一种基于平面波技术的三维超声成像方法研究

三维超声成像能提供直观和真实感的组织信息,便于医生对医学体进行观察和分析,已广泛应用于疾病诊断、手术规划和导航中。针对现有超声技术在采集速度和图像质量上的不足,该文采用一种新型的多角度平面波技术获得超声回波信号,并通过USB3.0高速端口传输到PC端,然后进行平面波相干合成、对数压缩、超声序列存储及三维重建等操作,搭建了实验平台并进行测试,研究表明该文方法具有采集速度高,成像效果好的优势。

人工智能辅助压缩感知3D重建用于5.0T MR加速全脑超高分辨血管壁成像

缺血性脑卒中是我国发病率和死亡率最高的疾病,动脉粥样硬化斑块破裂堵塞血管形成血栓系主要病因[1-2]。相比血管造影,MR血管壁成像(vessel wall imaging,VWI)检测颅内斑块、区分管壁病变等的敏感度和特异度均更高;但颅内血管走行纡曲。

基于磁共振成像的全身脂肪分布特征与人体学参数相关性研究

目的磁共振质子密度脂肪分数(PDFF)图像可定量反映全身脂肪分布,本文基于全身脂肪分布特征的自动分析方法,探索了脂肪分布特征与传统人体学指标之间的相关性。方法对37名志愿者分别进行全身横断位磁共振PDFF图像扫描,覆盖范围从颈部到膝盖,每位志愿者获得约160张PDFF图像;利用基于深度学习的全自动脂肪分割法对全身脂肪(TAT)进行分割,得到各部位皮下脂肪(SAT)和内部脂肪(IAT)分布图;最终分析基于PDFF图像的全身脂肪分布特征与人体学指标:身体质量指数(BMI)和腰臀比(WHR)之间的相关性。结果仅全身脂肪体积比例与传统人体学指标呈中度相关性,其他指标与人体学指标相关性均较低。与人体学指标不同,全身脂肪分布特征在性别之间体现出较大差异。结论基于磁共振成像的全身脂肪分布特征能为肥胖的相关研究提供全新的手段和工具。

基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法研究

随着超声快速成像技术的发展,诞生了一系列新型超声成像模态,大大提高了病变诊断的准确性和特异性。但这些新技术都需要较高的成像帧率来实现对组织瞬时变化的精确追踪。然而目前已有的几种快速成像算法都是基于线阵、凸阵以及平面阵的,还没有完全应用到内窥环阵换能器上,导致这些新技术还无法很好地应用到内窥成像中。为此,该文研究了3种基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法,并进行了图像重建的理论推导以及仿真实验验证。结果表明,3种快速成像算法都可以将成像帧率提高到1 kHz以上,同时将横向分辨率限制在2 mm以内。

基于氧化锌薄膜声表面波器件的细胞富集方法

针对常见的铌酸锂等压电单晶在高温易碎裂且不能弯曲等问题,提出了一种区别于传统压电单晶富集细胞的方法。通过磁控溅射技术在硅衬底上制备了厚度为3.83μm的氧化锌薄膜,并用扫描电子显微镜与X射线衍射表征了薄膜性能,在薄膜表面制备了频率为195 MHz的叉指换能器,插入损耗为-33.8 dB,且仿真分析了该器件的声场。结果表明,表面波声束集中在换能器声孔径处,液滴位于声束边缘。实验结果表明,该器件能够驱动液滴产生3.9×10^(-3)m/s流速的涡旋,并在20 s内富集了悬浮于液滴中的微球和人体淋巴细胞,将液滴中细胞的浓度提升55倍。

