái)，AUC為0.83。這一發(fā)現(xiàn)表明，MRF可用于區(qū)分侵襲性，并可能表明哪些患者可以單獨(dú)進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)測(cè)。此外，雖然 T1ADC可以一起使用來(lái)區(qū)分正常PZ組織與前列腺炎（AUC為0.99），使用定量參數(shù)的任何組合都不可能清楚地將PZ中的癌癥與前列腺炎分開(kāi)，這可能是因?yàn)闃颖玖啃?，接受靶向活檢的子集小。

一項(xiàng)隨訪研究納入了89例接受靶向活檢（TRUS或內(nèi)MRI引導(dǎo)下活檢的認(rèn)知靶向）患者，接受3T時(shí)MRF掃描[14]。評(píng)估臨床上顯著的癌癥（格里森評(píng)分3 + 4 = 7及以上），臨床上不顯著的癌癥（格里森3 + 3 = 6），非癌癥（前列腺炎和活檢證明的正常前列腺組織）和臨床上不顯著的病變（格里森6癌癥，前列腺炎和陰性活檢的組合組）之間的定量差異。本研究的示例圖像如圖所示。4. 這項(xiàng)研究證實(shí) T1ADC可用于區(qū)分癌癥與陰性活檢（AUC為0.83）以及非癌癥（AUC為0.80）和T2ADC可用于區(qū)分臨床上顯著的癌癥（格里森評(píng)分3 + 4 = 7及以上）和臨床上不顯著的癌癥（格里森3 + 3 = 6）癌癥（AUC為0.91），非癌癥（0.86）和臨床上不顯著的病變（0.86）。也可以區(qū)分癌癥和前列腺炎（使用T 0.712ADC為0.79），盡管用于這種差異的截止值更為復(fù)雜。兩個(gè) T1和 T2發(fā)現(xiàn)癌癥和非癌癥之間存在顯著差異，這些指標(biāo)在區(qū)分癌癥和非癌癥時(shí)提供了與ADC互補(bǔ)的信息。在這項(xiàng)研究中，T1值 1720 至 1730 ms， T2值為 52 至 60 ms，ADC 值為 0.75 至 0.78 × 10–3毫米2/s在臨床上顯著的癌癥和非癌癥之間提供了最佳的區(qū)分性能（見(jiàn)圖）。5）. 雖然有希望，但這項(xiàng)研究的一個(gè)局限性是這些臨界值的診斷性能未在另一個(gè)隊(duì)列中得到驗(yàn)證。

轉(zhuǎn)載自 A. Panda 等人，“使用磁共振指紋圖譜和擴(kuò)散映射對(duì)外周區(qū)前列腺癌表征進(jìn)行靶向活檢驗(yàn)證”，Invest。無(wú)線電，第1頁(yè)，2019年，https://doi.org/10.1097/rli.0000000000000569。經(jīng)威科集團(tuán)健康公司許可

ADC、T 的比較1和 T2在 3 T 處收集的靶向活檢證實(shí)的前列腺癌 （A-D）、前列腺炎 （E-H） 和良性前列腺組織 （I-L） 的值。前列腺癌：T2w 圖像 （A） 顯示右外周區(qū)域彌漫性暗背景信號(hào)下的局灶性暗病變，ADC 為 0.87 × 10?3毫米2/秒 （B）。T1和 T2值分別為 1560 毫秒和 42 毫秒。前列腺炎：T2w （E） 顯示左外周區(qū)呈楔形輕度深色病變，ADC 為 0.87 × 10?3毫米2/秒 （F）。T1和 T2數(shù)值分別高于癌癥，分別為1770 ms和83 ms。良性前列腺組織：T2w （I） 顯示右根尖外周區(qū)局灶性病變，ADC 為 0.82 × 10?3毫米2/s.根據(jù)臨床MRI可疑形態(tài)，活檢發(fā)現(xiàn)前列腺組織良性。T1和 T2數(shù)值分別高于癌癥，分別為2310 ms和73 ms。

轉(zhuǎn)載自 A. Panda 等人，“使用磁共振指紋圖譜和擴(kuò)散映射對(duì)外周區(qū)前列腺癌表征進(jìn)行靶向活檢驗(yàn)證”，Invest。無(wú)線電，第1頁(yè)，2019年，https://doi.org/10.1097/rli.0000000000000569。經(jīng)威科集團(tuán)健康公司許可

