快速磁化率成像方法研究

论文摘要

磁化率成像是一种基于相位信息的磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术,已经成为MRI领域的新热点之一。磁化率加权成像(susceptibility weighted imaging,SWI)和定量磁化率成像(quantitative susceptibility mapping,QSM)是近年发展起来的具有代表性的磁化率成像技术。SWI通过相位信息(或磁化率)来获得相关的结构信息,能够应用于评估铁沉积、创伤性脑损伤成像和血管畸形成像等领域。为了定量分析磁敏感性物质的磁化率,有学者在SWI技术的基础上提出了QSM技术。QSM利用采集到的原始相位逆向求解得出真实磁化率,可以对组织内磁敏感性物质成分的变化进行深入分析。QSM是一个检测疾病的有力的辅助工具,特别是对一些脑部疾病,包括阿尔茨海默症、地中海贫血症和帕金森症等。SWI和QSM通常采用多扫描梯度回波序列进行成像,扫描时间较长。另外,QSM重建方法需要经过多步骤的处理,前一步中产生的错误容易在后续处理中被放大,导致最终反演出来的磁化率结果有明显的误差。本文主要围绕单步QSM的重建方法以及快速SWI方法展开研究,主要内容包括以下三个部分.:一、对SWI和QSM技术的基本概念、区别和临床应用进行系统的介绍,对SWI和QSM技术的基本原理和方法进行详细的阐述,特别是SWI的后处理流程和多步QSM重建的实现步骤,包括场图拟合、相位解缠绕、背景场去除和磁化率反演这四个步骤中所采用的具有代表性的方法。二、提出基于L0范数的单步快速定量磁化率成像重建方法(Fast TFI)。将全局场与缠绕相位之间的关系表达式引入定量磁化率成像重建表达式,在梯度域上采用L0范数进行约束,直接通过缠绕相位单步重建出磁化率分布图像;同时,引入基于R2*图像构造的先验矩阵,使重建出来的磁化率值能较好地接近参考值,并且有效保持组织结构的细节并抑制磁化率伪影的出现。钆模型、健康人脑和病理性人脑数据的重建结果表明,Fast TFI方法在提高重建速度的同时还能提供高质量的磁化率分布图。三、提出基于单扫描时空编码(spatiotemporal encoding,SPEN)的快速磁化率加权成像方法,该方法将单扫描分段SPEN(segmented SPEN,SeSPEN)序列与SWI技术相结合,采用去卷积超分辨率算法重建出图像。钆模型和活体鼠脑的实验结果证明,与传统的梯度回波SWI和平面回波SWI相比,SeSPEN SWI不仅能够有效缩短采样时间,还具有较好的抵抗化学位移和不均匀场影响的能力。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
•   1.1 磁化率成像基础
•     1.1.1 磁化率
•     1.1.2 磁化率成像
•   1.2 磁化率成像的临床应用
•     1.2.1 磁化率加权成像的应用
•     1.2.2 定量磁化率成像的应用
•   1.3 磁化率成像存在的问题
•   1.4 论文主要内容和结构
• 第二章 磁化率成像基本原理
•   2.1 引言
•   2.2 场图拟合
•   2.3 相位解缠绕
•     2.3.1 时间维的相位解缠绕
•     2.3.2 空间维的相位解缠绕
•   2.4 背景场去除
•     2.4.1 零差高通滤波
•     2.4.2 偶极场投影法
•     2.4.3 复杂调和伪影去除法
•     2.4.4 拉普拉斯边界值法
•   2.5 磁化率反演
•     2.5.1 多方向采样计算磁化率方法
•     2.5.2 基于形态学相似性的偶极场反演方法
• 1范数最小化方法'>    2.5.3 快速加权L₁范数最小化方法
•     2.5.4 改进的最小二乘方法
•     2.5.5 广义总变分单步反演方法
•     2.5.6 全局场反演方法
•   2.6 磁化率加权成像后处理
•   2.7 本章小结
• 0范数的单步快速定量磁化率成像重建'>第三章 基于L₀范数的单步快速定量磁化率成像重建
•   3.1 引言
•   3.2 基本原理
•   3.3 实验数据与方法
•     3.3.1 钆模型数据
•     3.3.2 健康人脑数据
•     3.3.3 病理性人脑数据
•     3.3.4 预处理方法
•   3.4 结果
•     3.4.1 钆模型
•     3.4.2 健康人脑
•     3.4.3 病理性人脑
•   3.5 讨论
•   3.6 单步快速定量磁化率成像重建软件
•     3.6.1 软件的设计
•     3.6.2 软件的运行
•   3.7 本章小结
• 第四章 基于单扫描时空编码的快速磁化率加权成像
•   4.1 引言
•   4.2 成像原理和特性
•     4.2.1 成像原理
•     4.2.2 成像特性
•   4.3 实验方法
•     4.3.1 样品准备
•     4.3.2 数据采集
•   4.4 实验结果
•     4.4.1 模型
•     4.4.2 活体鼠脑
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张莉

导师: 蔡淑惠,蔡聪波

关键词: 磁共振成像,磁化率加权成像,定量磁化率成像

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,计算机软件及计算机应用

单位: 厦门大学

基金: 国家自然科学基金11775184,81671674,61571382,福建省科技计划项目2016Y0078

分类号: R318;TP391.41

总页数: 87

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