5.0T与1.5T MR波谱定量肝脏质子密度脂肪分数的一致性

目的观察5.0T与1.5T MR波谱(MRS)定量肝脏质子密度脂肪分数(PDFF)的一致性。方法分别以5.0T及1.5TMR仪对脂质含量各为0、5%、10%、15%、20%、25%及30%的脂质乳液模型采集^(1)H-MRS,以jMRUI软件分析获得PDFF。前瞻性对11例脂肪肝患者及12名健康成人肝脏感兴趣容积(VOI)采集^(1)H-MRS,分别以jMRUI软件及相应工作站进行分析并获得PDFF。观察各方法所测脂质乳液模型及肝脏PDFF的一致性。结果针对脂质含量0、5%、10%、15%、20%、25%及30%的脂质乳液模型,以jMRUI软件基于5.0T与1.5T^(1)H-MRS所测PDFF均一致性良好并呈正相关。针对全部人体肝脏VOI,以jMRUI软件及工作站针对5.0T与1.5T^(1)H-MRS所测的PDFF亦均一致性良好且均呈正相关。结论5.0T与1.5T^(1)H-MRS用于定量肝脏PDFF一致性良好且呈正相关;临床以工作站测量肝脏PDFF有利于简化工作流程。

超高场5.0T心脏MRI:现状、挑战与未来

常规1.5T和3.0T心脏MRI(CMRI)已获广泛应用;超高场MRI分辨率和信噪比更优,5.0T全身超高场MRI能更好地平衡心脏成像场强与质量,有望提升成像质量及效率。本文就5.0T CMRI现状、挑战与未来发展方向进行综述。

年龄对大脑结构偏侧性的影响研究(英文)

因方法学的不同,年龄对大脑偏侧性变化的影响还存在一些争议。本研究基于高分辨磁共振结构图像,利用多参数模型分析了人脑衰老过程中偏侧性的改变情况。研究共纳入205例被试,按年龄分为7个小组。每名被试的磁共振T1加权图像用Freesurfer软件进行前期处理,并计算大脑皮层34个功能区域的形态学特征,包括表面积、平均沟回指数、皮层厚度、皮层下白质体积。用多参数分析方法整合4种特征信息对每组大脑的偏侧性进行评估,同时将具有显著性的P值映射到脑模板上用于可视化。结果表明,随着年龄增加,大脑偏侧性出现全局性的下降,其中以顶叶、枕叶下降最为明显。偏侧性保留或反转的区域主要集中于和高级认知水平相关的区域,这提示大脑在正常衰老过程中可能存在代偿机制以应对认知功能的损伤。该研究为理解神经行为、神经生理疾病提供了新的视角。

以低强度聚焦超声刺激大鼠迷走神经的安全性

目的观察以低强度聚焦超声(LIFU)刺激大鼠迷走神经的安全性。方法将12只雄性SD大鼠随机均分为刺激A、B、C组和假刺激组(D组),每组3只。以装配适宜准直器的超声刺激系统,分别以1.05、3.87及4.25 MPa声压对A、B、C组大鼠左侧迷走神经行LIFU刺激,脉冲重复频率、占空比及刺激方式均相同;对D组大鼠将超声换能器定位于左侧颈部但不予刺激。记录LIFU刺激前、中、后4组大鼠心率及颈部局部温度变化。结束刺激后对C、D组采集MR T2WI,取迷走神经,观察有无病理改变。结果LIFU刺激前5 min、刺激中及刺激后5 min,4组间心率差异均无统计学意义(P均>0.05)。A、B、C、D组换能器下方局部区域温度分别为28.1~30.1℃、28.3~30.3℃、27.9~30.4℃及27.8~30.2℃,温度波动均小于2.5℃。T2WI显示C、D组大鼠颈部软组织无明显异常;2组大鼠迷走神经均未见明显病理改变。结论以特定参数LIFU刺激大鼠迷走神经的安全性较好。

基于图结构正则化稀疏表示的双层伯格曼图像插值算法(英文)

为了提高图像插值的恢复效果,提出了一种基于图结构正则化稀疏表示的双层伯格曼迭代算法.该迭代算法的外层用于约束图像观测数据,内层用于更新图像块的学习字典和稀疏表示系数.引入的图结构正则化稀疏表示约束可以有效地自适应图像块的局部结构,对于严重受损的情形也能得到精确的恢复结果.此外,在内层迭代中改进的稀疏表示和简洁的字典更新策略使算法能快速地趋于收敛.数值实验结果表明,所提出的算法可以有效地恢复图像,在主观视觉效果和客观量化标准上要优于目前已有的算法.