在 3 T 處使用組合 MRF 弛豫法和 ADC 映射進(jìn)行定量表征。2與前列腺炎（n = 15），低級(jí)別癌癥（n = 10）和臨床上顯著的癌癥（n = 53）的ADC相比。ADC 值為 1.04 × 10?3毫米2/s 對(duì)于區(qū)分所有癌癥和前列腺炎（右垂直線）具有敏感性，但不具有特異性。ADC 值為 0.78 × 10?3毫米2/s（左垂直線）是區(qū)分臨床上顯著癌癥與低級(jí)別癌癥和前列腺炎的最佳分界線。在ADC重疊區(qū)（兩條垂直線之間）中，一個(gè) T2≤ 68 ms還有助于區(qū)分癌癥和前列腺炎（水平線）。b T 的散點(diǎn)圖1與ADC相比，非癌癥包括前列腺炎（n = 15），陰性活檢（n = 26），低級(jí)別癌癥（n = 10）和臨床上顯著的癌癥（n = 53）。ADC 值為 0.75 × 10?3毫米2/s 后跟 T1的 1720 毫秒是區(qū)分癌癥和非癌癥的最佳臨界值（水平線）。在ADC重疊區(qū)（垂直線之間），而五種臨床上顯著的癌癥具有T1> 1720 毫秒，他們也有 T2≤ 68 毫秒數(shù)字

與PZ病變相比，TZ癌癥的檢測(cè)和表征更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈兾挥谙袤w的視覺(jué)異質(zhì)部分，并且在外觀上與T上的良性結(jié)節(jié)相似2-加權(quán)成像。在[15]中，67名患有75例TZ病變的男性接受了3 T的MRI掃描，包括MRF，ADC映射和T2-加權(quán)成像。與涉及PZ病變的研究一樣，在T2-加權(quán)圖像和定量 T1/ 72，并在這些區(qū)域測(cè)量ADC值。圖 6 顯示了本研究中獲取的幾個(gè)示例地圖。通過(guò)認(rèn)知靶向TRUS活檢（N = 15）和孔內(nèi)MRI引導(dǎo)活檢（N = 60）確定病變的病理。T 的組合1ADC在前列腺癌和非癌癥（AUC為0.94）和臨床上顯著的前列腺癌和臨床上不顯著的TZ病變（0.81）之間提供了最佳的分離。MRF 衍生的 T1還能夠區(qū)分PI-RADS v2 3類(lèi)非癌癥和癌癥（AUC為0.79）。MRF 衍生的 T1值為 1500 至 1510 ms，ADC 值為 0.66 至 0.70 × 10–3毫米2/s對(duì)TZ病變提供了最佳的鑒別性能（見(jiàn)圖）。7）. 再次 T1= 1500 ms，ADC 為 0.65 × 10–3毫米2/s可以用作實(shí)際的臨床臨界值，盡管這些尚未在另一個(gè)隊(duì)列中得到驗(yàn)證。

轉(zhuǎn)載自 A. Panda 等人，“用于前列腺過(guò)渡區(qū)病變表征的 MR 指紋和 ADC 映射”，放射學(xué)。2019;292：685–694，許可掛起

從（左到右）軸向T的圖像比較2-加權(quán) MRI、表觀擴(kuò)散系數(shù) （ADC） 映射和 T1和 T2靶向活檢證實(shí)的前列腺癌、前列腺炎和良性前列腺增生 （BPH） 結(jié)節(jié)的 MR 指紋圖譜均在 3 T. A–D 活檢證實(shí)的前列腺癌（箭頭）采集。均值 T1/ 72，ADC 分別為 1450 ms、43 ms 和 0.51 × 10–3毫米2/s，分別。E-H 活檢證實(shí)的前列腺炎（箭頭）。均值 T1/ 72，ADC 分別為 1615 ms、63 ms 和 0.83 × 10–3毫米2/s，分別。I–L，對(duì)于良性前列腺增生結(jié)節(jié)（箭頭），均值 T1/ 72，ADC 分別為 1600 ms、43 ms 和 0。87 × 10–3毫米2/秒，分別。注意 T 的差異1過(guò)渡區(qū)癌癥和非癌癥之間的弛豫時(shí)間，盡管病變?cè)赥上具有相似的低信號(hào)強(qiáng)度2-加權(quán)圖像。

轉(zhuǎn)載自 A. Panda 等人，“用于前列腺過(guò)渡區(qū)病變表征的 MR 指紋和 ADC 映射”，放射學(xué)。2019;292：685–694視擴(kuò)散系數(shù) （ADC） 與 T 的散點(diǎn)圖1對(duì)于正常過(guò)渡區(qū)（NTZ）（n = 66），活檢證明的非癌癥（n = 38）和前列腺癌（n = 37）表明，癌癥與活檢證明的非癌癥和NTZ在定量空間中分離良好。由最佳模型定義的區(qū)域用實(shí)線（前列腺癌與非癌癥）和虛線（前列腺癌與NTZ）表示。

