脑功能核磁共振成像的质量控制研究

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1、第一军医大学2002级博士学位论文脑功能核磁共振成像的质量控制研究r．、818437AStudyontheQualityControlofBrainFunctionalMagneticResonanceImaging专业名称学位中请人指导教师答辩委员会主席答辩委员会成员生物医学工程冯锡钢林意群教授Prof．Y[qunLi“黄耀熊温志波李树详岑仁经卢广文论文评阅人黄耀熊温志波2005年6月6日广州脑功能核磁共振成像的质量控制研究博士研究生：冯锡钢指导教师：林意群摘要功能磁共振成像技术是神经科学研究技术的一项革命性突破，是20世纪90年代最重要的科学发展之一，是脑科学的强有力工具，实现了人类长久

2、以来无损伤具体观察活体大脑功能的梦想。但由于脑功能成像所检测到的信号较小，所涉及的过程复杂，多种原因会对结果造成干扰，影响到结果的准确性和可靠性。要使获得的结果有意义，就必须对造成干扰的各种原因进行深刻的分析并进行有效控制，以最大限度地抑制各种干扰因素，保证结果的可靠性和准确性。因此对脑功能成像进行质量控制和质量评价是非常必要的。课题的研究方法主要是理论分析和实验验证相结合的方法。本文的第一章为绪论，简单介绍了脑功能成像、功能磁共振成像及其应用，以及功能磁共振成像的质量控制。本文的第二章介绍脑功能磁共振成像的物理生理原理，包括磁共振成像的基本原理，重点介绍了与脑功能成像关系密切的回波平面成像

3、序列。阐述了功能磁共振成像的概念及其分类，以及人类大脑在接受外部刺激过程中出现的生理变化即细胞代谢和血流变化的过程。在第二章的基础上，本文的第三章详细介绍了脑功能核磁共振成像的基本原理、扫描技术和一般过程。简单而言，功能磁共振成像的原理是基于血红蛋白在带氧和不带氧时的磁性不同。不带氧时，它是顺磁性的，在磁场中能显著增加磁场强度，其结果是影响在血管附近的磁场的均匀性，因而降低磁共振信号。当血红蛋白带氧时，它是抗磁性的，所以它对磁场的影响很少。因此，磁共振图像可以用来检测血液中的含氧浓度。这就是所谓的BOLD对比度。原理上只要对磁易感性敏感的序列都可用以功能成像，但从效率和灵敏度来考虑，梯度回波

4、EPI序列是最佳的脑功能成像序列。功能成像的一般过程则通常可分实验设计、确定扫描序列、定位像扫描、数据采集、数据处理和受激脑活动区的可视化显示等步骤。本文的第四章从磁共振机器的设备性能，参数优化、数据处理以及体模等角度对功能磁共振成像的质量控制和质量评价问题进行讨论，初步形成了脑功能成像的质量控制工作的完整方案。在设备性能方面，本文在总结前人的常规质量保证参数的基础上，主要提出了对脑功能成像来说意义极为重大的稳定性这一参数，并提出了相应的简单可行的检测方法即用与功能成像相同的参数扫描均匀水模并对结果的序列图像的均值、方差、极差的质量控制图像进行统计的方法。经实验证明是有效的。在参数优化方面，

5、本文主要讨论了空间分辨和回波时间对功能成像的影响，指出了参数优化的必要性，成功应用ROC方法为临床医生指出最佳的脑功能成像参数。为了评价不同参数对功能成像的影响，本文让被试在九组不同的参数条件下，用与脑功能成像相同的序列但不施加任何刺激而采集数据，而所需要的信号时程变化由图像处理过程产生，通过对处理结果的ROC统计我们得出了最佳的分辨率和回波时间，再经实际真正的脑功能成像的实验证实，结果是可靠的。在功能图像的数据处理方面，本文同样应用了ROC方法的思想。对于一个由多种因素组成的诊断系统如A和B，A和B的不同取值都会影响诊断系统的准确性。要考察不同的取值对系统的影响，可以在保持其他因素不变的情

6、况下，改变其中～因素的取值，并用ROC方法评价不同取值的影响。我们通过图像处理产生的实验数据最大限度地保证了数据在其他方面如机器性能、实验设计、成像参数等方面的一致性，然后通过改变数据处理过程的办法得到不同的处理结果，对处理结果进行ROC统计从而判断不同数据处理过程的优劣。在体模方面，本文主要对质量控制工作所用到的体模进行了小结，并对基于动脉自旋标记灌注成像的功能成像方法提出了一种质量保证体模。最后，对功能成像的质量控制工作过程所用到的图像处理技术进行了总结，介绍了作者为完成课题工作所编写的软件的内容。本文的第五章是最后一章，对作者攻读学位期间所作的工作进行了总结并对下一步工作作了展望。作者

7、相信，本文的研究结果将在新机器脑功能成像性能的验收、保证脑功能成像的质量，最终对提高临床诊断和诊断质量作出有益的贡献。关键词：磁共振成像，脑功能成像，质量控制，质量评价，体模，稳定性。AStudy013_QualityAssuranceofBrainFunctionalMagneticResonanceImagingNameXigangFengSupervisor：ProfessorYiqunLingABST