超低场磁共振成像技术研究现状

超低场磁共振成像技术是磁共振成像研究领域中最新的发展方向.与常规磁共振成像相比,超低场磁共振成像技术所需的成像磁体可降至mT级甚至uT级,不仅大大降低了设备的成本和体积,还能够获得普通高场磁共振成像设备无法得到的特殊图像,具有非常广阔的应用前景.综述了近年来超低场磁共振成像技术的发展概况,重点介绍了其中的预极化磁共振成像、质子-电子双共振成像、激光磁共振成像和超导量子干涉仪(SQUID)磁共振成像.     

移动式无屏蔽超低场磁共振成像系统研究

移动式轻量化的磁共振成像系统可部署于重症监护室、救护车等特殊场合，使床旁脑卒中监护成像、救护车上移动脑卒中成像成为可能。相比于中高场系统，超低场磁共振成像设备采用轻量化的永磁体设计，结构紧凑，方便移动，但在没有电磁屏蔽房的情况下其图像质量极易受外部电磁干扰噪声的影响且硬件设计上还存在诸多关键技术问题有待解决。本文从系统硬件设计及环境电磁干扰消除两个方面展开研究，研发了50 mT移动式无屏蔽磁共振成像系统样机，从磁体的永磁结构、梯度和射频线圈系统以及电磁噪声消除算法等方面进行了系统研究，最终获得了高质量的人脑图像，为超低场磁共振成像技术的临床应用打下了基础。     

线扫描磁共振成像方法

目的：在磁共振成像领域，线扫描是最早的一种傅立叶成像方法，后逐渐被二维傅立叶成像方法取代，近年来线扫描方法又重新引起了人们的兴趣，本文介绍磁共振线扫描方法，并分析其优缺点；方法：从线扫描与二维傅立叶成像方法的原理人手，在多个方面比较两种方法的差异；结果：线扫描方法在成像速度及图像信噪比方面不如二维傅立叶成像方法。但在克服运动伪影、金属伪影及手术过程中实时磁共振检查等方面优于二维傅立叶成像方法；结论：线扫描方法是一种适用于中低场永磁型磁共振设备的成像方法，在术中磁共振成像方面有广泛的应用前景。     

基于低场磁共振的脉冲序列设计和成像研究

目的 利用低场磁共振序列设计平台探讨脉冲序列的设计方法,并分析评价成像质量.方法 在低场磁共振平台上,基于序列编码语言及脉冲和编码梯度的最佳施加时间来设计成像序列,并对含油和硫酸铜的样品管进行成像,然后根据T1、T2、质子密度、回波时间、重复时间等基本成像参数对样品管图像进行比较和验证.结果 探索出磁共振成像序列设计的基本方法和流程,并且获得了清晰的磁共振图像.结论 低场磁共振可作为基础研究平台用以设计成像序列并进行成像.在进一步的研究中,可针对不同组织部位设计具有特异性效果的脉冲序列,以将磁共振技术更好地应用于临床.     

基于三维SSFP的低场磁共振温度测量方法的研究

在肿瘤的热治疗中,可以利用磁共振成像技术监测治疗区域内的组织温度的变化。在低场磁共振设备中,三维稳态自由进动序列（3D-SSFP）可实现温度成像。但是,由于传统单翻转角成像方法易受主场磁不均匀的影响,因此在实际应用中对磁场均匀度要求较高。本研究提出一种大小双翻转角成像叠加的方法,可有效减小磁场不均匀对温度测量的影响。本论文首先用数值仿真方法分析了大小翻转角叠加方法的测量结果与温度的线性关系;然后讨论了如何选择最优翻转角以使该方法受磁场不均匀影响最小;接着讨论了由于组织驰豫时间T1和T2测量不准确而引入的系统误差;最后通过在一台0.45 T永磁低场磁共振成像系统上进行的实验,验证了该方法的可行性。仿真和实验结果均表明,与传统单翻转角方法相比,大小翻转角成像叠加方法保持了相同的温度线性度,而其测量精度则受磁场均匀性影响较小,系统偏差亦有所降低。新方法每次温度成像扫描时间约为6 s,可满足临床温度监控需要。     

磁共振脑功能成像信号——噪声及分析处理研究

随着磁共振成像技术的发展,其在人脑功能研究中的应用越来越广泛。深入了解磁共振成像信号的产生与采集过程对于数据的获取和分析及取得所需结果有很大的帮助。首先介绍了磁共振成像信号及其噪声,在其基础上对实验数据的分析进行讨论,并介绍了脑功能磁共振成像数据分析的新进展。     

基于整数规划的永磁型磁共振成像装置主磁体的无源匀场技术研究

为了符合成像标准,磁共振成像(MRI)设备要求主磁体能在较大的成像空间内产生高均匀度的磁场.但由于加工误差,实际磁场的均匀度远不能达到预定的要求,需要采用特殊方法进行匀场.本研究提出一种基于整数规划算法的无源匀场方法,将磁体的匀场问题提炼为整数规划问题,并编制了相应的匀场软件.通过在磁共振主磁体生产厂家进行的无源匀场实验,使得磁场的不均匀度从1549.7898×10-6降低到1129.9105×10-6,即均匀度提高了27%,证明该方法在一定程度上能够快速、有效地完成匀场过程,提高磁场的均匀度.     

