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时空编码磁共振成像和化学交换饱和转移成像新方法

陈林  
【摘要】:时空编码磁共振成像(spatiotemporally encoded MRI,SPEN MRI)是一种新型的超快速磁共振成像技术。该方法保留了回波平面成像序列快速采样的特性,并能够有效地克服不均匀磁场和化学位移引起的畸变或伪影,有着广阔的临床应用前景。由于特殊的二次相位编码机理,SPENMRI图像不能通过常规的快速傅里叶变换进行图像重建。超分辨率重建(super-resolved reconstruction,SR)是针对SPEN MRI方法提出的一种数据后处理技术,它可以在不增加采样点数的情况下,极大地提高SPENMRI图像的空间分辨率。目前存在很多SR算法,例如共轭梯度法、部分傅里叶法、去卷积法和基于压缩感知的混合重建算法。这些算法都能有效提高SPEN MRI的空间分辨率,然而均未达到理论上最优的空间分辨率。本文提出了 一种最优的SR重建算法——SEED(super-resolved enhancing and edge deghosting)。SEED算法充分利用SPENMRI的二次相位信息,能够无损地恢复出理论上最优的空间分辨率。此外,SEED算法还能和多扫描SPEN MRI结合,在减少一半采样点数的情况下恢复出与全采样质量相当的图像,从而加快多扫描的成像速度。与笛卡尔采样相比,非笛卡尔采样具有采样效率高、采样方式灵活和抵抗欠采样混叠伪影等一系列优点,然而目前与非笛卡尔SPEN MRI相关的研究还非常少。本文首次提出了非笛卡尔SPENMRI采样轨迹和采样梯度的设计方法,并根据SPEN MRI的特点提出了一种高效的非笛卡尔SR算法。与笛卡尔SPEN MRI相比,非笛卡尔SPENMRI能够有效提高图像空间分辨率,减少欠采样引起的混叠伪影,获得质量更优的图像。此外,我们还针对非笛卡尔SPENMRI的特性,提出了一种非参考扫描的畸变校正技术和不均匀弛豫加权的校正技术,这些校正方法可以进一步提高非笛卡尔SPEN MRI的图像质量。化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)磁共振成像是一种新型的分子影像技术。由于其能够无损检测活体中低浓度的蛋白质和代谢物,CEST技术在最近十几年得到了蓬勃的发展。目前CEST已经成功地应用于许多领域,例如人脑神经系统疾病、动物模型的大脑局部缺血以及人体和动物模型的肿瘤。然而CEST方法存在一个很严峻的挑战:缺乏特异性,很难从Z谱中提取和定量分析特定代谢物的CEST信号。为了解决CEST面临的挑战,本文提出一种基于偏共振变延迟多脉冲的CEST成像新技术。结合基于Bloch方程的数据拟合技术,该技术可以有效地分离提取Z谱中快速和慢速交换质子的贡献。此外,本文还提出一种局部洛伦茨线型拟合方法。该方法可用于分离高场下Z谱中的总肌酸信号。结合活体磁共振波谱技术的校正,该方法可用于定量分析大脑中的总肌酸信号,获得大脑总肌酸分布图。


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