其他研究證實(shí)了PZ和TZ T的發(fā)現(xiàn)1和 T2用MRF測(cè)量的值在癌癥中低于健康前列腺[92，93]，其中測(cè)量值與最初報(bào)道的值相似。在對(duì)比給藥時(shí)，測(cè)量的T1和 T2已被證明減少，盡管前列腺癌中兩者的減少低于正常 TZ 和 T 的減少1前列腺癌低于正常PZ。小型研究報(bào)告，在幻影和健康受試者中，基于前列腺M(fèi)RF的測(cè)量在1.5和3T下均具有出色的跨系統(tǒng)重現(xiàn)性[17]，報(bào)告的值與[13，14]相似。一項(xiàng)在16個(gè)不同機(jī)構(gòu)（UHCMC、Brigham Women's和DASA）進(jìn)行的小型研究中探討了前列腺M(fèi)RF測(cè)量的易用性以及可重復(fù)性和可重復(fù)性，結(jié)果非常好，表明該技術(shù)確實(shí)可以普遍用于臨床前列腺評(píng)估[<>]。有必要在更多機(jī)構(gòu)對(duì)更大群體的男性進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以證實(shí)基于MRF的測(cè)量與ADC相結(jié)合，當(dāng)可以使用這些定量指標(biāo)明確表征組織時(shí)，可以用作活檢的替代品。

MRF在臨床組織表征之外的另一個(gè)潛在用途是更好地了解組織學(xué)變化驅(qū)動(dòng)T的原因1和 T2各種組織狀態(tài)的差異。一篇有趣的文章在男性的整個(gè)前列腺標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了健康組織、前列腺炎和癌癥區(qū)域，這些男性接受了前列腺M(fèi)RF掃描，然后接受了前列腺切除術(shù)，并計(jì)算了這些區(qū)域的上皮、管腔和基質(zhì)的相對(duì)比例[92]。觀察到：（1）實(shí)測(cè)的T1和 T2值與上皮比值呈負(fù)相關(guān)，（2）T1前列腺癌患者隨著基質(zhì)的增加而增加，但前列腺炎患者隨著基質(zhì)的增加而降低，（3）T2隨著前列腺癌和前列腺炎管腔比例的增加而增加。鑒于這些關(guān)聯(lián)，可以定制MRF序列以特異性測(cè)量組織成分的這些差異，從而提高M(jìn)RF的精度，從而提高鑒別力。Deshmane等人[19]的工作表明，可以使用MRF測(cè)量來(lái)評(píng)估大腦中的不同組織區(qū)室，這種方法對(duì)于前列腺M(fèi)RF也有價(jià)值。此外，眾所周知，常規(guī)MRI漏診了少量癌癥。通過(guò)仔細(xì)的組織學(xué)和定量分析，可以確定是否可以更好地定量檢測(cè)這些漏診的癌癥。

