三维磁共振电阻抗成像的改进分层灵敏度算法

针对人体组织电导率的三维成像问题,提出一种改进的分层灵敏度磁共振电阻抗重建算法.利用单方向磁感应强度信息,对三维电导率图像实行分层重建,每层重建仅利用该层磁通密度分量测量数据,然后对单层重建结果进行修正以获得三维电导率重建图像.三介质长方体模型上的仿真实验证明,改进的分层重建算法改善了层间串扰现象,可以获得比一般分层算法甚至整体算法更高的图像分辨率,而且重建时间较整体算法显著减少;基于人体腿模型的仿真实验表明该算法对复杂模型三维重构的可行性;最后通过仿体实验验证算法的重建效果.改进的分层灵敏度重建算法降低了灵敏度矩阵法的计算机硬件需求,减少了重建时间,对MREIT的三维重建具有较高的成像精度和求解效率.     

头部电阻抗成像正问题的解析解研究

建立头颅的球型仿真模型.用头皮、颅骨、脑脊髓和脑组织四层同心球结构模拟头颅.对各层组织采用复数电导率,用分离变量法分析头颅球模型在最外层(头皮层)表面施加点电流激励的情况下,内层的电位分布.根据电位分布的表达式,绘制出颅内的电位等位线图.分析电流注入角度对电位分布的影响.仿真结果表明,当颅内脑组织电导率变化时,头皮表面电位的实部变化明显大于虚部,激励电流频率变化对头皮表面电位虚部的影响较为明显.研究结果可用于分析头部电阻抗成像问题.     

基于multisine激励与整周期采样的多频电阻抗成像系统设计

本文从周期信号的整周期采样无频谱泄露这一原理出发,提出基于multisine信号的整周期采样理论,从理论上推导出满足multisine整周期采样的采样率设置条件,构建了基于FPGA+数模转换器+模数转换器的整周期采样实现方法,研制了一种基于multisine激励和整周期采样的新型多频电阻抗成像(mfEIT)系统;设计了胡萝卜棒+黄瓜棒的双目标成像模型,并进行了多频时差成像和频差成像实验.实验表明,本mfEIT系统能够在一个基波周期(1 ms)内实现20个频率点(2—997 kHz)多目标组织边界的全频阻抗测量,成像结果可区分具有不同电特性生物组织的结构与位置.本文提出的基于multisine信号的整周期采样理论及其实现方法,只需一个multisine基波周期即可完成一次全频阻抗测量,为研制高速mfEIT系统奠定了理论和技术基础.     

膀胱充盈的三维电阻抗成像算法

构建膀胱充盈估计的物理及数学三维电阻抗成像计算模型,利用混合正则化Combined Tikhonov重构算法加以验证,其结果有较高的空间分辨率,稳定性更高,抗噪性能增强.通过对结果的Laplacian函数分析,采用数学方法进行边界单元提取,处理,整合边界曲面片段等,从高噪声背景中提取对象的形态特征,最终实现三维图像重构.在二维成像的基础上,提供了目标空间位置、高度和空间对比度等信息,为定性分析提供重要依据.     

一种开放式磁共振成像主磁体的设计方法

本文提出了一种开放式磁共振成像(MRI)超导磁体的设计方法.在对磁体模型进行简化的基础上获得初始的电流分布,然后将线圈截面的优化问题转化成一个非线性最小二乘问题,通过求解最小二乘问题得到实际的线圈截面参数.文章最后给出了一个设计算例.     

