磁共振自旋锁定成像技术及其临床应用进展

磁共振自旋锁定成像(T1ρ成像)能在分子水平上检测组织代谢及生化信息改变,其组织定量T1ρ值较T1、T2值更能敏感的反映水分子与大分子之间的低频运动。近年来,研究者们不断改进该序列,并将其逐渐应用于骨关节炎、椎间盘退变、心肌病、肝脏纤维化、肾脏纤维化、阿尔茨海默病、多发性硬化、脑胶质瘤等多种疾病。本文将对T1ρ成像的原理、T1ρ值的影响因素、T1ρ成像的临床应用三个方面进行综述,旨在推进T1ρ技术的不断成熟,辅助指导临床诊疗。

激光锁定成像获取强背景光下的目标图像

提出了一种从强背景光下获取目标图像的激光锁定成像技术。锁定激光成像采用调制激光照明所感兴趣的目标区域,CCD图像传感器同步获取图像,在CCD图像传感器前用光学滤波器和衰减器降低进入CCD的强背景光以避免图像传感器饱和,运用图像鉴相技术对图像进行处理。实验表明,激光锁定成像技术能够从强背景下获取目标图像。

基于调制白光照射的锁定成像

激光锁定成像是一种基于光学与弱信号检测中的鉴相原理相结合来获取强背景光下目标图像的方法。本文基于激光锁定成像中的鉴相技术提出了一种基于调制白光LED的锁定成像。采用电压调制白光LED照射目标区域,并同步控制彩色CCD相机获取图像。分别对图像RGB三个分量运用鉴相技术处理。实验表明,基于白光LED锁定成像能够很好的获取强背景光下的目标图像.

激光锁定成像在钢轨磨耗测量系统中的应用

应用图像处理技术进行野外火车钢轨测量实验时,不可避免遇到外界强太阳光的干扰问题。为了能有效消除太阳光的干扰作用,采用了激光锁定成像的方法,通过外接控制电路触发激光器并让电荷耦合器件同步采集图像,运用激光锁定成像原理,获得高质量的钢轨轮廓曲线。通过大量实验验证,激光锁定成像的应用使得钢轨磨耗输出的结果更稳定,而且能够适应较大范围内变化的外界环境光干扰。结果表明,激光锁定成像能保证测量系统的稳定性,从根本上消除测量过程中出现的各种随机误差。

自旋锁定频率对心肌定量T1ρ成像的影响

目的探究在3.0TMR系统下,自旋锁定频率对心肌定量T1ρ值的影响。资料与方法前瞻性纳入2023年7—9月在安徽医科大学第一附属医院行心脏磁共振检查的38名健康志愿者。使用3.0TMR系统进行T1ρmapping及短轴电影成像扫描。获得自旋锁定频率为5Hz、300Hz、400Hz、500Hz的左心室短轴T1ρ图像,分别测得各节段T1ρ值和心肌纤维化指数,采用单因素重复测量方差分析观察不同自旋锁定频率下T1ρ值和心肌纤维化指数的差异。结果5 Hz、300 Hz、400 Hz、500 Hz的T1ρ值分别为(33.9±2.8)ms、(43.4±2.1)ms、(45.4±2.6)ms、(46.5±2.4)ms,自旋锁定频率越高,T1ρ值越大,且不同自旋锁定频率的T1ρ值之间差异有统计学意义(300 Hz比400 Hz:P<0.001;300 Hz比500 Hz:P<0.001;400 Hz比500 Hz:P=0.043)。300 Hz、400 Hz、500 Hz下的心肌纤维化指数分别为(9.4±2.2)ms、(11.3±2.9)ms、(12.6±2.7)ms,差异有统计学意义(300Hz比400Hz:P<0.001;300Hz比500Hz:P<0.001;400Hz比500Hz:P=0.033)。结论本研究提供了特定心脏磁共振设置下健康成人的心肌T1ρ值,结果表明自旋锁定频率可以影响T1ρ值。

锁定成像背景光消除技术扩展研究

图像采集时易受背景光的干扰,影响成像质量。激光锁定成像技术利用正弦调制的辅助激光实现了良好的背景光消除,但成本高和安全性不足,且要求图像传感器帧频足够高以满足调制速度。因此对该技术进行扩展,从理论上探讨除正弦波外的其他信号调制辅助光源的可行性和背景光消除机制。采用LED为辅助光源,并利用优化图像采集的控制方式降低对图像传感器帧频的要求。理论研究表明,锁定成像技术辅助光源的调制信号可扩展到一个周期内积分为零的任何波形信号。采用正弦波、方波、三角波、锯齿波调制LED光源的实验结果表明,在一个调制周期内,所提技术采用4种调制波形后在不同采样率下都取得较好的背景光消除效果,且该技术对辅助光源及图像传感器帧频的要求不高,验证了理论的可行性。

