近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利研究员、吴垠研究员，联合中国医学科学院肿瘤医院深圳医院团队在化学交换饱和转移磁共振成像（CEST-MRI）领域，构建了“运动-强度联合校正”框架，解决了CEST序列中运动错位与强度变化的耦合难题。相关成果以"FE-DIC-Based motion and intensity correction for enhanced CEST-MRI registration"为题，发表在生物医学成像领域知名期刊IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics上。
CEST-MRI作为一种无创反映组织代谢、微环境及分子交换特性的先进磁共振成像技术，正逐步应用于脑卒中、肿瘤及心肌代谢等领域。与常规 MRI 不同，CEST-MRI 需要在多个频率偏移点连续采集，扫描时间往往从数分钟到十余分钟。呼吸、心跳和体位轻微变化都可能导致帧间错位，而参数图又依赖对整个动态序列的逐像素整合，微小运动即可引入明显偏差，从而影响定量结果和临床诊断。与此同时，不同频率偏移点的饱和效应与组织对比度差异显著，图像在“发生运动”的同时还在“持续变亮变暗”，使得现有配准方法难以有效工作。因此，如何解决运动与强度变化之间的强耦合，已成为 CEST-MRI 实现精准定量的关键技术挑战。
研究团队在有限元数字图像相关（FE-DIC）基础上，构建了面向 CEST-MRI 的交替式运动-强度联合校正框架（图1）。一方面，通过力学正则化在有限元网格上估计时空连续、组织一致的位移场；另一方面，在每轮运动校正后自适应更新全局亮度和对比度，以补偿频率依赖性的强度变化。二者以迭代交替的方式紧密耦合，使运动估计不再受强度变化干扰、强度校正也不再受到残余运动限制，从而实现了对 CEST-MRI 动态序列的协同优化配准。
研究团队在模拟肝脏、健康志愿者脑部以及巴马猪心脏三类数据上系统验证了该方法，并与多种主流传统配准算法及深度学习模型进行了对比。结果显示，所提出的运动-强度联合校正框架在不同器官和不同运动幅度下均取得更高的配准精度（图2和图3），显著提升了酰胺质子转移（APT）和肌酸（Cr）等参数图的质量与时间一致性（图4），为 CEST-MRI 代谢参数的精准定量提供了更加可靠的影像基础。
中国科学院深圳先进技术研究院胡战利研究员、吴垠研究员和中国医学科学院肿瘤医院深圳医院罗德红主任为论文共同通讯作者。中国科学院深圳先进技术研究院与中国医学科学院肿瘤医院深圳医院联培博士后刘海洲、中国医学科学院肿瘤医院深圳医院郑怡嘉技师和刘周副主任医师为论文共同第一作者。该研究得到了医学成像科学与技术系统全国重点实验室、国家自然科学基金（数学天元重点专项）、国家重点研发计划（重大科学仪器设备研发重点专项）、广东省自然科学基金（卓越青年团队项目）和深圳市科技重大专项等项目的资助。
原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11016183
图1：提出的交替式运动-强度联合校正框架
图2：脑部图像在∆ω = –1.2 ppm下的配准结果对比图
图3：心肌图像在不同方法下的配准残差与结构对比图
图4: CEST参数图校正前后对比：（a）APT图，（b）Cr图
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