基于fSE的PROPELLER成像序列的研究及实现

论文摘要

磁共振成像技术已经成为一种重要的医学影像技术领域，是医学临床诊断和研究领域广泛使用的重要工具之一，在新型的分子影像技术中磁共振成像技术也是重要的内容。传统磁共振成像技术受到硬件水平，软件因素和人为状况例如癫痫病人在扫描过程中的各种运动等影响，造成各种各样的伪影。而伪影的产生会对病症的诊断造成很大的影响，甚至造成误诊导致手术事故。伪影的产生各种各样，其中由某些硬件造成的伪影和一些磁共振固有的伪影都较为容易利用软件后处理方法消除，但是对于运动伪影的消除，还没有十分有效的解决办法。而PROPELLER成像技术是一种可以自动减少运动伪影的成像技术，其对刚性运动伪影的消除效果非常显著，并已经在头颅磁共振成像中获得了成功应用，是国内开发磁共振扫描仪力求具备的一项技术。本文对PROPELLER成像技术中的脉冲序列的原理和设计方法进行研究，最终实现该序列在磁共振扫描仪上的正常运行。PROPELLER成像技术的全称是周期性旋转重叠平行线采集和增强后处理重建技术。正如其名，PROPELLER脉冲序列是通过不断旋转几行K空间的相位编码行最终实现K空间的圆形填充的。但是对这几行相位编码行用什么方法采集PROPELLER并没有限定，所以就有多种采集方式例如常见的：快速自旋回波采集序列（fSE），梯度回波采集序列（GE），回波平面成像采集序列（EPI）。本文选用快速自旋回波序列进行采集，因为fSE序列是最简单的也是实用性最广的脉冲序列，是国内外磁共振扫描仪必备的快速脉冲序列之一。首先以自旋回波序列为例，明确磁共振谱仪上脉冲序列的编写方法，并在此基础上设计实现快速自旋回波脉冲序列。快速自旋回波脉冲序列有结构简单，采样时间短，成像效果清晰等优点。所以基于快速自旋回波序列设计的PROPELLER序列同样具有快速自旋回波序列的这些优点。在此过程中，主要从射频脉冲，层面选择，相位编码，频率编码这几个方面进行设计。然后在快速自旋回波序列的基础上增加旋转，将最终K空间填写为一个圆形，完成基于fSE的PROPELLER脉冲序列的设计。在此环节，需要确定K空间条旋转的角度和实现方法。最后在磁共振扫描仪上设置参数，运行序列采集得到原始数据图像。与fSE脉冲序列得到的数据图像进行对比，可以看出PROPELLER序列得到的图像运动伪影减少了。本文的意义在于为国内磁共振扫描仪开发领域在脉冲序列方面提供重要参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 磁共振研究现状
• 1.3 文章结构和工作内容概述
• 第2章 磁共振成像原理
• 2.1 磁共振成像的物理原理
• 2.1.1 原子核的磁性
• 2.1.2 核磁共振条件
• 2.2 弛豫与弛豫时间
• 2.2.1 自旋-晶格弛豫
• 2.2.2 自旋-自旋弛豫
• 2.3 布洛赫方程
• 2.4 傅里叶变换与 K 空间
• 2.4.1 傅里叶变换
• 2.4.2 K 空间
• 第3章 fSE-PROPELLER 成像序列的设计
• 3.1 脉冲序列
• 3.1.1 FID 信号和脉冲序列的基本组成
• 3.1.2 图像的加权
• 3.2 成像序列设计
• 3.2.1 RF 脉冲
• 3.2.2 层面选择
• 3.2.3 相位编码
• 3.2.4 频率编码
• 3.3 PROPELLER 成像技术及其序列
• 3.3.1 数据采集
• 3.3.2 相位矫正
• 3.3.3 旋转矫正
• 3.3.4 平移矫正
• 3.3.5 相关性加权
• 3.3.6 最后重建
• 3.3.7 PROPELLER 成像序列
• 第4章 fSE-PROPELLER 成像序列的实现
• 4.1 fSE-PROPELLER 成像序列程序的编写
• 4.1.1 参数设置
• 4.1.2 射频脉冲选择
• 4.1.3 相位编码顺序的实现
• 4.1.4 梯度脉冲设计的实现
• 4.1.5 PROPELLER 序列 K 空间条旋转的实现
• 4.1.6 时序设计的实现
• 第5章 结果与讨论
• 5.1 SE 和 fSE 序列的成像结果
• 5.2 fSE 和 fSE-PROPELLER 序列的成像结果
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录