基于0-1整数线性规划的自屏蔽磁共振成像超导磁体设计

本文提出一种基于0-1整数线性规划的自屏蔽磁共振成像（MRI）超导磁体设计方法．在磁体线圈可行载流区内按照所用线材尺寸划分网格,同时综合考虑线材内最大磁感应强度、成像区磁场均匀度、漏场范围等设计要求,以超导线材使用量最小为目标函数,采用0—1整数线性规划算法得到磁体线圈的初始导线集中区块分布;然后通过合理的调整限制各分离导线区块截面尺寸及其中心位置,得到最终易于实际加工和绕制的矩形磁体线圈结构．并根据不同的约束要求,该方法也适用于其他结构超导磁体的优化设计．文中最后给出一个设计实例．     

胶束型磁共振成像分子探针的设计与应用

飞速发展的分子影像学在肿瘤的早期诊断及检测中发挥着越来越重要的作用.磁共振成像(MRI)是分子影像学的重要分支,具有其他成像技术不可比拟的优越性和广阔的发展前景.它不需要放射性示踪剂,没有电离辐射,具有高的空间、时间分辨率和组织对比度.近年来,新型磁共振分子探针及成像序列取得了一系列进展,包括环境响应型分子探针、¹⁹F成像、¹²⁹Xe超极化成像以及化学交换饱和转移成像等,进一步拓展了MRI的应用范围.研究和开发靶向性好、弛豫效率高且安全性好的新型多模态MRI造影剂,进一步提高灵敏度是MRI领域的一项重要课题,例如将胶束的特性与一些MRI新方法结合,寻找合适的胶束体系,以提高MRI分子探针的灵敏度;或者引入多模态分子探针,弥补磁共振方法的不足.本文综述了胶束型MRI分子探针核心技术的研究进展与应用,并指出分子影像技术在生物医学工程研究和临床诊断中的重要性.     

1.5 T关节磁共振成像超导磁体的设计、制作与测试

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是当今世界上最先进的医学影像技术之一,现阶段MRI技术正朝着成像质量更清晰、功能更强大、效率更高、个体化更强的趋势发展.与全身MRI设备相比,专科型MRI设备具有体积小、重量轻、成本低、病人舒适度高、成像质量高、功能更强等优点.但是关节专用超导MRI系统需要长度方向上被严格限制的超导磁体在160 mm直径球域(diameter sphere volume,DSV)内产生高均匀度的磁场.本文综合考虑了超导线用量、中心磁感应强度和成像区磁场不均匀度等因素,使用0-1规划和遗传算法相结合的方法设计了一种非屏蔽型1.5 T关节MRI超导磁体,该磁体的室温孔径为280 mm,总长度为520 mm,液氦量为30 L,载流区最大磁场为5.48 T,5高斯线范围为径向3.2 m、轴向2.6 m,160 mm DSV的磁场不均匀度设计值为22 ppm,考虑加工误差及冷缩因素,磁体加工完成并经过被动匀场后的预估值为60 ppm.经过绕制、固化、组装、焊接等工序,该磁体已制作完成.经过3次锻炼后成功励磁到1.5 T,经过被动匀场后160 mm DSV的磁场不均匀度达到50 ppm,各项指标均达到设计目标.     

中性束注入器电偏转系统的参数设计与估算研究

为EAST 装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV 偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV 氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST 中性束注入器稳态运行的需要。     

全超导托卡马克装置（EAST）充气成像系统光学设计

为了观测全超导托卡马克装置（EAST）中充气成像系统（gas puff imaging, GPI）的谱线强度,提出一套GPI光学观察系统。以匹兹伐型物镜为初始结构进行优化,使系统像差控制在1/4 内,在观察波长656.2 nm/587.6nm下,设计系统光学传递函数在16 lp/mm下达到了0.76。对温度参数在20~250范围内作多重结构分析,选取的透镜材料热膨胀系数非常相近,光学频率在16 lp/mm时,子午方向的光学传递函数几乎无变化,而弧氏方向的光学传递函数由0.82变化到了0.69。根据光学观察窗口所在物理环境,对其进行静力学、热力学仿真研究,可以看到石英窗口的形变量达到了1/5 ,将该形变代入光学设计中进行容差分析,系统的MTF0.5。通过快速相机捕捉到的系统成像光谱画面图显示,该系统能清晰地观察物面的谱线强度分布以及变化。