3T下基于PSIF的快速T2加权腹部成像方法

3T下传统的屏气T2加权成像序列HASTE在腹部成像中受到射频特定吸收率和B1发射场均匀性的限制。本文研究显示时间反转稳态自由进动快速成像(PSIF)序列在腹部成像中能提供较好的T2对比,并且在翻转角30°~40°之间取得最好的对比度。与HASTE对比发现,该序列SAR值低,且对B1发射场均匀性不敏感。实验中,正常志愿者的肝脏信噪比在17左右,肝脾对比度噪声比在18左右,这对诊断用图像是足够的。此外,PSIF序列使用很短的TR来缩短扫描时间,采集速度为1秒/层,使得该序列不需要屏气或者呼吸触发。

基于CORDIC算法的血管内超声成像系统数字坐标转换的FPGA实现

为了方便医生利用血管内超声成像系统更好地获取心血管图像,做出更加精准的诊断,该研究提出了一种基于CORDIC算法的血管内超声成像系统的数字坐标转换方法,通过角度旋转和定向计算将极坐标转换为直角坐标。利用FPGA在血管内超声成像系统平台上进行实验仿真测试,实验仿真表明,CORDIC算法能有效地输出正余弦值,与传统的查找表方法相比,速度更快,实时性更强,消耗硬件资源少,更适用于血管内超声成像系统。

阿尔茨海默氏症患者大脑的结构偏侧性研究

偏侧性是大脑实现高效、多任务功能活动的特性之一,阿尔茨海默氏症(AD)的病理改变会导致大脑结构和功能偏侧性出现异常。文章分别选取了39例AD病人与正常老年人的大脑结构磁共振和弥散张量磁共振图像,将其大脑分成34个感兴趣区域并计算了左右半球各区域的大脑皮层表面积、沟回指数、皮层厚度、皮层下白质体积、白质纤维束部分各向异性共5个参数。经检验统计分析后发现,大脑皮层左右半球的形态结构差异主要位于前额叶、颞叶、边缘系统等最易受衰老和AD病变影响的区域,AD患者的大脑偏侧性较正常老年人减弱,尤其在内嗅皮层上,灰质、白质偏侧性同时消失。大脑偏侧性研究对加深AD发病机理的认识及提高该疾病的临床诊疗有重要意义。

基于磁敏感的磁兼容金属植入物的正对比磁共振成像

在磁共振成像中,磁共振兼容金属植入物的磁化率较高,从而导致图像信号的缺失与失真,严重影响装置的精准定位和评估。2014年,有学者提出一种正对比成像方法,利用偏移180°回聚脉冲的自旋回波序列,结合特有的定量磁化率重建算法,重建出近距离放射颗粒的正对比图像。在此基础上,文章对该方法进行进一步扩展,在西门子3 T人体磁共振成像系统上,将该方法应用到活检针和过滤器等较大金属介入装置的正对比成像。活检针和过滤器水模磁共振成像实验结果表明,这种正对比成像方法可应用于较大的金属装置,有效地抑制了金属伪影,获得清晰的正对比图像,提高了装置定位和评估的精准度。

一种超高频血管内超声成像系统设计与实现

介绍了一种超高频(UHF)血管内超声成像系统,该系统基于80 MHz超高频血管内超声探头,运用高性能集成电子芯片实现超声脉冲的发射和回波数据的接收及高速可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片实现有限冲激响应(FIR)滤波、包络提取、数字扫描变换等数字信号处理算法。测试结果表明,在80 MHz频率下,系统可接收的最小信号电压为25μV,在47dB增益下动态范围可达51dB。通过钨丝(wire)线模和离体血管的实验,来评估系统的高分辨率成像性能,通过对回波数据-6dB带宽的分析计算,80 MHz超声探头的轴向分辨率和横向分辨率分别为32μm和103μm。实验表明,此系统可实现高分辨率的超声成像效果。

