基于相位对比磁共振的血流测量及其可视化研究

发布时间：2018-05-20 02:21

本文选题：相位对比磁共振 + 序列优化　；参考：《东北大学》2014年博士论文

【摘要】：磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种非侵入性的对人体内部结构成像的技术,与其他医学成像技术相比,它具有无放射线损害,能多方向多参数成像,有高度的软组织分辨能力等优点,是医学临床和科研的一种十分重要的检测手段。和其他医学成像方式不同,磁共振成像数据采集的过程需要首先填充傅里叶空间(k空间),然后通过傅里叶变换得到图像。实际上经过傅里叶变换得到的数据是复数,通过取得其强度信息才得到通常用于诊断的磁共振图像,但是得到的复数数据中还包括相位,关于如何利用其相位信息也衍生出了许多的方法,包括相位对比磁共振成像,磁敏感度加权成像等方法。由于相位对比磁共振成像方法可以测量液体的流速,所以其在研究人体血流动力学、心脏功能,血管弹性等方面有巨大的潜力,这也是本文研究的重点。因为相位对比磁共振成像方法面临着成像速度不够快,并且由于其产生的数据量非常之大带来了不便于观察的问题,目前在临床上的应用尚不广泛。本文希望通过针对相位对比磁共振成像所面临的的问题展开研究,以推广该方法的临床应用。本论文主要研究工作和创新点包括以下几点：第一,对相位对比磁共振成像的方式进行仿真。相对于传统的一维磁共振信号仿真,本文提出了二维的相位对比磁共振成像方法对流动模体成像过程的仿真方法。该仿真通过模拟相位对比磁共振序列中射频脉冲,梯度系统,以及自旋核弛豫等部分,可以在设定液体流动方式的前提下得到相位对比磁共振的仿真图像。该仿真方法不仅模拟磁共振设备成像的过程,还模拟了K空间的数据编码,该方法不仅可以用于相位对比磁共振成像参数的优化研究还可以用于磁共振数据重建的研究。最后通过和实验的对比验证了仿真的有效性。第二,对相位对比磁共振测量血流的序列进行优化。由于目前对相位对比磁共振序列中的扰相射频脉冲和扰相梯度还没有进行深入的研究,本文针对扰相射频脉冲和扰相梯度分别进行了深入的分析和研究。首先通过理论分析了相位对比磁共振序列中的扰相射频脉冲和扰相梯度,然后通过仿真,模体实验和志愿者实验相互验证得出了优化的扰相射频脉冲和扰相梯度。第三,建立基于CPU的医学图像三维可视化系统。由于在目前医院大量使用的PC系统中并没有配备显卡(GPU),为了在普通PC上可以很好的进行医学图像三维可视化的显示,本文基于实际临床应用的需要设计并实现了一个基于CPU的医学图像三维可视化系统。该系统为了实现高质量的绘制效果使用了光线投射的算法,通过对算法的优化和针对CPU结构特性做的线程并行和指令并行优化,实现了在保证绘制质量前提下很好的交互体验。目前该基于CPU的医学图像三维可视化系统已经嵌入东软PACS工作站和医学图像工作站。第四,对医学图像三维可视化中的关键算法进行优化。为了提升医学图像二维可视化的效果,本文提出并应用了二维传递函数和新的光照模型,并且提出使用光线投射算法实现面绘制的方法。二维传递函数的使用可以在可视化结果中更好的区分不同的组织,而引入了菲涅尔公式的光照模型可以表现出更加真实的可视化绘制效果,使用光线投射算法得到面绘制的效果即可以提供一种新的面绘制方案还可以在PC系统配置很低的情况下保证绘制的速度。第五,提出和实现了四维相位对比磁共振数据可视化的方法。为了能够观察到血液随时间在人体内的流动的方式,需要对四维相位对比磁共振数据进行可视化。本文提出将不同的流动方向和流动速度映射为不同的颜色和亮度,得到了随时间变化的,血液流动信息和解剖图像相融合的四维相位对比磁共振可视化结果,解决了四维相位对比磁共振数据量大,不便于观察的问题。本论文的研究工作具有一定的理论和现实意义,其研究成果不仅提供了相位对比磁共振序列的优化方法还解决了四维相位对比磁共振图像的浏览难题。如果能够把本文研究成果应用与临床,则有助于的心血管疾病的诊断和预防。
[Abstract]:Magnetic Resonance Imaging ( MRI ) is a non - invasive technique for imaging the internal structure of the human body . It has the advantages of no radiation damage , multi - directional multi - parameter imaging and high soft tissue resolution . A new surface rendering scheme can be obtained by using ray projection algorithm to obtain a new surface rendering scheme , which can ensure the speed of drawing while the PC system is low in system configuration . In order to observe the flow of the blood over time in human body , the four - dimensional phase contrast magnetic resonance data is visualized .
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R445.2;TP391.41

【参考文献】