磁共振成像K空间信号的数理模型——以自旋回波序列为例

K空间是磁共振成像信号空间编码的基础,准确理解K空间信号的表达式是掌握磁共振成像原理的关键和难点.本研究以常见的自旋回波脉冲序列为例,结合梯度磁场的空间编码过程,详细地推导了K空间信号的表达式.在信号采集环节,我们利用一个简单的物理磁化模型,简化了法拉第电磁感应定律下的信号表达式.在数学处理上,我们从微元分析出发,逐步推导出K空间数据的二维积分表达式,详细地展示了推导过程中的相关细节和依据.本模型推导过程中有效地将一系列磁共振概念和理论联系起来,可以帮助对磁共振成像理论感兴趣的研究者深入系统地认知K空间的概念和相关理论.     

基于平移不变多小波方法的磁共振去噪研究

为了提高影像的质量,将一种新颖的基于平移不变原理的多小波方法引入到磁共振的复数信号去噪中.通过对多小波向量系数在一定范围内的循环平移求平均估计子,获得一个改进的阈值估计子,并在不同尺度的高频子带内取双元硬阈值以实现最小化期望风险.实验结果显示,该方法相对于目前几类高效算法和传统的平移不变单小波方法,在消除噪音和抑制伪影的同时能更好地保留边缘特征,并显著改善了信噪比和均方根误差.     

三维多回波流动补偿定量磁化率成像(QSM)方法研究

定量磁化率成像(QSM)利用一般成像技术舍弃的相位信息得到局部磁场变化特性,通过复杂的场到源反演计算,可直接得到定量的磁化率图,它广泛应用于测量血氧饱和度、脑部微出血、铁沉积、组织钙化等方面．然而,梯度磁场中流动会引起相位错误,并且产生显著的流动伪影,最终得到错误的QSM图像．为了矫正流动的影响,该文在3 T磁共振系统上实现了三维多回波流动补偿梯度回波序列,并用该序列采集流动水模和志愿者颅脑数据．流动水模和颅脑数据均显示,流动补偿能够明显矫正相位错误,消除流动伪影．颅脑横断位QSM结果证明,流动补偿序列可以消除血液流动引起的QSM的错误,提高QSM的准确性．     

基于深度递归级联卷积神经网络的并行磁共振成像方法

快速磁共振成像是磁共振研究领域重要的课题之一.随着大数据和深度学习的兴起,神经网络成为快速磁共振技术的重要方法.然而网络性能表现和网络参数量之间较难取得平衡,且对于多通道数据重建的并行成像问题,相关研究较少.本文构建了一种深度递归级联卷积神经网络结构,用于处理并行成像问题.这种网络结构在减少网络参数量的同时,能够尽可能地提高网络的表达能力,提高网络重建的精确度.实验结果表明,相较于传统并行成像方法,通过训练好的神经网络对欠采样磁共振数据进行重建,可以得到更准确的重建结果,且重建时间大大缩短.     

基于PCAU-Net的快速多通道磁共振成像方法

多通道磁共振成像方法采用多个接收线圈同时欠采样k空间以加快成像速度,并基于后处理算法重建图像,但在较高加速因子时,其图像重建质量仍然较差．本文提出了一种基于PCAU-Net的快速多通道磁共振成像方法,将单通道实数U型卷积神经网络拓展到多通道复数卷积神经网络,设计了一种结构不对称的U型网络结构,通过在解码部分减小网络规模以降低模型的复杂度．PCAU-Net网络在跳跃连接前增加了1×1卷积,以实现跨通道信息交互．输入和输出之间利用残差连接为误差的反向传播提供捷径．实验结果表明,使用规则和随机采样模板,在不同加速因子时,相比常规的GRAPPA重建算法和SPIRiT重建方法,本文提出的PCAU-Net方法可高质量重建出磁共振复数图像,并且相比于PCU-Net方法,PCAU-Net减少了模型参数、缩短了训练时间．     

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.     

基于灰度投影法运动估计的成像CCD平移补偿法

为了提高成像质量,得到高分辨率的图像,通过对灰度投影法进行分析,提出一种基于灰度投影法运动估计的成像CCD平移补偿法,给出其系统结构图。该方法采取只平移成像CCD,探测CCD固定,即在成像CCD补偿位移量的过程中,探测CCD不补偿位移,探测CCD在成像开始的第一帧为全局参考帧,其他帧与之比较来获得位移量。验证了分辨率标板在各种运动情况下系统的补偿效果,对拍摄的实物图像进行恢复,结果证明：该补偿法对慢速运动图像和随机振动图像具有较高的恢复能力。     