基于k空间加速采集的磁共振成像技术

磁共振成像(MRI)已成为临床医学影像检查的重要手段之一.然而,由于k空间信号采集受奈奎斯特(Nyquist)采样定理限制,其成像速度仍然较低.在一定的主磁场和梯度场条件下,要获得具有实用价值的高分辨率图像必须进行较长时间的信号采集.为实现磁共振快速动态成像,除提高主磁场强度、梯度强度及其切换率以外,还可以通过一定的数学方法,在稀疏采样的情况下使最终重建图像数据满足奈奎斯特采样定理,从而减少k空间信号采集的数量,缩短信号采集时间.随着研究的深入,许多基于k空间数据共享和欠采样的快速磁共振成像方法被提出,如半傅里叶成像、钥孔成像、并行成像、部分可分离函数(PSF)等.在描述k空间填充方式的基础上,对这些快速成像技术进行综述.     

基于扩散磁共振的脑组织微结构成像研究综述

微结构成像是为了改善传统扩散磁共振成像的一些缺点而发展的一种新技术.微结构成像范式旨在建立组织结构特性与体素级磁共振信号相联系的模型,以此来估计并绘制微结构属性.目前该技术正在实现从实验室研究到临床应用研究的转变.首先介绍扩散磁共振成像并分析传统技术存在的主要问题,然后阐述微结构成像原理;随后,对受阻与受限制复合扩散模...     

磁共振电阻抗成像系统的设计和实验

介绍了磁共振电阻抗成像系统设计。该系统以PC机为核心单元,实现可视化交互、数据处理和成像;采用基于PCI总线的数据采集控制卡实现电流注入、电极选通、信号预处理以及与磁共振设备(MRI)成像序列的时序匹配,对恶劣电磁环境下高信噪比的信号测量采用了特殊电磁兼容设计。基于此系统提出了利用两个方向上磁通密度分量和外围电压重构图像的设想,给出了实验方案和初步结果。     

非人灵长类动物超高场磁共振脑成像技术进展

非人类灵长类动物是神经科学研究中的重要动物模型,可以兼容多种侵入式和非侵入式神经信号探测和神经活动调控方法.结合侵入式和非侵入式方法的非人灵长类动物的神经科学研究,有助于将大量基于动物模型的基础研究成果进行临床转化.其中磁共振脑成像技术是目前最主要的非侵入式大脑神经信号探测手段.非人灵长类动物磁共振脑成像研究,对于深入...     

Acquisition of electrophysiologic signals during magnetic resonance imaging

We describe a low cost system for acquiring electrophysiological signals during magnetic resonance imaging. The system consists of high common-mode-rejection and low noise operational amplifiers, coupled by fiber optic cables to a receiver located at the periphery of the magnetic field. The system minimizes noise introduction which would contaminate image signals.     

Simulation of scattering and attenuation of 511 keV photons in a combined PET/field-cycled MRI system

Mixing the imaging modalities of positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI) will offer the best soft tissue contrast (MRI) with information about metabolic function (PET). The high magnetic field environment of an MRI system makes the detection of annihilation photons difficult, as the response of standard photo-multiplier tubes is compromised. An approach using field-cycled MRI is discussed here, as field-cycled MRI makes it possible to have long periods of time available for nuclear imaging when there is no magnetic field present. This work focuses upon the effect of the field-cycled MRI upon the nuclear image due to the added material providing additional attenuation of the PET signal, and additional nuclei for scatter. These effects are studied using a Monte Carlo simulation based upon the GEANT libraries. Attenuation effects are shown to be significant, approximately 6% for the RF shield and coil and approximately 24% for the gradients. No significant effect is seen in image quality due to the scattering of the gammas. With these levels of attenuation it is concluded that open gradient coils and shim coils are required around the imaging volume.     

