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.     

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.     

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NI PXIe-7966R的磁共振成像接收机设计

提出了一种基于NI PXIe-7966R（National Instruments Corporation,美国）的磁共振成像（MRI）接收机设计方案,进行磁共振信号直接采样、数字下变频（DDC）和数据上传,以及磁共振图像恢复．使用NI LabVIEW FPGA（National Instruments Corporation,美国）开发平台,对NI PXIe-7966R板载现场可编程门阵列（FPGA）内构建的所有功能模块进行了设计仿真和硬件描述语言生成,使其能灵活实现DDC功能．设计的接收机的采样速度为50 Mbps、模数转换位数为16位、带宽设置范围为100 Hz~1 MHz,并具有较好的滤波效果．实验结果表明,该设计方案是一种高性能的磁共振接收机方案．     

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.     

基于背景信息的磁共振成像尖峰噪声消除

磁共振成像扫描过程中如果在K空间中出现尖峰噪声,将会严重影响图像质量. 该文提出了一种利用磁共振图像背景信息来定位并修复尖峰噪声的方法. 首先将K空间数据沿着频率编码k_x和相位编码k_y 2个方向分别进行一维傅立叶变换,然后在获得的2个中间域数据中,分别截取出背景区域, 进行一维反傅立叶变换得到与背景对应的频率域数据,通过对背景频率域数据的分析,获得尖峰噪声的k_x和k_y坐标,最后对异常点进行修复. 该算法可以很好地消除各种模式的尖峰噪声,与已有的算法相比,能够更好地处理K空间中连续多个相位编码行上出现尖峰噪声的情况,有效地消除图像伪影.     

温敏性磁共振成像造影剂的研究进展

磁共振成像（MRI）技术可实现对温度的非侵入式检测．温敏性MRI造影剂能够对温度变化做出响应,进而导致与其结合的水质子的弛豫速率、信号强度或化学位移等磁共振参数发生显著改变,已作为将温度信号转化为磁共振信号的传感器广泛应用于MRI测温技术中．本文介绍了温敏性MRI造影剂的种类、原理、研究现状及其应用前景．     

基于同时多层激发和并行成像的心脏磁共振电影成像

磁共振成像（MRI）无创无害、对比度多、可以任意剖面成像的特点特别适合用于心脏成像,却因扫描时间长限制了其在临床上的应用.为了解决心脏磁共振电影成像屏气扫描时间过长的问题,该文提出了一种基于同时多层激发的多倍加速心脏磁共振电影成像及其影像重建的方法,该方法将相位调制多层激发（CAIPIRINHA）技术与并行加速（PPA）技术相结合,运用到分段采集心脏电影成像序列中,实现了在相位编码方向和选层方向的四倍加速,并使用改进的SENSE/GRAPPA算法对图像进行重建.分别在水模以及人体上进行了实验,将加速序列图像与不加速序列图像进行对比,结果验证了重建算法的有效性,表明该方法可以在保障图像质量以及准确测量心脏功能的前提下成倍节省扫描时间.     

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.     

基于优化后流动敏感黑血序列的豆纹动脉3 T磁共振成像

豆纹动脉是大脑内部的重要动脉,其阻塞往往会导致腔隙性脑梗死.现在在临床上主要利用数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography,DSA)技术实现豆纹动脉成像,然而DSA的有创性是其重要的限制因素.有研究表明,在高场磁共振系统(7 T)下,时间飞跃法(Time-Of-Flight,TOF)已经能够得到较好的豆纹动脉影像,但是在临床使用的1.5 T或3 T磁共振系统下,由于豆纹动脉的管腔直径非常小(大约为0.3~0.7 mm)、血流速度比较慢,对其成像仍然是个挑战.该文主要研究了在3 T磁共振系统下使用流动敏感黑血(Flow-Sensitive Black-Blood,FSBB)序列对豆纹动脉进行成像的方法,并对该成像序列中流动敏感梯度的设计进行了优化,使其在扫描时间和图像分辨率、对比度、信噪比等方面都能够基本满足临床使用的要求.     

基于动态有机钆纳米颗粒的T1-T2双模态MRI造影剂

本文设计、合成并测试了一种新型的基于有机钆纳米颗粒的磁共振成像（MRI）造影剂.以1, 2-氨基硫醇与氰基的缩合反应为基础,成功合成了粒径在8~23 nm范围内的有机钆纳米颗粒.该有机钆纳米颗粒作为磁共振造影剂时,随着时间的推移,其纵向弛豫率逐渐减弱,横向弛豫率先增强后逐渐减弱,这与钆纳米颗粒粒径增大有关.有机钆纳米颗粒同时存在随时间变化的纵向弛豫和横向弛豫,表明它有望成为一种先进的T₁-T₂双模态MRI造影剂.     

