虚实结合的MRI实验实训项目开发与实践

磁共振成像(MRI)是一门综合性学科,针对其原理的实验实训教学一直是难点。由于成本高昂、设备巨大、扫描参数固化,教学效率低等原因,直接使用MRI真机和小型磁共振教学实验仪一方面无法完全实现科学化、规范化和批量化的MRI技术实验教学,另一方面降低了操作的难度,局限了MRI的应用潜力,弱化了对学生图像质量的分析和控制能力培养。通过长期的教学实践和调研思考,提出了小型MRI模拟设备与虚拟软件相结合是实验教学的发展趋势,利用小型模拟设备进行结构教学,虚拟MRI实验实训软件进行原理教学,该软件能够模拟MRI的整个过程,正向与逆向学习相结合的方式使学生理解与掌握MRI相关原理。在此基础上,提出了"1+N+1"的虚实结合的实验实训教学模式,提高了教学实效。

MRISim:磁共振成像仿真实验软件包（英文）

本文基于数值计算模拟技术,开发了模拟磁共振成像(MRI)数据采集与图像重建的仿真软件包——MRISim.虚拟数据采集部分通过对设备硬件、样品(标样或人体部位)进行物理数学建模后,构建原始模拟信号,并填充k空间,然后再基于k空间数据实现磁共振图像重建.该软件可以通过参数的任意调节对影响磁共振图像质量的因素进行可视化分析,包括11种常见伪影的特征和成因分析.我们的研究表明应用该仿真软件可以弥补台式MRI扫描仪价格昂贵、实验时间长等不足之处,实现对相关科技人员的批量化、规模化的实践操作培训.

全开放式单边核磁共振技术研究及系统开发

为了在单边磁体产生的逸散磁场中实现核磁共振技术,信号检测深度能满足相关应用需求,该文分析了非均匀磁场下的核磁共振技术条件,确定射频场目标,设计了单边平面射频线圈和探头,搭建出一套单边核磁共振实验系统.探头具有短脉宽(90°脉宽2.5μs),系统死时间短(10μs)的特点,可实现15μs的半回波时间.应用该系统,在15.3 T/m的巨大梯度磁场下,实现接近5 mm厚度的信号检测,并利用单边磁体的自然梯度磁场,开展了恒定梯度磁场下的扩散测量方法探索.结果表明,该系统可满足需要一定探测深度的领域的应用需求.

核磁共振成像技术虚拟软件开发

目的:开发一款能在摆脱硬件设备的情况下运行的核磁共振成像(MRI)虚拟培训软件,该软件可避免高级序列对硬件的高要求,避免实验数据采集时间过长及仪器台数不足等问题。方法:首先建立本征组织模型,为后序扫描工作提供虚拟受检样品;其次通过虚拟数据的动态采集,获得MRI数据;最后,通过傅里叶变换获得图像或频谱信息,供实践者培训实践MRI技术操作。结果:设计了一套MRI虚拟数据采集与图像重建软件,该软件避免了对硬件的高要求、部分实验数据采集时间过长以及台数不足等问题,在脱离硬件设备的运行环境下,获得与硬件成像教学仪相仿的实验效果。应用该软件可实现的教学实验有:莫尔频率测定、射频脉冲角度确定、电子匀场、自由感应衰减信号的频谱测量、7种常用序列的成像实验、各种序列的权重成像、采样参数对MRI图像形状影响、IR序列的脂肪抑制成像、IR序列的水抑制成像、反弹点成像、半傅里叶扫描技术、化学位移显示、一维编码成像、截断伪影、卷褶伪影等。结论:在实际MRI实践培训过程中,与硬件仪器相比,该MRI虚拟教学软件为学习者提供了一个更快速、高效的实验实训平台。

基于MRI图像的羊水体积的测量

目的探讨基于MRI图像,通过算法计算测量羊水量的可行性。方法利用MatLab图像处理技术,对胎儿磁共振图像进行分割,提取目标区域并计算目标区域的面积,乘以层厚得出一层的体积,再将每层体积相加计算得到羊水总体积。结果通过该算法最终计算得出羊水的体积为495.10ml。定性分析显示,图像羊水分割边缘与原图目标区域的边缘拟合较好。定量分析显示,手动金标准分割的体积为458.20ml,本研究算法与手动分割结果的误差率为8.06%。脂肪抑制序列图像分割效果定性评价亦显示羊水分割边缘与原图目标区域的边缘拟合较好;定量分析显示,金标准手动计算得到的羊水量为557.34ml,本研究算法计算得到的羊水量为604.50ml,与手动分割的误差率为8.46%。结论采用本研究算法测量羊水量切实可行。

基于直接数字频率合成技术的核磁共振弛豫分析仪场频联锁电路设计

为了研制一个稳定、高分辨特性的磁共振弛豫分析仪场频联锁系统,利用FPGA作为系统控制核心控制DDS电路,产生快速所需的调制射频信号。然后对锁场系统中发射单元,射频开关以及接收单元进行电路设计。最后,通过实验验证,整个锁场电路在3.268 MHz的频率下,能够激励氘核并产生磁共振信号,并且在接收单元中,能够将u W级的磁共振信号进行前置放大,使其达到330 m W,便于FPGA处理。本系统对将来研制高性能弛豫分析仪有重要的参考意义。

基于SE序列的MR图像权重计算方法

目的:探究一种基于SE序列的MR图像权重计算方法,为判定SE加权像提供更加科学及准确的判定依据。方法:提出一种计算两种生物组织的质子密度特性差异、纵向弛豫时间特性差异及横向弛豫时间特性差异各自对磁共振图像对比度的贡献比例方法,首先,将磁共振图像对比度公式进行等量变换,建立SE序列权重对比度数学关系式;其次,对该关系式进行对数变换,在对数坐标下,乘性权重因子转化为加性权重因子;最后,利用比例计算公式计算生物组织的三种特性差异各自对磁共振图像的贡献比例。结果:利用医用核磁共振仪器,通过对重复时间及回波时间不同设置后,获得两幅关于白质和灰质的MR图像,然后利用本文介绍的基于SE序列的MR图像权重计算方法,获得质子密度特性差异、纵向弛豫时间特性差异及横向弛豫时间特性差异各自对MR图像对比度贡献比例,并显示于这两幅MR图像上,可定量判定SE加权像。结论:通过本文介绍的基于SE序列的MR图像权重计算方法,对精确判定磁共振SE加权像有极大的帮助。

非均匀磁场下的核磁共振技术仿真分析

目的探讨出非均匀磁场下的核磁共振技术条件。方法首先,分析开放式单边磁体非均匀主磁场的特点;其次,探讨CPMG单个衰减指数的回波与回波串幅度的包络线在非均匀场下的特性;最后,研究非均匀场下射频脉宽与带宽的限制条件。结果得出非均匀磁场下核磁共振技术条件,并通过仿真获得满足非均匀场条件下的CPMG信号。结论通过对CPMG序列下的非匀场核磁共振技术研究,并仿真验证了该技术条件的可行性,为后续单边全开放式磁体系统研究奠定基础。