《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》：Toward accessible MRI: SDR4MR, a simple RF pulse monitoring technique using an inexpensive software-defined radio
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在臨床 MRI 中，設備內部 “黑箱” 問題導致序列參數難以精準把控。研究人員開展了 SDR4MR 技術研究，發現該技術能精準監測 RF 脈沖序列，這為 MRI 研究與應用提供了更有力的工具，有助于提升 MRI 技術水平。
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）如今在醫學領域發揮著至關重要的作用，從疾病的早期診斷到病情的精準評估，它都有著不可替代的價值。然而，隨著 MRI 技術的不斷發展，其硬件和軟件變得越來越復雜。制造商提供的各種工具就像一個個神秘的 “黑箱”，普通用戶想要深入了解其內部工作原理極為困難。這就好比在一個復雜的迷宮里，沒有地圖，很難找到正確的方向。
在進行定量成像時，準確控制序列參數至關重要。但在實際操作中，制造商的軟件在優化脈沖序列時，常常會在相互沖突的參數之間進行妥協。比如，當序列的重復時間受到限制時，磁化準備脈沖可能會在用戶毫不知情的情況下發生偏移，這就導致了定量結果的不準確。就像是炒菜時，調料的用量和加入的時間不對，炒出來的菜味道自然就不對了。
為了解決這些問題，來自法國的研究人員開展了一項針對 SDR4MR（Software-Defined Radio for Magnetic Resonance）技術的研究。他們的研究成果發表在了《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》雜志上。
研究人員主要運用了以下關鍵技術方法：
首先，搭建了 SDR4MR 硬件系統，包括一個定制的 40mm 直徑的寬帶接收線圈，它與軟件定義無線電（SDR）通過可選的射頻衰減器相連，SDR 設備直接插入電腦 USB 端口。其次，使用開源軟件 CubicSDR 來控制 SDR 設備并配置接收參數，最后利用自定義的 Mathematica 腳本對采集到的數據進行處理和分析。
研究結果如下：
在對多回波多層自旋回波序列（SEMC）的研究中，SDR4MR 技術成功測量出了 7 個回波和 5 個切片的脈沖序列，切片重復時間約為 80ms，回波時間約為 10ms，與掃描儀用戶界面上的設定值誤差在 1% 以內。并且，通過頻率分析還觀察到了偶數 - 奇數交錯采集現象，這一現象與實際應用中避免切片間激發泄漏的方案相符。
對于 B1 映射序列（B1 map），SDR4MR 技術揭示了該序列的 TurboFlash 采集過程，即分別在有無 sinc 射頻前置脈沖的情況下重復兩次。同時，還推算出了預條件脈沖的翻轉角 a2約為 80° ，雖然與文獻中偏好的 60° 有所差異，但也為該序列的研究提供了新的視角。
自旋回波 EPI 擴散加權成像（SE-EPI）序列研究發現，STIR 脈沖和 90° 脈沖之間的延遲約為 156ms，與規定的 160ms 接近。此外，還確定了水激發脈沖為 1 - 2 - 1 二項式脈沖，脈沖間隔為 2.38ms，這一發現解釋了用戶界面中未詳細說明的水激發方案。
在 3T 磁場下對 3D 渦輪自旋回波序列（3D SPACE）的研究中，SDR4MR 技術成功驗證了不同變體序列的特征，包括恒定翻轉角、帶磁化恢復脈沖以及可變翻轉角的序列，并且測量出的脈沖間延遲與推薦值相近。
研究結論和討論部分指出，SDR4MR 技術能夠在 1.5T 和 3T 的臨床 MRI 掃描儀上實現對射頻脈沖序列的精確監測。該技術具有獨立性，不受 MRI 掃描儀硬件和軟件的限制，可用于不同廠商、不同場強的設備。這為 MRI 研究人員在開發新脈沖序列時提供了有力的驗證工具，也方便服務工程師監測 MRI 掃描儀的射頻發射情況。同時，該技術還可用于 MRI 用戶的培訓。
不過，SDR4MR 技術也存在一定的局限性。例如，要完全解碼序列需要進行梯度測量，但這超出了本研究的范圍和預算。而且，該技術只能測量相對振幅，無法獲取絕對振幅，除非進行精確校準。此外，基本的 SDR 在低場 MRI 中的性能有限，其 8 位轉換器限制了動態范圍，在高場強下 192kHz 的接收帶寬也可能成為限制因素。但總體而言，SDR4MR 技術為 MRI 的發展開辟了新的道路，在未來有望通過硬件和軟件的進一步發展得到完善，為醫學領域的磁共振成像技術帶來更多突破。