基于AFI的快速发射场B1+成像方法

该文提出了一种基于实际翻转角成像(Actual Flip-angle Imaging,AFI)的快速发射场测量方法(Fast AFI,FAFI),将多次激发平面回波成像(Multi-shot Echo Planar Imaging,Multi-shot EPI)的采集方式运用于AFI发射场(B_1~+)测量中,充分利用AFI序列中采集的等待时间,高倍数加速了水模和人体头部、腹部及盆腔的发射场测量.该文在水模和人体(n=16)实验中,验证了采用FAFI序列得到的B_1~+测量结果与AFI结果的一致性.FAFI序列大幅加速了发射场测量,为实现动态B_1~+匀场(B_1~+shimming)和快速局部激发提供了高效的发射场测量方法.     

颅脑梯度回波成像:呼吸伪影和导航回波矫正

梯度回波序列是磁共振成像中常用的脉冲序列,然而梯度回波对主磁场波动非常敏感,呼吸等生理运动引起的信号波动会导致图像伪影.该文报道了采用导航回波技术获取呼吸运动导致的局部磁场波动,用以矫正图像回波中随时间变化的相位波动,并将该技术应用于三维多回波梯度回波成像和T2*定量图研究.研究结果显示:矫正前,相位波动幅度随回波时间增长而增大,模图和T2*定量图在相位编码方向有明显伪影,并且男女呼吸伪影水平有显著性差异;矫正后,相位波动幅度大幅下降,图像伪影水平有显著性下降.     

基于非均匀螺旋线数据和布雷格曼迭代的快速磁共振成像方法

数据采集时间长是制约磁共振成像技术发展的重要瓶颈.为了解决这一问题, 本文基于压缩感知成像理论, 提出了一种结合非均匀螺旋线磁共振数据采集序列和布雷格曼迭代重建的快速磁共振成像方法, 通过欠采样缩短数据采集时间.欠采样引起混迭伪影则通过非均匀螺旋线欠采样特性和布雷格曼迭代重建去除.水模磁共振成像实验和在体磁共振成像实验结果表明: 欠采样情况下, 所提出的方法能有效去除欠采样导致的混迭伪影, 获得的图像结构信息完整的成像结果, 在缩短采样时间的同时, 具有较高的准确度. 关键词： 磁共振成像 非均匀螺旋线 全变分 布雷格曼迭代     

Magnetic Resonance Imaging Measurement of Volume Magnetic Susceptibility Using a Boundary Condition

A magnetic resonance imaging method is described for measuring the magnetic susceptibility difference between two homogeneous macroscopic compartments in contact with each other. A boundary condition is derived for the interface of the two compartments. This boundary condition predicts that across the interface there is a resonant frequency jump, which is a function of interfacial orientation relative to B0 field and the difference in susceptibility of the two sides. Based on this relationship, the magnetic susceptibility difference between two materials can be obtained from MR gradient echo imaging using signals from both sides in the vicinity of the boundary. This method is demonstrated by solution phantom experiments.     

组织凝固性坏死对基于纵向弛豫时间的磁共振测温的影响

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）治疗肿瘤时,为了保证治疗的安全性和有效性,需要对组织温度分布进行实时监测.磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）具有对温度敏感的成像参数,可以无创检测组织温度.本文结合组织相变对测温的影响,探讨了磁共振测温（Magnetic Resonance Thermometry,MRT）技术能否用于实时监控HIFU治疗.利用两态快速交换模型,提出在组织凝固性坏死的相变前后,MRI的纵向弛豫时间（T₁）参数与组织温度之间具有不同关系.并通过实验验证了上述假设.相对于传统的磁共振测温方法模型,本文考虑了HIFU治疗过程中组织相变对检测温度的影响,对利用磁共振测温引导HIFU治疗具有重要的参考价值.     

磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的研究

对肝脏组织的弹性应力分析在肝纤维化程度的精确定量评价方面是非常关键的,因此从弹性力学角度结合磁共振成像技术的磁共振弹性成像研究在肝脏疾病的早期诊断和治疗方面将具有重要意义和广泛应用. 该文针对弹性磁共振成像技术的理论与技术进行了全面的研究,开发了磁共振弹性图研究平台,主要包括：组织生物力学模型分析与建模,剪切波激励装置的开发,弹性成像序列的设计,弹性拟合算法研究与实现4个方面的工作. 基于上述工作,进行了相关体模和离体猪肝以及志愿者在体肝脏实验,实验结果表明,研究平台基本可以满足肝脏弹性成像研究的需要.     

