【摘要】：磁共振擴(kuò)散成像(Diffusion Magnetic Resonance Imaging, dMRI)作為目前唯一能夠?qū)铙w纖維組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)的成像技術(shù),已成為當(dāng)前研究三維離體及活體心肌纖維結(jié)構(gòu)的主要手段,對(duì)探索心肌纖維的微觀組成與活動(dòng)機(jī)理、解釋心血管疾病的成因和早期診斷具有重大的科學(xué)意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。然而由于心肌自身結(jié)構(gòu)和功能的特殊性,目前dMRI在心肌纖維研究領(lǐng)域仍存在以下幾個(gè)主要問題：首先,受磁共振成像設(shè)備的限制,實(shí)際采集圖像空間分辨率低、易受噪聲影響,在缺少對(duì)真實(shí)心肌纖維結(jié)構(gòu)認(rèn)知的情況下,無法解釋心肌纖維中水分子擴(kuò)散各向異性變化的原因、評(píng)價(jià)dMRI測(cè)量心肌纖維方向的準(zhǔn)確性以及分析心肌纖維微觀結(jié)構(gòu)與dMRI測(cè)量之間的關(guān)系。其次,優(yōu)化dMRI掃描序列參數(shù)是獲得高質(zhì)量磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像和提高復(fù)雜心肌纖維結(jié)構(gòu)分析準(zhǔn)確率的關(guān)鍵。然而,目前dMRI序列參數(shù)的優(yōu)化選擇僅能通過大量的重復(fù)掃描實(shí)驗(yàn)獲得,缺乏理論依據(jù)、實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜且成本高。最后,由于dMRI對(duì)運(yùn)動(dòng)信息敏感,在活體心肌纖維成像中,心臟跳動(dòng)、病人移動(dòng)、心率不齊等都會(huì)產(chǎn)生圖像偽影并引起額外的擴(kuò)散信號(hào)衰減,因此,難以實(shí)現(xiàn)完整心臟活體心肌纖維磁共振擴(kuò)散成像表征參數(shù)的定量描述。 為了解決上述問題,本課題從dMRI成像機(jī)理出發(fā),針對(duì)心肌纖維自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出一種基于多種成像數(shù)據(jù)融合的離體及動(dòng)態(tài)心肌纖維磁共振擴(kuò)散成像仿真模型,為心肌纖維dMRI測(cè)量效果評(píng)價(jià)、dMRI表征參數(shù)與心肌纖維微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系研究、dMRI掃描參數(shù)優(yōu)化選擇以及活體心肌纖維dMRI特性定量描述提供一種有效的分析手段。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)針對(duì)臨床磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)分辨率低,無法解釋心肌纖維中水分子擴(kuò)散各向異性的原因以及評(píng)價(jià)dMRI測(cè)量心肌纖維方向的準(zhǔn)確性問題,建立兩種局部心肌纖維模型,利用蒙特卡羅方法模擬不同分辨率下心肌纖維模型的擴(kuò)散加權(quán)和擴(kuò)散張量圖像,通過分析心肌纖維模型的生理和結(jié)構(gòu)特征對(duì)擴(kuò)散各向異性的影響,確定心肌纖維中引起水分子擴(kuò)散各向異性的主要因素,同時(shí)給出不同分辨率下dMRI檢測(cè)心肌纖維方向的準(zhǔn)確性。 (2)針對(duì)利用實(shí)際采集圖像無法分析磁共振擴(kuò)散成像表征參數(shù)與心肌纖維微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問題,利用偏振光成像(Polarized Light Imaging, PLI)技術(shù)獲得的高分辨率心肌纖維方向分布數(shù)據(jù),建立完整心臟的三維心肌纖維幾何結(jié)構(gòu)模型,使用dMRI仿真模型定量地描述不同分辨率下磁共振擴(kuò)散加權(quán)及張量圖像特性。通過控制心肌纖維結(jié)構(gòu)模型參數(shù),分析心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化對(duì)擴(kuò)散圖像表征參數(shù)的影響,為研究心肌纖維微觀結(jié)構(gòu)與磁共振擴(kuò)散成像表征參數(shù)之間的關(guān)系以及心肌疾病病理分析與診斷提供一種輔助手段。 (3)針對(duì)心肌纖維dMRI掃描序列參數(shù)優(yōu)化問題,提出了一種改進(jìn)的dMRI信號(hào)以及擴(kuò)散張量成像仿真方法。該方法考慮實(shí)際成像序列中所有梯度對(duì)水分子擴(kuò)散的加權(quán)作用,模擬真實(shí)的擴(kuò)散加權(quán)成像過程。利用改進(jìn)的仿真方法研究成像序列中所有梯度參數(shù)對(duì)擴(kuò)散圖像特性的影響以實(shí)現(xiàn)成像參數(shù)的優(yōu)化選擇。 (4)針對(duì)dMRI對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感,無法準(zhǔn)確分析活體心肌纖維磁共振擴(kuò)散圖像特性的問題,結(jié)合心臟運(yùn)動(dòng)信息建立動(dòng)態(tài)心肌纖維模型,利用仿真獲得一個(gè)心臟周期內(nèi)不同時(shí)刻的心肌纖維擴(kuò)散加權(quán)和擴(kuò)散張量圖像,并研究動(dòng)態(tài)心肌纖維擴(kuò)散圖像表征參數(shù)隨心臟運(yùn)動(dòng)的變化,為活體心肌纖維成像分析奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R445.2;TP391.9

【參考文獻(xiàn)】

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1 唐昕,俎棟林,李德軍,包尚聯(lián),洪楠,杜湘珂;擴(kuò)散張量MR成像研究[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志;2003年04期

2 洪楠,孫治國(guó),蔣全勝,劉濤;腦干白質(zhì)纖維束磁共振擴(kuò)散張量成像研究[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù);2002年08期

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本文編號(hào)：2648380