磁场均匀度对MR图像质量的影响

影响核磁共振（MR）图像质量最基本的部分为磁体，在评价核磁共振扫描仪的众多参数中,主磁场的均匀性是最基本也是最重要的一个衡量指标，该文阐述磁场均匀性对核磁共振成像质量的影响和磁场均匀度测量方法。     

Design of field-cycled magnetic resonance systems for small animal imaging

This paper presents a design study for a field-cycled magnetic resonance imaging (MRI) system directed at small animal imaging applications. A field-cycled MRI system is different from a conventional MRI system in that it uses two separate and dynamically controllable magnetic fields. A strong magnetic field is used to polarize the object, and a relatively weak magnetic field is used during signal acquisition. The potential benefits of field-cycled MRI are described. The theoretical dependences of field-cycled MRI performance on system design are introduced and investigated. Electromagnetic, mechanical and thermal performances of the system were considered in this design study. A system design for imaging 10 cm diameter objects is presented as an example, capable of producing high-duty-cycle polarizing magnetic fields of 0.5 T and readout magnetic fields corresponding to a proton Larmor frequency of 5 MHz. The specifications of the final design are presented along with its expected electromagnetic and thermal performance.     

Measurement of brain activity by near-infrared light

We review our most recent results on near-IR studies of human brain activity, which have been evolving in two directions: detection of neuronal signals and measurements of functional hemodynamics. We discuss results obtained so far, describing in detail the techniques we developed for detecting neuronal activity, and presenting results of a study that, as we believe, confirms the feasibility of neuronal signal detection. We review our results on near-IR measurements of cerebral hemodynamics, which are performed simultaneously with functional magnetic resonance imaging (MRI) These results confirm the cerebral origin of hemodynamic signals measured by optical techniques on the surface of the head. We also show how near-IR methods can be used to study the underlying physiology of functional MRI signals.     

医用磁性纳米粒子非线性磁化谐波信号检测方法研究

医用磁性纳米粒子是一种具有超顺磁性的纳米医学材料,可以通过血液循环聚集于肿瘤组织内部,并利用磁性粒子成像技术令生物体内的磁性粒子浓度可视化,达到肿瘤成像的目的。基于磁性粒子的非线性磁化特性及磁化频率特性,本文提出了磁性粒子信号三次谐波的差分检测方法。通过建模仿真分析,研究交变场下磁性粒子的非线性磁化响应特性以及磁性粒子信号的频谱特性,同时针对各次谐波与医用磁性纳米粒子样品量之间的关系进行研究。在此基础上,搭建信号检测实验系统,分析检测信号的频谱特性及功率谱密度,研究信号与激励频率之间的关系。通过以上方法进行信号检测实验,结果表明:在交变激励场下,医用磁性纳米粒子会产生高于背景场感应信号的尖峰信号,且磁性粒子信号存在于检测信号频谱的奇次项谐波中,频谱能量集中在三次谐波处,可以实现满足医用检测需求的三次谐波磁性粒子信号检测。各次谐波幅值与粒子样品量呈正比关系,可根据其关系确定检测得到的医用磁性纳米粒子样品量。同时,激励频率的选择受到系统灵敏度的限制,在1 kHz的激励频率下达到检测信号三次谐波的检测峰值。本文提出的磁性粒子信号三次谐波的差分检测方法为磁性粒子成像研究中的医用磁性纳米粒子成像信号检测提供了理论及技术支持。     

用MRI直接检测神经电磁场的研究

随着医学影像学的发展,基于脑内血氧水平变化的功能磁共振成像(fMRI)技术逐渐成为研究人脑功能的最主要的手段之一,但它的时间分辨率低.近年提出的神经电流磁共振成像(nc-MRI)是一种利用磁共振成像(MRI)技术对神经活动产生的电磁场直接成像的新方法.在原理上,nc-MRI是一种无创伤且同时具有高时间和空间分辨率特性的技术.因此,它的出现有可能会极大地推进脑功能的研究.探讨了nc-MRI信号的产生机制,包括神经磁场的理论模型和nc-MRI信号源及nc-MRI信号的模拟计算,其中包括对树突分支磁场的模拟以及nc-MRI的实验研究进展:展望了nc-MRI的未来发展方向.     

Generating positive contrast from off-resonant spins with steady-state free precession magnetic resonance imaging: theory and proof-of-principle experiments

It is well known that magnetic susceptibility variations lead to signal voids in MRI. However, recent work has shown that positive-contrast imaging of susceptibility-induced field variations can provide signal enhancements rather than signal losses. In this paper, we propose a new method for generating positive contrast from off-resonant spins with steady-state free precession (SSFP) magnetic resonance imaging. Based on theory and experiments, we demonstrate that positive-contrast images can be acquired in the presence of susceptibility-shift media with low flip angle excitations that are determined by the spin relaxation time constants of the imaging medium. Compared to other techniques, this technique is substantially faster and has low specific absorption rates, permitting high-field imaging. In addition to acquiring positive-contrast images, we also show that it is possible to suppress the imaging medium to desired levels; thereby allowing for simultaneous registration of the background details surrounding the susceptibility-shift media. Among practical applications, we anticipate that the proposed technique can potentially facilitate high field magnetic-resonance-based molecular imaging.