前列腺M(fèi)RF的未來(lái)發(fā)展

前列腺M(fèi)RF最明顯的下一個(gè)挑戰(zhàn)是需要提高空間分辨率和掃描時(shí)間。上述臨床研究使用2D MRF實(shí)施來(lái)收集T1和 T2面內(nèi)空間分辨率為 1 × 1mm 的地圖2切片厚度為 5 毫米。與臨床 T 的分辨率相比2-用于檢測(cè)前列腺癌的加權(quán)圖像，通常為0.6×0.6mm2對(duì)于3 mm的切片厚度，這些基于MRF的組織特性圖的空間分辨率顯著降低。這種較低的分辨率排除了使用當(dāng)前的MRF實(shí)現(xiàn)進(jìn)行病變檢測(cè)。此外，由于需要在持續(xù)2至39秒的掃描中獨(dú)立捕獲每個(gè)50D切片，因此報(bào)告的數(shù)據(jù)采集時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。高分辨率（0.6×0.6×3mm3）已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可用于病變檢測(cè)的3D前列腺M(fèi)RF采集方案，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為3分鐘48秒[93]。該分辨率與傳統(tǒng)T中使用的分辨率相同2-前列腺的加權(quán)成像，掃描時(shí)間不比多層2D MRF長(zhǎng)得多。雖然僅評(píng)估了少量病變，并且檢查的病變沒(méi)有根據(jù)其在前列腺中的位置分開(kāi)，但90例疑似前列腺癌男性的初步結(jié)果與先前的研究一致[14，15]。相對(duì)快速的高分辨率3D前列腺M(fèi)RF方法的開(kāi)發(fā)可能最終消除對(duì)單獨(dú)的高分辨率T的需求。2-加權(quán)掃描，因?yàn)榭梢詮?T 生成合成圖像2地圖本身，或者可以使用基于MRF的地圖直接檢測(cè)病變。由于這些好處，預(yù)計(jì)未來(lái)的前列腺M(fèi)RF研究將采用高分辨率3D方法。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是，目前前列腺M(fèi)RF的實(shí)施能夠同時(shí)量化T。1和 T2，但不是ADC，ADC已在上述臨床研究的單獨(dú)掃描中測(cè)量。通過(guò)這種方法，T1和 T2地圖本質(zhì)上是共同配準(zhǔn)的，但 ADC 地圖可能與基于 MRF 的地圖不完全對(duì)齊。事實(shí)上，由于擴(kuò)散圖像是用EPI收集的，并且比基于MRF的地圖更容易失真，因此需要一個(gè)潛在的錯(cuò)誤誘導(dǎo)配準(zhǔn)步驟。測(cè)量 T 的 MRF 實(shí)現(xiàn)1和 T2以及ADC將比使用兩種不同的掃描更可取。雖然理論上可以測(cè)量額外的組織特性以及 T1和 T2MRF，包括但不限于灌注[96，97]、脂肪分?jǐn)?shù)[98，99，100，101]和彌散[102]，測(cè)量彌散和T都非常具有挑戰(zhàn)性2同時(shí)與MRF合作。包括擴(kuò)散測(cè)量在內(nèi)的MRF實(shí)施將采集分為兩部分，其中一部分用于評(píng)估T1和 T2，以及用于測(cè)量 T 的一個(gè)1和 ADC。然而，即使這種方法也沒(méi)有被廣泛采用，因?yàn)楂@取所有三種組織特性的信息需要很長(zhǎng)的掃描時(shí)間，而且兩個(gè)T導(dǎo)致的信號(hào)水平都很低。2- 和擴(kuò)散加權(quán)。其他研究組報(bào)告了測(cè)量所有三種特性的能力[103]，但這種方法尚未在前列腺中進(jìn)行測(cè)試。直到高效準(zhǔn)確的組合 T1/T2針對(duì)前列腺的/ADC進(jìn)行MRF采集和重建方案的制定，必須采用單獨(dú)采集的常規(guī)ADC圖譜來(lái)評(píng)估病變的彌散特性。在所有這些技術(shù)挑戰(zhàn)中，該技術(shù)的多機(jī)構(gòu)和多供應(yīng)商驗(yàn)證實(shí)施將允許在非專家站點(diǎn)進(jìn)行更多的常規(guī)掃描，并在患者和隊(duì)列之間進(jìn)行可靠的比較。

最后，即使使用三種不同組織特性的定量測(cè)量，明確區(qū)分前列腺中各種病理的重大和臨床相關(guān)挑戰(zhàn)仍然存在。例如，雖然在某些情況下可以區(qū)分癌癥和前列腺炎，但表征這些不同組織的穩(wěn)健方法將具有極大的臨床意義。困難可能在于健康組織和病理組織的性質(zhì)相似（即相似的T1/ 72和 ADC），并且可能需要額外的組織特性才能區(qū)分它們。另一種可能性是，目前這些組織特性的測(cè)量方差太大;使用改進(jìn)的MRF序列進(jìn)行更精確的測(cè)量可能會(huì)有所幫助。將PIRADs 3.2系統(tǒng)中的1類(lèi)病變細(xì)分為高風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)組是另一個(gè)主要的開(kāi)放問(wèn)題，這將產(chǎn)生很高的臨床影響。轉(zhuǎn)移性病變（例如骨結(jié)構(gòu)）的MRF和測(cè)量其對(duì)治療的反應(yīng)是未來(lái)臨床工作的另一個(gè)主要目標(biāo)。

結(jié)論

前列腺M(fèi)RF是一種不斷發(fā)展的前列腺成像和組織特性映射技術(shù)。與ADC映射一起，T1和 T2使用MRF得出的地圖已被用于區(qū)分外周和過(guò)渡區(qū)的非癌癥和健康前列腺組織。雖然MRF采集和重建的潛在改進(jìn)正在研究中，包括獲取更高分辨率或3D地圖或?qū)DC添加到測(cè)量的組織特性中，但初步MRF結(jié)果表明，該技術(shù)可能成為表征前列腺組織的有用工具。

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