【摘要】：超快速磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)有著良好的時(shí)間分辨率,在功能成像(functional MRI,fMRI)、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、自由呼吸心臟成像(free-breath heart imaging)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。在超快速M(fèi)RI中,平面回波成像(echo planarimaging,EPI)目前應(yīng)用最廣泛,其在時(shí)間分辨率和空間分辨率都有出色的表現(xiàn)。EPI通過一系列快速切換的梯度回波進(jìn)行采樣,一次射頻脈沖激勵(lì)就可得到一張二維磁共振圖像所需的全部數(shù)據(jù),通過傅里葉變換即可得一張磁共振圖像。然而,EPI圖像由于在相位編碼維帶寬較小,因此容易受到不均勻磁場(chǎng)和化學(xué)位移效應(yīng)影響而產(chǎn)生畸變。為了克服不均勻磁場(chǎng)和化學(xué)位移效應(yīng)的影響,以色列Frydman小組于2006年提出一種新的單掃描MRI方法一時(shí)空編碼(Spatiotemporally Encoded,SPEN)方法。時(shí)空編碼通過線性掃頻脈沖(chirp脈沖)將二次相位引入核自旋演化。根據(jù)穩(wěn)定相位理論,在二次相位調(diào)制下,在某一采樣時(shí)刻,時(shí)空編碼成像信號(hào)的強(qiáng)度只取決于對(duì)應(yīng)空間位置內(nèi)的局部自旋密度,因而時(shí)空編碼具有空間選擇性。此外,與EPI相比,二次相位的引入有效提高了相位編碼維的帶寬,因此時(shí)空編碼方法具有較強(qiáng)的抵抗不均勻磁場(chǎng)和化學(xué)位移效應(yīng)的能力。通過超分辨率重建,可以重建出和EPI空間分辨率相當(dāng)?shù)臅r(shí)空編碼成像圖像。在多層成像應(yīng)用中,傳統(tǒng)的SPEN方法因采用較多的chirp脈沖而導(dǎo)致較大的特異性吸收率(SAR)值,因此Frydman小組在2014年提出利用儲(chǔ)存脈沖來進(jìn)行多層時(shí)空編碼。該方法能較大程度地降低SAR值,但是縱向弛豫效應(yīng)也帶來信號(hào)損失。為了能降低縱向弛豫效應(yīng)帶來的信號(hào)損失,我們小組在2016年提出了基于分段激發(fā)的多層時(shí)空編碼成像方法(SeSPEN)。本文拓展了基于分段激發(fā)的時(shí)空編碼成像方法,通過多回波同時(shí)重聚進(jìn)一步縮短了成像時(shí)間。本文主要內(nèi)容包括以下三個(gè)部分:一、對(duì)時(shí)空編碼成像的基本理論和方法進(jìn)行了具體的闡述,對(duì)其二次相位特性、空間選擇性和對(duì)抗不均勻磁場(chǎng)和化學(xué)位移效應(yīng)的魯棒性進(jìn)行了系統(tǒng)的描述。同時(shí),介紹了超分辨率重建對(duì)時(shí)空編碼成像的重要性以及本論文研究工作采用的去卷積超分辨率算法。二、提出了雙回波同時(shí)重聚的多層分段時(shí)空編碼方法(ME-SeSPEN)。該方法利用一系列散相梯度的組合,將不同層的信號(hào)在同一讀出梯度期間不同時(shí)刻進(jìn)行重聚,通過去卷積超分辨算法進(jìn)行圖像重建。實(shí)驗(yàn)證明,與自旋回波EPI、自旋多回波EPI和SeSPEN相比,ME-SeSPEN MRI能有效縮短采樣時(shí)間,減少渦流效應(yīng),同時(shí)保持與SeSPENMRI相似的抗不均勻磁場(chǎng)魯棒性、空間分辨率和信噪比。三、提出了三回波同時(shí)重聚的ME-SeSPEN方法,以進(jìn)一步縮短采樣時(shí)間,并保持SPENMRI對(duì)抗不均勻磁場(chǎng)魯棒性。水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O482.531
【圖文】：

１．２．２單掃描時(shí)空編碼磁共振成像逡逑單掃描時(shí)空編碼磁共振成像（ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌｌｙ邋ｅｎｃｏｄｅｄ邋ＭＲＩ，邋ＳＰＥＮ邋ＭＲＩ）是在逡逑ＥＰＩ基礎(chǔ)上發(fā)展出的新型超快速磁共振成像技術(shù)［８，１８丨。如圖１．１（ｂ）所示，ＳＰＥＮＭＲＩ逡逑與ＥＰＩ的不同之處是在激勵(lì)階段引入一個(gè)線性掃頻（ｃｈｉｒｐ）脈沖，同時(shí)在相位編碼逡逑維施加一個(gè)時(shí)空編碼梯度，這為質(zhì)子自旋引入了一個(gè)拋物線二次相位。二次相位逡逑最早是在１９８６年由Ｋｕｎｚ引入到磁共振成像１｜９］，并被Ｐｉｐｅ應(yīng)用在層選方向中來抵抗逡逑混疊偽影［２（）１。以色列的Ｆｒｙｄｍａｎ小組將二次相位方法引入到單掃描時(shí)空編碼磁共逡逑４逡逑

決了這兩個(gè)缺點(diǎn)，它不僅具有優(yōu)秀的時(shí)間分辨率，還解決了磁場(chǎng)不均勻和化學(xué)位逡逑移偽影帶來的問題，從而成為一種有效的多層磁共振掃描方法。逡逑２０１３年，Ｆｒｙｄｍａｎ小組提出了一種基于ＳＰＥＮ多層快速ＭＲＩ方法（圖１．２）。逡逑圖１．２中（ａ）和（ｂ）差異是在采樣前或采樣后翻轉(zhuǎn)。它們都需要應(yīng)用１８０°邋ｃｈｉｒｐ脈沖逡逑對(duì)每層進(jìn)行時(shí)空編碼，但是過多的ｃｈｉｒｐ脈沖會(huì)導(dǎo)致較高的特定輻射吸收率（ＳＡＲ），逡逑從而很難在臨床應(yīng)用。圖１．２中（ｃ）和（ｄ）兩種方法利用１８０°邋ｃｈｉｒｐ脈沖和９０°邋ｃｈｉｒｐ逡逑脈沖對(duì)全局進(jìn)行時(shí)空編碼，并利用分層解碼方式解碼，因而可以較大減少ＳＡＲ逡逑值。但是，這種編碼方式仍存在一些缺點(diǎn)。因“存儲(chǔ)”階段而損失了邋１／２采樣信逡逑號(hào)，加上Ｔ！弛豫引起的信號(hào)衰減將導(dǎo)致ＳＰＥＮ圖像的信噪比損失并限制了采樣逡逑層數(shù)。逡逑５逡逑

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10 杝育文;灻

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