新型Gd基T2造影剂的制备和应用

设计并合成了结构为TPP-Lys（Acp-DOTA-Gd）-COOH（简称Gd-DOTA-TPP）的小分子磁共振探针,通过电转染的方式用探针标记人源脐带间充质干细胞（hMSCs）.11.7 T磁共振成像（MRI）扫描结果表明,Gd-DOTA-TPP标记的hMSCs在细胞内Gd含量为9×10⁹ Gd/cell时,T₂加权信号强度即可低至背景信号强度,呈现较强暗信号.将Gd-DOTA-TPP标记的hMSCs移植入小鼠脑室,可明显提高移植干细胞在MRI设备上的检测灵敏度,检测限可低至10³个细胞.     

生物激活磁共振成像造影剂的研究进展

介绍了磁共振成像新一代造影剂--生物激活造影剂（亦称之为“酶激活”、“生物应答”或“智能型”造影剂）的研究进展.主要讲述了这类造影剂的设计原理、性能与作用. 它们主要分别对生物体内的酶、金属离子浓度、pH等敏感.     

基于CEST机制的pH成像方法、原理和应用

化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST）技术作为一种新型的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）技术.它的原理为溶质池中被激发饱和的质子与游离水中未被饱和的质子间的化学交换,能够引起水质子磁共振信号的下降,从而获得组织内生物分子的相关信息.由于质子间的交换速率k_ex与组织微环境的pH值之间存在直接联系,因而可以通过溶质质子的CEST信号对活体组织进行pH成像.目前用于pH成像的溶质分子既包括内源性游离的蛋白质、多肽分子,还包括一系列的外源性小分子和金属螯合物.通过不同类型的比率法、内源性胺和酰胺浓度-独立检测（Amine and Amide Concentration-independent Detection,AACID）等成像方法,能够获得肾脏、中风脑组织以及肿瘤组织的pH图谱.本文详细总结了2000年以来利用CEST技术进行pH成像方面的研究进展,包括对比剂、成像方法和相关应用,展望了活体组织pH成像的发展趋势和应用前景.     

HoF3 and DyF3 Nanoparticles as Contrast Agents for High‐Field Magnetic Resonance Imaging

Clinical contrast agents (CAs) currently used in magnetic resonance imaging (MRI) at low fields are less effective at high magnetic fields. The development of new CAs is mandatory to improve diagnostic capabilities of the new generation of high field MRI scanners. The purpose of this study is to synthesize uniform, water dispersible LnF₃ (Ln = Ho, Dy) nanoparticles (NPs) and to evaluate their relaxivity at high magnetic field (9.4 T) as a function of size and composition. Two different types of HoF₃ NPs are obtained by homogeneous precipitation in ethylene glycol at 120 °C. The use of holmium acetate as holmium precursor leads to rhombus‐like nanoparticles, while smaller, ellipsoid‐like nanoparticles are obtained when nitrate is used as the holmium salt. To explain this behavior, the mechanism of formation of both kinds of particles is analyzed in detail. Likewise, rhombus‐like DyF₃ nanoparticles are prepared following the same method as for the rhombus‐like HoF₃ nanoparticles. We have found, to the best of knowledge, the highest transverse relaxivity values at 9.4 T described in the literature for this kind of CAs. Finally, the LnF₃ NPs have shown negligible cytotoxicity for C6 rat glioma cells for concentrations up to 0.1 mg mL^?1.     

基于神经网络拟合的腹部化学交换饱和转移成像

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST）技术在临床诊断中展现了巨大的潜力,但在腹部成像中受到主磁场偏移量大的挑战,而且利用传统的非对称性分析法得到的酰胺质子转移（Amide Proton Transfer,APT）成像对比度受到核奥氏增强（Nuclear Overhauser Enhancement,NOE）效应的干扰.本文提出了一种基于神经网络拟合的CEST后处理方法,对每个像素采集得到的Z谱特征进行识别,不需要额外序列扫描即可得到背景参考Z谱与主磁场偏移量,用以校正和获得理想的Z谱,并进一步分离得到源自APT效应与NOE效应的信号.鸡蛋清和健康志愿者腹部成像结果显示,本文提出的基于神经网络的CEST后处理方法效果较好.     

Nuclear Overhauser Enhancement Effect in Distinguishing Rapid Aromatic Hydrogen Exchange in Primaquine and Related Analogues

NOE phenomenon has been observed and employed to distinguish rapid aromatic hydrogen exchange in primaquine and related analogues. The hydrogens at carbons 5 and 7 in the quinoline nucleus undergo acid-catalyzed H/D exchange with faster exchange at C-5 relative to C-7.     

磁共振成像谱仪B0信号的高精度发生与测试

设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的磁共振成像（MRI）谱仪B₀信号的高精度发生方法,并对产生的B₀信号经高速采集卡采集之后进行测试和验证.FPGA从外部读取波形数据和参数,分别存储在双端口随机存取存储器（RAM）和参数寄存器中,根据预补偿算法实现B₀信号的发生,并通过对时间参数和幅度参数的控制,产生不同的B₀信号,时间分辨率为1 μs.对谱仪的B₀输出进行采集,再进行最小二乘拟合,以验证B₀信号发生的准确性.经实验证实,该设计可以产生正确、可控的高精度B₀信号.