一种结合并行成像和压缩感知的快速磁共振成像新方法

压缩感知（CS）技术和并行成像技术（主要是SENSE技术、GRAPPA技术等）都能通过减少k空间数据的采集量来加快磁共振成像速度,目前已有一些将两种方法相结合进一步加速磁共振成像速度的方法（例如CS-GRAPPA）.本文针对数据采集和重建这两方面对现有CS-GRAPPA方法进行了改进,采集方式上采用了局部等间隔采集模板以满足GRAPPA重建的要求,并对采集模板进行随机放置以满足CS重建的要求;数据重建时,根据自动校正数据估算GRAPPA算法中欠采行的重建误差,并利用误差的大小确定在CS算法中保真的程度.不同磁共振图像重建实验的结果表明：与现有方法相比,本文方法能够更好地保留原有图像细节并有效减少伪影.     

一种用于开放式MRI的射频发射线圈设计

介绍了一种用于开放式MRI系统的射频发射线圈. 此发射线圈为上下2个相同的线圈,分别安装在磁体的2极,两线圈采用非对称的正交方式放置. 线圈为矩形螺线管结构,通过电磁场数值计算的方法对线圈的匝间距进行了优化,使线圈在300 mm的球形区域内达到偏差不超过3 dB的均匀性要求. 根据优化结果制作了一套用于0.23 T开放式MRI系统的发射线圈,并对线圈的均匀性及射频发射的效率进行了测试. 测试结果表明,线圈具有较高的发射效率和较好的均匀性,由此验证了设计方案的可行性.     

一种永磁磁共振中磁体涡流场的测量方法

磁共振成像（Magntic Resonance Imaging,MRI）技术是一种先进的医疗影像技术.在MRI系统中,通过梯度线圈电流快速切换方向,对待测区域施加梯度磁场,产生的梯度磁场会在其周围的金属体内激发出变化的涡旋电场,进而导致金属体内闭合的回路中产生对原来的梯度电流起抑制作用的感生电流,也就是我们所说的涡流.本文介绍了一种测量磁体涡流场的方法,结合电磁感应定律,设计了一种磁体涡流场测量装置,通过硬件采集以及软件处理的方法,将理想梯度场与实际磁场进行相减并将波形实时呈现,实验结果表明该方法可实现对磁体涡流场的测量.     

增强低场下脑功能磁共振成像显著性的研究

实现了基于低场0.35 T磁共振成像系统的大脑功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI）的研究. 基于质子密度加权的快速自旋回波(Turbo Spin Echo,TSE)图像,重点研究增强低场fMRI显著性的方法,目的在于提高低场fMRI的可用性. 结果表明：健康受试者在执行手动任务期间,大脑运动区的信号强度变化可以由基于血管外质子信号增强 (Signal Enhancement by Extravascular water Protons,EEP)的对比机制探测. 优化TSE序列参数能提高图像SNR和扫描速度,并在统计分析中增加外在屏蔽图像,可以有效地提高低场下fMRI研究结果的显著性.     

一种新的磁共振图像处理流水线的设计与实现

磁共振图像的重建、后处理及可视化是磁共振成像（MRI）系统的重要组成部分.本文开发了一个新的用于磁共振图像重建、后处理及可视化的开源框架YAP（Yet Another Pipeline），利用此框架可以方便地构建图像处理流水线.与现有的一些其他开源框架相比，本文开发的框架具有如下特点：（1）采用基于接口的设计，可使用基于接口的插件对流水线的功能进行扩展；（2）允许用户使用编写脚本的方式构建图像处理流水线，编辑与修改流水线都很方便；（3）支持带有分支结构的流水线，便于流水线的构建与调试.目前，该框架已经在商用系统中获得了应用.     

一种以超分辨率理论为基础的磁共振眼球成像方法

磁共振成像（MRI）是一种无电离辐射的非介入性的眼内肿瘤检测方法,但分辨率和运动伪影是成像过程中不易克服的困难．以往的扫描方法或是不可避免的引入运动伪影,或是需要受试者做精确的配合,增加了成像的难度,给受试者带来不舒适的体验．本文提出了一种以超分辨率理论为基础的新的磁共振眼球成像方法,使用一种特制的眼球线圈,对眼部区域扫描一系列动态的图像,使得不同方向上的采集分辨率互补．最后经过预处理、配准、超分辨率重建等操作,得到高质量的磁共振眼球图像．实验结果表明,这种方法可以在不需要受试者做额外配合工作的情况下,得到更加清晰的磁共振眼球图像．     

