Body Temperature Mapping by Magnetic Resonance Imaging

Abstract

There are numerous clinical situations, such as hyperthermia cancer therapy, under which body temperature has to be accurately evaluated. Magnetic Resonance Imaging presently offers the best set of non-invasive methods for body temperature mapping, including diffusion imaging, relaxation time measurement, magnetization transfer contrast and chemical shift spectroscopic imaging. The basic NMR parameters involved in each are first analyzed. The role of temperature in their physical variation is then presented and finally the different practical MRI methods are briefly discussed. In the present slate of available technology and for basic physical reasons, the T 1 method appears the best compromise at low and medium magnetic field in a limited temperature range. Chemical shift could be theoretically more promising but strictly depends from the homogeneity and stability of the magnet and will be available only at high or very high field.

     

大白鼠脑中风模型的核磁共振成像(英文)

核磁共振成像现今已经成为临床神经影像的常规工具.在诊断、评估和监测中风从急性到慢性的各个阶段的脑组织的变化过程中,核磁共振成像扮演了一个重要的角色.该综述提供了多种核磁共振成像方法的描述,以及选择性地展示了作者在美国亨利福特医院神经科核磁共振成像实验室所获得的大白鼠栓塞中风模型的核磁共振成像研究成果.     

磁共振结构成像在自闭症研究中的应用

自闭症,又称作孤独症,是一种常发生在儿童中的广泛性发育障碍,表现为交流障碍、语言障碍以及重复刻板的行为和狭窄的兴趣爱好. 磁共振成像作为一种无损伤的和多参数的影像方法,其各种检测手段均被应用于自闭症实验研究,其中结构磁共振成像(sMRI)和功能磁共振成像(fMRI)研究居多. 研究表明自闭症患者脑部结构发生了显著性改变. 该文综述了当前世界上利用磁共振结构成像研究自闭症的主要成果,包括结构磁共振成像研究脑体积变化,扩散张量成像研究自闭症的脑白质损伤. 该文也说明磁共振成像是一种十分有用的研究工具,有望在将来更多被用于探索自闭症的未知领域.     

糖尿病脑病的磁共振研究

糖尿病是由胰岛素分泌不足（T1DM）或胰岛素抵抗（T2DM）而引发的慢性代谢疾病,严重影响人们的生活质量. 中枢神经系统是糖尿病并发症的易感部位. 临床研究和流行病学调查结果显示,糖尿病会引发脑白质损伤、脑萎缩和认知功能障碍,并会增加脑卒中的风险. 磁共振成像和活体磁共振波谱可提供大脑解剖结构、功能及代谢等多方面的信息. 近年来,随着人们对糖尿病脑病关注度的不断增加和认识的不断加深,磁共振成像和活体波谱开始并越来越多地被应用于该疾病的研究. 该文综述磁共振成像与活体波谱技术在糖尿病脑病研究中的应用及最新进展.     

应用MRI研究CO2在癸烷中的扩散

应用核磁共振成像(MRI)技术可视化研究CO₂在癸烷中的扩散,在MRI系统采集图像的同时,应用双室压力衰减法（PVT法）监测压力,通过对MRI图像进行信号强度分析,可得到CO₂的无量纲浓度分布,然后基于菲克定律应用有限体积法可计算得出与扩散距离和扩散时间有关的扩散系数,并可得到任意扩散时间范围内的整体平均扩散系数,MRI方法得出的扩散平衡时间范围内的整体平均扩散系数与PVT法相比较误差为2.7%,并且与相似条件下的前人实验结论具有相同的数量级(10^–9)．根据实验结果得出,扩散系数沿扩散方向下降且随时间以指数形式降低,整体平均扩散系数随扩散时间的增加而减小．     

磁共振成像谱仪梯度波形分析

梯度是磁共振成像（MRI）的关键环节.通过采集谱仪梯度波形信号并进行分析,提取出各通道波形的特征点,从而有助于快速准确地判断谱仪梯度硬件电路或脉冲序列编写是否存在问题.采用虚拟仪器LabVIEW软件控制高速采集卡DAQ-2005设计实现多路采集系统,对谱仪的梯度输出进行采集.通过对波形数据进行直方图统计、滤波、差分计算等分析,提取出波形的特征点,这些特征点包含时间与幅度信息.使用实验室自主研发的谱仪进行了多次实验,对该方法进行验证,证明了该方法的有效性,也为谱仪研制和脉冲序列开发提供了一种辅助测试方法.     

