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低场磁共振3D TOF脑血管成像序列优化研究

作　者: 方文星
导　师: 杜一平
学　校: 浙江大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁共振成像 0.35T 脉冲序列 磁共振血管成像 三维时间飞跃序列 SLR 部分k-空间 凸集投影
分类号: R445.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)技术作为一种对人体无伤害的诊断工具,它不仅能检测出体内组织的结构变化,还能显示生理功能信息的变化,在科学研究和临床医学上得到了广泛的应用。由于高场超导系统的昂贵费用和国内低端研发水平,国内医院中磁共振成像系统的普及率相对比较低,特别是非沿海和非发达地区的中小型医院。在当前的国情下,低场磁共振系统因为价格低廉而备受企业和医院的亲睐。但其固有的低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR),使得采集的图像质量往往比较差。这就对图像采集的关键角色——脉冲序列的设计提出了较高的要求。近年来,磁共振血管成像(magnetic tesonance angiography, MRA)已经成为血管疾病检查和诊断的常规技术之一。时间飞跃(time-of-flight,TOF)是目前临床上应用最广泛的MRA方法。TOF MRA其实是一种梯度回波成像方式,它是利用血液的流入增强效应来增强血管与静态组织的对比度。TOF序列通常采用一阶梯度力矩归零策略来减小血液流动伪影。在复杂流速的血管部位,比如颅内的大多数血管,高阶的流动会导致自旋散相。而自旋散相会造成MRA图像中真实血管的丢失,从而阻碍TOFMRA的广泛应用。此外,三维(three dimension,3D) TOF序列在两个方向都施加了相位编码,使得一个典型全脑的扫描需要十分钟左右的时间,这对病人来说有些长,特别是老人和孩子。本文针对上述问题,对本实验室0.35T永磁MRI系统的原始3D TOF序列进行优化研究。主要内容包括：1.研究了部分k-空间数据采集和基于凸集投影的图像重建算法,能有效减少回波时间(echo time,TE)。并研究了在部分k-空间数据中运用3D Fermi滤波,可提高图像的信噪比。2.研究了Shinnar-Le Roux (SLR)算法,设计出最小相位的SLR型脉冲。该脉冲能够获得理想的层选轮廓的同时缩短TE。3.研究了TE的缩短,能有效减小TOF MRA中由散相引起的血管信号丢失。在低场下采用了三种缩短TE方法：对流动补偿梯度采用允许的最大幅值和最小上升时间,得到最小的持续时间；利用部分回波采样缩短采样开始到回波中心的时间；采用短的不对称射频(radiofrequency, RF)脉冲缩短峰值处到末尾的时间。4.创新性提出了双回波3D TOF MRA数据的采集技术。并且利用点扩散函数(point spread function, PSF)分析双回波造成的图像伪影。与单回波采样技术相比,在低场下采集MRA数据只需要一半扫描时间的同时,对MRA图像中血管对比度影响较小。并证明了在同样扫描时间下,双回波采样能提高图像的信噪比或分辨率。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
1 绪论  11-17
  1.1 磁共振成像的发展史及现状  11-12
  1.2 本文的研究背景及意义  12-15
  1.3 主要研究内容  15-17
2 磁共振成像原理  17-28
  2.1 磁共振物理  17-20
    2.1.1 进动  18
    2.1.2 磁共振现象  18-19
    2.1.3 核磁弛豫  19-20
  2.2 磁共振信号的生成  20-22
    2.2.1 自由感应衰减信号  20
    2.2.2 自旋回波  20-21
    2.2.3 梯度回波  21-22
  2.3 磁共振成像基本原理  22-28
    2.3.1 选层原理  22-23
    2.3.2 频率编码  23
    2.3.3 相位编码  23
    2.3.4 K-空间  23-24
    2.3.5 脉冲序列及成像参数  24-28
3 OPER-0.35 T磁共振成像系统  28-34
  3.1 系统概述  28-29
  3.2 OPER-0.35T磁共振系统组成说明  29-34
    3.2.1 系统结构综述  29-30
    3.2.2 主磁体  30-31
    3.2.3 谱仪  31
    3.2.4 梯度系统  31-32
    3.2.5 射频系统  32
    3.2.6 计算机控制台  32-34
4 低场MRI下的三维时间飞跃序列的优化  34-62
  4.1 引言  34-36
  4.2 3D TOF序列存在的问题  36-37
  4.3 TE的缩短  37-48
    4.3.1 最小持续时间的流动补偿梯度  38-40
    4.3.2 部分傅里叶变换  40-43
    4.3.3 SLR算法与脉冲设计  43-48
  4.4 双回波采样  48-49
  4.5 实验与结果  49-60
    4.5.1 短TE的效果  50-54
    4.5.2 双回波采样效果  54-57
    4.5.3 血管背景对比度测量  57-60
  4.6 讨论与总结  60-62
5 全文总结及展望  62-65
  5.1 论文总结  62-63
  5.2 工作展望  63-65
参考文献  65-73
附录：作者简历及攻读硕士学位期间所取得的科研成果  73

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中图分类: > 医药、卫生 > 临床医学 > 诊断学 > 影像诊断学 > 核磁共振成像
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