基于MR和PET成像的轻度阿尔茨海默病分类方法

提出了一种能准确分割与阿尔茨海默病相关的脑部区域的方法。首先,制作了最符合样本的模板;其次,在MR特征采集上,充分利用图像配准产生的形变场信息;接着,在处理PET图像时,先将其互配准到同一个体的MR图像上;最后,将提取出的各脑区特征用支持向量机分类。用全脑分类正确率为MR:0.8736,PET:0.9195,0.3MR+0.7PET:0.8621;灰质正确率为MR:0.8736,PET:0.9195,0.3MR+0.7PET:0.8621;双样本t检验正确率为MR:0.8391,PET:0.9195,0.3MR+0.7PET:0.8966。在用大脑皮层分区进行分类时,MR的内嗅区皮质正确率最高(0.8391),PET的楔前叶正确率最高(0.9195),0.3MR+0.7PET的内嗅区皮质正确率最高(0.9425)。试验结果表明该方法与现有方法相比,能更准确的区分轻度AD患者和正常老人,有助于AD疾病的预防及早期诊断。

基于压电复合材料的二维面阵超声换能器性能研究

采用锆钛酸铅陶瓷基环氧树脂1-3复合压电材料,制作了一种64(8×8)阵元二维面阵超声换能器,并对其进行性能研究。实验测试表明:二维面阵超声换能器一致性良好,回波带宽为40.8%,中心频率为5.0 MHz,与理论设计的3.5 MHz中心频率保持基本一致。对二维面阵超声换能器的声场进行仿真模拟和表征,验证了该超声换能器产生聚焦声场和涡旋声场的能力。

基于多通道并行采集的部分可分离函数高分辨动态磁共振成像

部分可分离函数(Partial Separability,PS)是一种高分辨动态磁共振稀疏成像模型,可以对心脏等运动目标实现高分辨动态成像,然而该模型需要充足的扫描数据才能进行图像重建,因此存在扫描时间较长的缺点。文章在PS模型基础上,利用并行成像原理对磁共振数据进行降采样,从而缩短PS模型的扫描时间。数学仿真和载体实验结果表明,该方法可以准确重建出高时空分辨率磁共振图像并且将扫描速度提高2~3倍。

基于现场可编程门阵列的高分辨率超声成像系统设计

目的:超声成像仪在医学成像诊断中扮演重要角色。高频超声成像设备可以提供高分辨率的图像,对眼科和皮肤科的临床医学诊断有重要意义。此外,生物医学影像学中的小动物实验也需要提供精细分明的图像便于观察和研究。为了提供高分辨率和低成本的超声成像设备,本文设计了一种基于单阵元高频率换能器的超声成像系统。方法:使用35 MHz单阵元聚焦换能器作为超声探头,实现超声波与电量信号之间的转换;以现场可编程门阵列为核心控制处理器,控制超声波的发射和接收。设计基于希尔伯特变换的数字正交解调器完成对超声回波信号解调。经过处理的超声回波包络信息在Visual Studio 2012开发环境下设计的上位机交互显示软件进行成像显示。采集离体生物组织和成像仿体的图像数据,结合MATLAB软件进行数据处理,通过分析图像灰度值变化情况判断系统性能指标。结果:通过硬件系统实时观察前端超声回波数据以及最终成像结果判断,该成像系统图像清晰、工作正常。结论:该成像系统电路设计合理、信噪比低,系统分辨率达到40μm,其他性能参数都达到较好水平。

颅内MR血管壁成像技术与应用中国专家共识

MR血管壁成像是颅内动脉疾病的最佳无创性评估手段,现已被广泛应用于颅内动脉狭窄的病因诊断、疗效评估和预后预测.然而,由于受到MR厂商、磁场强度、接收线圈、采集序列和空间分辨率等因素的影响,不同医院或成像中心采用的成像方案存在较大的差异,严重影响这一成像技术的临床推广.本文汇聚了国内脑血管MR领域专家的实践经验和重要观点,形成了共识性意见,对颅内动脉MR血管壁成像进行标准化.