基于磁共振指纹成像（MRF）的快速定量化学交换饱和转移（CEST）成像

目的：开发一种用于定量化学交换饱和转移（CEST）成像的快速磁共振指纹成像（MRF）方法。方法：我们实现了一种 CEST-MRF 方法，用于量化 L-精氨酸（L-Arg）体模的 N${\alpha}$-胺质子以及大鼠脑组织活体内的酰胺和半固体可交换质子的化学交换速率和体积分数。L-Arg 体模由不同浓度（25-100 mM）和 pH 值（pH 4-6）配制而成。MRF 采集方案在 30 次迭代中随机改变饱和功率（体模：0-6 ${\mu}$T；活体：0-4 ${\mu}$T），总采集时间 <=2 分钟。将信号轨迹与通过 Bloch-McConnell 方程模拟得到的大量信号轨迹字典进行模式匹配，该字典涵盖了交换速率、可交换质子体积分数以及水 T1 和 T2* 弛豫时间的不同组合。结果：L-Arg 的 N${\alpha}$-胺质子的化学交换速率与使用饱和功率定量交换法测得的速率具有显著（p<0.0001）相关性。类似地，使用 MRF 确定的 L-Arg 浓度与已知浓度具有显著（p<0.0001）相关性。交换速率对 pH 值的依赖性能被碱催化交换模型很好地拟合（R2=0.9186）。在大鼠脑皮层测得的酰胺质子交换速率（36.3+-12.9 Hz）与先前使用水交换光谱法测得的值（28.6+-7.4 Hz）吻合良好。与先前的磁化转移研究一致，半固体质子体积分数在白质（11.2+-1.7%）中高于灰质（7.6+-1.8%）脑区。结论：CEST-MRF 提供了一种快速、定量的 CEST 成像方法。