【摘 要】
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磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是一种具有高空间分辨率和无创伤性的医学成像技术,在临床上应用广泛。化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)为MRI提供了新的对比度机制,能够有效检测低浓度的可交换质子,对多种疾病的检测有着重要意义。然而,CESTMRI需要较长的数据采集和图像重建时间,这限制了其
【基金项目】
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国家自然科学基金11775184
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磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是一种具有高空间分辨率和无创伤性的医学成像技术,在临床上应用广泛。化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)为MRI提供了新的对比度机制,能够有效检测低浓度的可交换质子,对多种疾病的检测有着重要意义。然而,CESTMRI需要较长的数据采集和图像重建时间,这限制了其临床应用。平面回波成像(echo planar imaging,EPI)是目前应用最广泛的超快速MRI,该技术在有效缩短数据采集时间的同时拥有良好的时间分辨率和空间分辨率。然而,EPI图像易受磁场不均匀和化学位移效应的影响而产生畸变和伪影。1999年,由Pipe提出的周期性旋转重叠平行线采集和增强后处理重建(periodically rotated overlapping parallel lines enhanced reconstruction,PROPELLER)技术对磁场不均匀性有良好的抵抗性,能够在一定程度上消除运动伪影和磁化率伪影,其独特的采样方式在加速成像方面也有很大的潜力。另一方面,现有CEST对比图像的重建大多计算时间较长并且结果容易受到多种不理想因素的影响。近几年,随着深度学习的快速发展,利用神经网络进行医学图像处理已经成为领域内的一个热点。神经网络能够从大量的医学图像数据中学习复杂的非线性映射关系并提取相关特征,因此被广泛应用于医学图像重建和分割等方面。本文研究了基于PROPELLER采样和神经网络重建的CEST MRI,主要内容如下:一、详细阐述了 CESTMRI的机理和特点。主要介绍了 CEST效应产生的原因、质子化学交换过程的理论模型、常用的CESTMRI脉冲序列和CEST量化方法。二、提出了一种基于PROPELLER采样的快速CEST MRI方法(简称CEST-PROPELLER),并利用神经网络对欠采样的CEST图像进行重建,得到高质量的CEST对比图像。实验结果表明我们的方法可以大大减少CESTMRI的数据采集时间,而且神经网络对欠采样的CEST图像具有很好的重建效果。三、将新方法应用到核Overhauser效应(nuclear Overhauser effect,NOE)成像中。NOE效应通常与CEST效应一起发生,虽然目前NOEMRI没有CESTMRI应用广泛,但是也能为MRI提供一种特殊的对比度机制,有潜在的应用前景。我们利用新方法加速NOE MRI,并对其可行性进行了初步验证。
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