基于相关信息的并行磁共振成像方法分析

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1、基于相关信息的并行磁共振成像方法研究1．绪论1．1课题研究意义’磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)是一种生物磁学核自旋成像技术【心】。在外加均匀磁场条件下，对人体组织内进动●的氢核发射射频脉冲导致射频信号的产生，然后将射频信号经计算机处理而成像的过程即为MRI。在超声和X射线CT成像技术之后，磁共振成像技术作为一种新的现代医学成像技术进入到临床应用的领域。它可以提供高质量软组织断层图像，这是其他影像设备无法与之相比较的优势‘¨。MRI的出现给传统放射学及影像诊断带来了革命性的变化。与超声或X射线CT成

2、像相比，MRI信息丰富且临床安全。除此之外，MRI还具有诸多优点：(1)多参数成像，提供了丰富的信息用于诊断；(2)无需造影剂即可得到高对比度图像；(3)任意方位断层，可得到矢状面、冠状面和横断面图像；(4)进行人体能量代谢评估，使疾病的诊断深入到生物学和组织学的水平；(5)没有电离辐射，MRI所使用波段的电磁波是不能穿入人体的，可进行介入磁共振(interventionalMRI)治疗。(6)对软组织检查有很好的分辨力，能够得到清晰的人体解剖结构【3-4]。正由于MRI具有的极大优势，使它在临床诊断中得到了广泛的应用。然而，MRI也存

3、在一定的局限性。成像速度慢，使该项检查的适应症大为减少；成像过程中被检者身体不可移动，否则会引入伪影，1硕士学位论文造成重建图像模糊；磁共振成像的时间分辨率较低，不能够满足心脏动态成像等快速成像的要求。因此，如何缩短成像时间和改善成像质量一直是MRI所关注的重点问题。MRI的成像时间分为两部分，即扫描时间和图像重建时间。后者随着计算机技术的发展已经缩小到毫秒数量级。因而，要减少MR／的成像时间，主要从缩短扫描时间方面考虑，包括以下两方面：(1)提升硬件性能。采用加大外加磁场的强度和提高梯度场的切换速度的方法使K空间信号的采集速度加快【5

4、-61。这种方法减少了采样数量，从而加快了采集数据的速度，并且提高了图像的信噪比，达到改善成像质量的目的。然而，过快的切换梯度磁场会对病人的肌肉和神经造成强烈的电磁刺激，特别密集的射频脉冲序列还会积聚人体内的射频能量，使人体组织升温，造成伤害到人体的后果171。对硬件性能的提升带来的是硬件系统的成本越来越高，阻碍了MR／设备的推广应用。通过对磁共振成像系统硬件性能上的提高来加快成像速度基本上已经达到了极限【8】o(2)设计高速扫描序列，如FLASH(fastlowangleshot)‘91，SPGR(spoiledgradient．re

5、called)[101、EPI(echoplanarimaging)In]等。它获取整幅图像只需要一次射频激发，大幅度的缩短了扫描时间。但是，高速扫描序列对主磁场的非均匀性很敏感，而且信噪比很低，不能得到较好质量的图像。因而，我们期待更有效的方法来减少成像时间。并行磁共振成像技术(pMRI)的出现改变了磁共振成像时间依赖于磁场梯度性能的状况[12-16]。并行磁共振成像技术在病人周围放2基于相关信息的并行磁共振成像方法研究置多个相控接收线圈，称之为相控阵列。在同步检测磁共振信号的过程中，由于每个接收线圈的空间敏感度(SpatialSen

6、sitivity)不同，因而各个线圈接收到的数据信息不同。pMRI对空间信息进行编码正是利用了接收线圈的空间敏感度差异，使得相位方向上的梯度编码步数减少，达到缩短扫描时间的目的。目前在临床医疗中得到广泛应用的一种并行磁共振成像算法是自动校准并行采集技术(GRAPPA)[17-181。在采集数据的过程中，GRAPPA算法采集的数据包括欠采样数据和K空间中心的全采样数据一自校准数据。该算法以线性平移不变性为基础，通过对自校准数据进行线性拟合得到权重系数，再结合欠采样数据重建出未采样数据，从而得到完整的图像。然而，随着降采样倍数的增大，可用于

7、拟合的欠采样数据大幅减少，得到的权重系数不准确，无法重建出质量较好的图像。基于此，本文研究了基于相关信息的并行磁共振成像算法。该算法在拟合权重的过程中，使用了相关函数的概念，利用了所有的欠采样数据，增加了用于重建的数据量，能够在高倍降采时得到较好质量的图像。1．2国内外研究现状1946年，美国斯坦福大学的EBloch教授和哈佛大学的E．M．Puecell教授发现了核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR)现象，并在物理、化学等领域得到广泛应用【191。这一发现，获得了1952年诺贝尔物理奖。1972年，P．C．

8、Lauterbur发表在《自然》杂志上的一篇文章，首次提出组合层析成像法(Zeugmatography)[20]o即在主磁场上叠加一个梯度场，从而得到各个方向的空间信息。这种方3硕士学位论文法可以得到物质内