Comparative Study of Depth Dose Distribution of Fast Neutrons Using Solid State Nuclear Track Detectors

A comparative study was made for measuring neutron depth dose distribution in a water phantom by means of different solid state nuclear track detectors. The used detectors were Makrofol, CR-39 and LR-115 with threshold energies of 1 and 0.1 MeV, respectively. Two exposure positions were used, the source in contact with the surface and at 30 cm from the phantom surface. The fluence distribution of ²⁵²Cf as a function of distance in air and in the water phantom were investigated. It was found that the neutron build up factor depends on the irradiation geometry, its values were 1.7 and 1.4 for both exposure positions. These results are in good agreement with the calculated results given in literature. The neutron attenuation and relaxation length had been also determined.     

Determination of an Absorbed Radiation Dose by the EPR Method from the Concentration of the Centers Produced

A method to determine the absorbed radiation dose that is based on the spin-resonance dosimetry is suggested. It rests on the fact that under irradiation additional centers that absorb UHF radiation are generated in substance. This leads to a change in the time of longitudinal relaxation of a Zeeman subsystem and dipole-dipole reservoir as well as in the time of transverse relaxation because of the dipole-dipole interaction, which in turn causes a change in the shape of the line and in the saturation parameter. It is possible to determine the minimum absorbed dose at which the minimum deformation of the shape of the line is registered. A method is also suggested to determine an absorbed dose in the absence of absorbing centers in the substance before irradiation. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 72, No. 3, pp. 335–338, May–June, 2005.     

MRI射频接收机多路噪声均衡改善图像质量的实现

磁共振成像(MRI）是一种多通道接收的成像系统. 接收机各通道的噪声差异影响图像的均匀性. 本文提出了一种多路噪声均衡改善图像质量的方法：利用系统特性改进Y因子法用于噪声测量,并依此为依据修正各通道的比例因子进行图像重建,实现各通道的噪声均衡,提高了图像的均匀性.     

螺旋MRI的网格化数据重建算法比较

螺旋MRI的原始数据是在不均匀的 k- 空间螺旋轨迹上采样得到的,需要通过网格化算法等手段将数据变成等间距的网格数据后,才能采用FFT进行重建,最后得到供临床使用的图像. 本文对Jackson网格化算法和Claudia大矩阵算法的重建速度和图像结果进行了比较, 并得出以下结论：1）在获得相近图像质量的情况下,Claudia大矩阵重采样算法比Jackson算法要快且更方便在仪器上实现. 2）在Jackson双倍细网格算法的实现方式中,数据驱动插值比网格驱动插值更有效率. 3）在Claudia大矩阵重采样算法中,对冗余比大于310∶1的数据进行图像重建的时候,网格点的幅值不平均化比平均化后的效果还要好. 这几个结论都将有利于MRI图像重建技术的进一步提高.      

STZ诱导大鼠1型糖尿病进行性脑萎缩的磁共振成像及组织化学研究

1型糖尿病(T1DM)是一种慢性代谢疾病,主要表现为胰岛素分泌量较正常情况下降,会对人体的多个器官和系统造成持续性的损伤．关于糖尿病的横向研究发现糖尿病患者相比于正常人存在着显著的脑萎缩,但关于糖尿病引起的脑萎缩随时间发生进行性改变的研究比较少见．实验采用腹腔注射链脲佐菌素(STZ)来诱导建立大鼠的1型糖尿病模型,运用磁共振成像(MRI)的方法对萎缩的脑区进行定位并在造模后12周和20周两个时间点对脑萎缩的程度进行对比分析,然后运用组织化学染色的方法观察在MRI上出现进行性萎缩的脑区中的神经元所发生的病理改变．MRI的结果表明：STZ诱导的T1DM大鼠相比于正常对照组大鼠出现了显著性的全脑体积、灰质体积和白质体积的萎缩,并且在多个白质脑区和灰质脑区均出现了萎缩程度随着病程的延长而逐渐加重．组织化学染色的结果发现,STZ诱导的T1DM大鼠相对于正常对照组大鼠在体感皮层、运动皮层和海马CA3区,均出现明显的神经元萎缩现象．     

利用主动式回馈场的磁共振成像研究

磁共振成像在现今临床医学诊断上占有相当重要的地位.如何增强成像对比度是磁共振成像研究领域中极为重要的课题.传统成像中利用磁共振性质的差异性来获得成像对比度,然而当这些性质的差异性小时,即使经过时间演化,还是难以得到可视的对比度.为了解决此问题,辐射阻尼是其中一个可能的方案.之前的研究显示,辐射阻尼对极小频率差亦能够在短时间的演化下得到相当强的对比度.然而辐射阻尼的产生需要高敏感度的射频线圈等限制.该研究将介绍如何利用外加的线路,模拟辐射阻尼现象,进而控制自旋动态,以达到增强成像对比度并进一步设计新的磁共振成像方式.     