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．     

优化磁共振纳米医学中磁性纳米粒子的热疗效率

磁共振热疗(magnetic resonance hyperthermia)是近年来新兴的一种纳米医学治疗方法,由磁共振的硬件架构产生特定交变磁场,有效地加热磁性纳米粒子,以直接或间接地杀死癌细胞,体现诊疗一体化。提高磁性纳米粒子的加热效率是当前磁共振热疗领域亟待解决的难题之一。磁性纳米粒子的加热效率不仅与粒子本身的大小、性质以及尺寸分布有关,还和聚集状态有关。该研究利用3D Metropolis蒙特卡罗模拟方法,模拟了不同温度下磁性纳米粒子的磁共振热动力学行为及其团聚与分离现象;并通过修正过的郎之万方程,建立了相变临界温度与外加磁场频率的函数关系。模拟结果显示,磁性纳米粒子悬浮液中多聚体的相对含量随着温度的升高而降低,达到临界温度后,多聚体完全分离成单体;而提高交变磁场频率可以显著降低临界温度,且存在临界频率,高于此临界频率后临界温度不再受外加磁场频率影响,达到稳定。因而在临界频率下预热磁性纳米粒子悬浮液,使得多聚体分离成单体,可优化磁性纳米粒子的热疗效率。     

Vocal Tract Area Function for Vowels Using Three-Dimensional Magnetic Resonance Imaging. A Preliminary Study

OBJECTIVE: To assess whether magnetic resonance imaging (MRI) allows the vocal tract (VT) area function to be determined for a normal male speaker. METHOD: VT shapes were acquired using MRI during sustained production of French points vowels: /i/, /a/, /u/. Cross-sectional areas were measured from a series of planes spaced at intervals of 1 cm along the length of the VT and were used as input in a previously described VT model to simulate the vowels. The first three formant frequencies, F1, F2, and F3, computed from the MRI-measured VT model were compared with subject's natural formant frequencies. RESULTS: Including piriform sinuses, calculated formants differed from measured formants F1, F2, and F3, respectively, for /i/ by -3.5%, +7.7%, and +27.5%; for /a/ by +11% +19.5%, and -4.3%; and for /u/ by +.9%, +23.4%, and +9.6%. Excluding piriform sinuses, calculated formants differed from measured formants F1, F2, and F3, respectively, for /i/ by -3.5%, +12%, and +28%, and for /u/ by +10.1%, +26.8%, and +13.7% The piriform sinuses were not visualized for /a/ on MRI. CONCLUSIONS: MRI is a noninvasive technique that allows VT imaging and determination of VT area function for a normal male speaker. Several possible sources of discrepancies are as follows: variability of the articulation, difficulties in assessment of VT wall boundaries, role of the piriform sinuses, and VT length.     

单边磁共振成像仪磁体系统研究

单边磁共振成像（MRI）系统由于其良好的开放性引起了越来越多的关注,这种系统的成像样品区位于磁体外侧,其形状为薄片形,其磁体结构设计是一个全新的问题. 本文基于鞍点理论,探索这种单边磁体在其外侧产生均匀样品区的可行性,通过对几种单边磁体结构磁场特性的研究,指出适当设计的永磁磁体能够在磁体外侧产生鞍点. 最后给出一种符合成像要求的单边永磁MRI磁体结构. 单边MRI磁体结构的可行性分析及磁体结构的成功设计,为开展完全开放式磁共振成像装置的研究打下了坚实的基础.     

3种黄酮醇类化合物核磁共振碳谱的理论研究

在B3LYP/6-31G水平下优化了3种黄酮醇类（山奈酚,槲皮素,杨梅素）化合物的几何构型. 在振动分析中,均未出现虚频率. 在B3LYP/6-31G的水平下计算了该类化合物的核磁共振碳谱. 研究结果表明：3种分子均有分子内氢键形成,且分子内氢键的键长为0.17~0.18 nm左右 . 本文讨论了羟基引入之后对邻近C的化学位移的影响. 从取代基对NMR的影响来看,随着取代基对苯环的供电子能力的加强,取代基邻近的一些C的化学位移有所改变.      

基于Eclipse图形建模框架的图形化脉冲序列设计软件的实现

采用Eclipse图形建模框架（Graphical Modeling Framework,GMF）技术构建了一个图形化磁共振脉冲序列设计软件．软件具备所见即所得的特点,用户使用拖放方式所画出的脉冲序列与教科书和参考文献上的脉冲序列几乎一样．软件支持核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）波谱和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）的脉冲序列设计,同时提供实验参数管理模块,实现脉冲序列基础上的NMR实验设计和执行预览．得益于GMF完善的模型-视图-控制器模式和强大的代码生成能力,软件开发周期大幅度缩短、扩展能力大幅度提高．