7．0TMR关节软骨自旋锁定三维自旋-晶格弛豫时间成像与量化分析的实验研究

目的建立MR关节软骨自旋锁定旋转坐标系中的自旋-晶格弛豫时间（T1ρ）三维成像技术和量化分析方法。方法用7．0TMR机和内径为6cm的圆柱形鸟笼23Na—H射频线圈，采用自旋锁定自动补偿脉冲簇和三维自旋回波序列，自旋锁定时间（spin—lockingtime，TSL）分别为0、10、20、30、40和50ms，自旋锁定频率带宽为440Hz（自旋锁定磁场BSL），对6个不同浓度（1％～6％）琼脂糖凝胶体模和8个猪髌骨分别进行自旋锁定T1ρ成像扫描，建立自旋锁定T1ρ成像技术并评价其重复性。在VnmrJ图像终端上，利用自行编制的软件进行三维重组自旋锁定T1ρWI，并重构T1ρ弛豫时间图；采用人工标注的方法画感兴趣区，分别测定体模与髌骨软骨T1ρWI的信噪比（SNR）与T1ρ值。T1ρ值在各组间的对比，行单因素方差分析；软骨组织与琼脂糖体模SNR随时间对比关系的假设检验，行多因素方差分析。结果关节软骨T1ρWI的SNR值、短自旋锁定时间采集图像的SNR值明显高于长自旋锁定时间采集的图像。在不同自旋锁定时间髌骨软骨T1ρWI，SNR值在48±8～95±8之间；不同自旋锁定时间，正常软骨SNR与1％琼脂糖体模的对比关系不同，当自旋锁定时间〈30ms时，琼脂糖体模的图像SNR均低于正常软骨；〉30ms时，正常软骨的图像SNR均低于1％的琼脂糖体模。随着琼脂糖浓度减少，不同自旋锁定时间采集的图像SNR值逐渐增加。各浓度琼脂糖凝胶体模T1ρWI值测量的变异系数均小于10％，显示重复性好。髌骨关节软骨全层、表层、中间层、深层、钙化层T1ρ值测定结果分别为（68．9±6．3）、（80．7±12．8）、（65．7±7．0）、（82．4±7．7）、（69．7±6．4）ms（F=6．436，P〈0．05）。T1ρ值在软骨表层和深层明显高于中间层、钙化层和软骨全层。结论三维自旋锁定T1ρ成像技术是可行的、敏感的、特异的软骨分子成像技术，T1ρ弛豫时间图可量化测量关节软骨的分层状结构。

激光剪切干涉三维轮廓测量

提出了一种基于激光剪切干涉条纹和3D标定技术的三维轮廓测量方法。使用激光剪切干涉实现面结构光代替了目前常见的投影仪面结构光。3D标定技术是把待测空间分割成为多个相互平行的等间距截面,每个截面分别进行定标,得到定标范围内的空间各点图像坐标与世界坐标的相关参数。并通过数据拟合得到任意位置处的标定参数。实验中,半导体激光器发出的激光经过剪切干涉形成面结构光,照射到待测物体表面。利用激光锁定成像技术消除环境光,利用3D标定方法还原条纹图像,最后获得3D点云数据。该测量方法速度快、能抗环境光干扰、能测量镜面目标轮廓、并且具有测量大曲面（平方米面积）的潜力。

REALIZATION OF QUICK-LOOK IMAGING FOR SPACEBORNE SAR BASED ON PARALLEL PROCESSING

Large range cell migration is a severe challenge to imaging algorithm for spaceborne SAR. Based on design of Finite Impulse Response (FIR) filter and Range Doppler (RD) algorithm, a realization of quick-look imaging for large range cell migration is proposed. It realized quick-look imaging of 8 times reduced resolution with parallel processing on memory shared 8 CPU SGI server. According to simulation experiment, this quick-look imaging algorithm with parallel processing can image 16384x16384 SAR raw data within 6 seconds. It reaches the requirement of real-time imaging.

恒河猴腰椎间盘缺血性退变模型的建立

目的 建立恒河猴腰椎间盘缺血性退变模型并通过T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术验证其可靠性。方法 选取12只健康雌性恒河猴,年龄4～6岁,体重4.4～6.1 kg。每只设L5、6椎间盘作为实验组,L4、5椎间盘作为对照组。实验组于椎间盘相邻的上、下软骨终板下骨各缓慢注射平阳霉素（2 mg/mL）1 mL,对照组各注射生理盐水1 mL。于术前及术后1、4、12周采用MRI T1ρ和T2-mapping技术量化评估退变进程,术后4、12周取材行HE染色观察。结果 对照组手术前后各时间点T1ρ、T2 map弛豫时间值均无明显变化,差异无统计学意义（P〉0.05）。实验组T1ρ弛豫时间值于术后4周明显下降,4、12周与术前及术后1周比较差异有统计学意义（P〈0.05）;T2 map弛豫时间值于术后12周明显下降,与其余时间点比较差异均有统计学意义（P〈0.05）。对照组与实验组间除术后4、12周T1ρ弛豫时间值及术后12周T2 map弛豫时间值比较差异有统计学意义（P〈0.05）外,其余时间点两组间比较差异均无统计学意义（P〉0.05）。对照组及实验组手术前后各时间点间比较以及各时间点两组间比较T2WI轴位髓核高信号区面积占整个椎间盘面积百分比,差异无统计学意义（P〉0.05）。组织学观察示,对照组各时间点椎间盘髓核及纤维环结构未见异常。实验组术后4周椎间盘髓核细胞数目减少、排列不规则;12周椎间盘髓核纤维化,内层纤维环出现裂隙改变。结论 经椎体终板下骨注射平阳霉素可获得可靠的怛河猴腰椎间盘缺血性退变模型,T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping可作为椎间盘早期退变的量化评价指标。