低场永磁体磁共振射频场映像

射频场映像是通过一定算法对磁共振射频线圈的发射场进行重建的方法.高场下的射频场经过生物组织时会发生明显变化,在其基础上可以反演生物组织体内电特性,进而对癌症等疾病进行早期诊断,是对生物组织的磁共振结构成像的有力补充.目前为止,射频场映像和电特性研究都以高场鸟笼线圈为主,对低场下的相控阵研究较少.本文主要研究了低场永磁体磁共振射频场的均匀度.有限元仿真和实验验证了在17.8 MHz激励下,射频场在空载和负载下均匀度均发生较大变化.射频场均匀度在负载下的改变在一定程度上可以反映负载生物组织的电特性,对磁共振电特性实用化研究提供了一定的参考价值.     

一种可拆装式的脑外科手术用磁共振成像线圈

在临床磁共振成像(MRI)应用中,射频线圈的设计是非常关键的,针对不同的应用目的,合适的线圈能获得质量更好的图像. 有的应用需要线圈提供均匀性较好的射频场,而有的应用则需要线圈在特定区域内提供高的信噪比(SNR). 但是线圈很难同时得到好的射频场（B₁场）、空间均匀性和高的SNR,需要根据实际应用情况进行折衷设计. 针对MRI在脑外科手术中的应用特点,设计并制作了一种新颖的、适用于脑外科手术的MRI接收和发射共用射频线圈. 该线圈采用可分拆式结构,在脑外科手术支架上可以进行反复组装和拆卸,减少了MRI对医生手术的影响. 仿真结果和人体成像实验表明,该线圈能产生均匀的射频场、有较高的SNR和较大的成像范围,满足脑外科手术的需要.     

1.5 T磁共振化学交换饱和转移成像的影响因素分析

本文探讨1.5 T磁共振化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST）成像的影响因素.通过试管模型和临床病例,采用GE Signa HDe 1.5 T磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）扫描仪分别进行不同矩阵、激励次数、翻转角、磁化传递翻转角的CEST成像对比分析,以及不同激励次数、磁化传递翻转角的Z谱分析,并从成像组织、成像设备、成像技术等方面对原始图信号、酰胺质子转移（Amide Proton Transfer,APT）信号及Z谱进行分析研究.实验结果表明1.5 T MRI扫描仪的CEST图像信噪比相对较低,且磁场稳定性及均匀度影响了CEST成像的效果.在其他参数不变的情况下,降低采集矩阵和增加激励次数与翻转角可以增加原始图像信噪比.磁化传递翻转角为105°时,CEST成像效果最好.激励次数为2、磁化传递翻转角为105°时,所得数据符合组织Z谱情况.模型Z谱在磁化传递频率为-294~-194 Hz范围可显示30%谷氨酸（Glu）、碘剂（I₃₂₀）、纯水（H₂O）、肌酸（Cr）的信号差异,与H₂O差异最大处在-244~-214 Hz.原始图像信号30% I₃₂₀明显高于Glu、H₂O、Cr,Cr略低于Glu,APT图Cr略低于Glu.25例脑肿瘤的APT图呈高信号、12例脑梗塞的APT图呈低信号,CEST原始图像均可区分病变区域.有12例因采集时间、患者配合情况、环境及室温等影响导致CEST成像的失败.由此得出1.5 T场强下,CEST技术受到成像组织、设备、技术等因素的影响,需要进行多方面优化.在保证磁场稳定性及均匀度的情况下,优化参数的CEST成像和Z谱成像可以区分代谢物及其浓度.     

7 T 下脂肪对基于 NOE 的磁共振对比成像的影响

核 Overhauser 增强(NOE)效应在高场下的化学交换饱和转移中会造成 Z 谱高场位置的负背景信号,有望成为一种新的磁共振成像(MRI)对比机制．然而,研究指出, NOE信号的发生区域与主要的脂肪信号的频率位置有重叠,因此 MRI 中观察到的 NOE 信号有可能混合了脂肪信号．该文通过鸡蛋的模型实验,初步分析了脂肪含量较高的组织内脂肪信号对 NOE 效应的影响,并通过健康大鼠鼠脑及颅内肿瘤大鼠鼠脑实验,分析了脂肪对脑部 NOE 对比成像及基于 NOE 对比成像的疾病诊断的影响．结果表明,脂肪含量较高的组织内脂肪信号会引起伪 NOE 效应,并影响 NOE对比图像的准确性．
     

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.     