尼古丁易感的脑结构特征的磁共振成像研究

本文旨在利用磁共振成像手段探究尼古丁易感个体的脑结构特征,即脑结构特性对尼古丁依赖程度的预测.选用成年雄性SD大鼠进行纵向研究,利用基于微型渗透压泵的间歇性给药方式对大鼠进行腹腔注射尼古丁14天,随后强制戒断14天.于第0、15、29天进行躯体戒断行为测试以量化其尼古丁依赖严重程度.对第1天的脑结构图像与戒断行为评分进行回归分析,结果发现尼古丁依赖严重程度与双侧前边缘皮层、左侧颗粒状岛叶皮层灰质体积和双侧丘脑白质体积呈负相关,与右侧海马CA1脑区和左侧丘脑灰质体积呈正相关.以上脑区的结构特征,能够作为尼古丁易感的生物标志物,在个体接触尼古丁之前预测其尼古丁依赖风险,对易感人群进行有针对性的早期干预.     

灵长类中风模型的磁共振成像

灵长类大脑在结构、生理、功能及神经学上与人类大脑非常相似. 因此,灵长类中风模型为研究大脑缺血的损伤机制和开发各种药物治疗方法提供了理想的动物模型. 该文介绍了近年来使用的各种灵长类中风模型,并总结了目前可用于该模型的各种磁共振成像（MRI）方法. 同时,还讨论了灵长类动物高分辩弥散张量成像（DTI）和磁共振灌注成像（PWI）的数据采集方法和心跳及呼吸引起的生理运动伪影的矫正方法. 这些方法改进了弥散一灌注失配（DWI－PWI MISMATCH）成像的精度和质量,有助于提高对脑缺血半暗带演化及其对药物治疗反应的精确评估,为更好地利用灵长类脑中风模型和当代磁共振成像技术进行中风机制研究和药物开发建立一个理想的研究平台.     

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.     

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.     

新疆长绒棉辐射效应的谱学研究

用¹³C CP/MAS NMR谱、ESR谱和质子弛豫时间等方法,研究了经γ射线在室温下辐照后新疆长绒棉纤维的辐射效应. 结果表明随着辐照剂量的增加,长绒棉纤维内的自由基浓度明显的增大,并产生了多种自由基的混合物. 由辐照前后的长绒棉纤维的¹³C CP/MAS NMR谱可以得出,随着辐射剂量的增加,C1峰的谱宽趋向增宽,表明了自由基存在的位置. 各类弛豫时间的改变则反映出长绒棉纤维内部聚集态结构和大分子链运动随辐射剂量的变化.     

基于分子间多量子相干的矢量场磁共振成像模拟

对基于分子间多量子相干的矢量场成像进行了系统的模拟研究. 模拟结果表明：这类成像能够对几十微米量级的异质结构进行成像,并较好地抑制来自均匀介质的信号. 即使不存在梯度磁场情况下,通过相位循环该方法亦可实现对异质结构的成像. 这将有助于开拓基于分子间多量子相干成像的应用领域,深化对其成像机制的理解.     

利用动态接收增益提高磁共振成像信噪比的方法

提出了一种提高磁共振成像(MRI)信噪比的有效方法.该方法在每次采集回波信号前,能够快速、灵活地控制MRI接收机的增益,实现磁共振信号动态范围的压缩;在图像重建之前采用双精度浮点运算扩展动态范围压缩的磁共振信号,最终得到信噪比提高的重建图像.在1.5 T超导MRI系统上进行了自旋回波序列的水模成像,实验结果表明,相比传统的基于固定接收增益的扫描图像,利用该方法得到的T1加权图像信噪比可以提高10%.和其他提高磁共振信号动态范围的方法相比,该方法无需增加额外硬件电路,避免多次采集图像,因而具有实现成本低的优点,是一种提高MRI信噪比的有效方法.     

超强边缘磁场梯度场下的磁共振成像:STRAFI 实验

磁共振成像（MRI）是一个能够探测样品内部特性的有效检测手段,已被广泛应用于化学、生物研究,以及医疗诊断领域. 自约40年前发展以来, 成像方法的不断发展使得MRI的成像分辨率、实验效率和成像杂核能力得到了很大的改进. 边缘磁场成像（STRAFI）是一种很具潜力的成像方法之一,它利用了超导磁体本身具有的边缘场的强梯度场. 该综述介绍了STRAFI基础,并概括了成像的基本原理、STRAFI的实验理论和方法及其在实际研究中的应用. 由此将比较STRAFI实验相对于传统MRI方法的所具有的优势和多面可行性.