多通道磁共振成像仪控制台数据传输模块设计

当前临床高场磁共振成像（MRI）系统要求成像仪控制台支持16个甚至32个接收通道,可以频繁和高速地进行数据传输并支持快速成像．基于此要求,本文研发了一个基于PowerPC处理器的数据传输模块,将其集成于自行研发的MRI成像仪控制台中,用于成像过程中控制台与计算机之间数据的高速传输．该模块以飞思卡尔公司的高性能PowerPC处理器—MPC8270为核心,运行嵌入式Linux操作系统．处理器与用户计算机之间通过百兆以太网连接,使用局部总线连接控制台的序列运行模块和数据采集模块（数量可扩展）．处理器响应数据采集模块发来的中断请求以快速读取和上传数据．本设计通过驱动程序的设计以保障响应的速度与可靠性．成像实验表明此设计方案能够满足多个接收通道数据快速获取与传输的需求．     

基于局部位移校正的磁共振图像相干平均

多次扫描相干平均是提高磁共振图像信噪比的常用方法,但如果在多次扫描过程中病人发生自主或不自主的运动,使得图像中的组织发生位移,简单相干平均图像会导致图像模糊.本文受非局域均值算法的启发,提出了一种基于局部位移校正的相干平均方法.该算法通过比较多次采集的图像中组织结构的局部相似性,找出图像间的局部位移,利用该信息修正位移后进行加权平均,从而达到提高图像信噪比的目的.我们用模型及真实的肝脏弥散数据进行了实验.实验结果表明,对于不同次采样间存在运动的磁共振图像,该算法可有效地提高信噪比并保持结构边缘;其结果优于简单的相干平均,去噪效果也优于经典的非局域均值算法.     

基于全可编程SoC和LabVIEW的磁共振接收系统设计

本文提出了基于全可编程片上系统（System-on-a-Chip,SoC）和实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,LabVIEW）的磁共振信号接收系统设计.使用集成了ARM（Advanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的全可编程SoC作为接收机的主芯片,利用Xilinx提供的数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）开发工具System Generator设计了数字下变频（Digital Down Converter,DDC）算法,并实现了接收机硬件电路.使用可视化编程平台LabVIEW设计了磁共振上位机软件,完成了磁共振信号的显示、存储和与接收机通信的工作,提高了软件开发效率.实验结果表明,本文设计的接收机能正确接收磁共振回波信号,且具有较高的信噪比.     

MRI梯度预加重模块的分时复用设计

为获得更优的成像质量和更快的成像速度,磁共振成像（MRI）系统的梯度预加重模块需要具有更多的补偿通道和调节参数,常规预加重模块的设计方案使现场可编程门阵列（FPGA）面临巨大的资源消耗.为解决高性能梯度预加重模块的资源消耗大的问题,本文提出了一种基于分时复用技术的梯度预加重实现方案,以常规方案1/44的资源实现了11通道×4组参数的梯度预加重模块.将该模块用于0.35 T MRI系统,测试了补偿前后的涡流曲线和磁共振图像,结果表明该模块有效降低了系统的涡流,减小了磁共振图像中的涡流伪影.     

用于压缩感知磁共振成像的分割字典学习算法

字典学习算法可以根据数据本身的特点构建稀疏域中的基,从而使数据的表示更加稀疏.该文在传统的字典学习算法基础上提出了分割字典学习算法,由于部分磁共振图像组织结构简单、可以进行图像分割,因此可根据此特点来优化字典中基函数的构建,使磁共振图像的表达更为稀疏,从而获得更高的重建图像质量.该文利用模拟数据和真实数据进行了重建实验,结果表明与传统的字典学习算法相比,分割字典学习算法能进一步改善重建图像质量.     

压缩感知同步扫描重建及其采样方案的研究

压缩感知(compressed sensing,CS)-磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术使用随机欠采样的k空间数据来重建图像,大大提高了成像速度.但典型的CS重建很费时,这也是CS-MRI临床应用的主要障碍之一.针对这一问题,该文提出了在扫描时同步进行CS图像重建的方案.在同步重建的过程中,可以实时显示重建图像的结果,用户可以根据图像质量来决定何时终止扫描,这样可以在节约扫描和重建时间的同时,更好地控制图像质量.由于预先无法确定最终的采样率,因此传统的变密度随机采样方法并不完全适用.该文设计了适用于同步重建过程的采样模式生成方案,同时提出了分段采样方法,把采样过程分为两个阶段,不同阶段使用不同的概率密度函数(probability density function,PDF)确定待采样的相位编码行.模拟实验的结果表明,与使用单一密度函数的采样方案相比,分段采样方案能够在整个同步扫描重建过程中始终获得更好的图像.